堆石混凝土筑坝技术发展与创新综述

徐小蓉 金 峰 周 虎 闭忠明

(1.华北电力大学 水利与水电工程学院,北京 102206;2.清华大学 水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,北京 100084;3.北京华石纳固科技有限公司,北京 100085)

混凝土坝坚固耐久,是水利水电建设中最安全和重要的坝型,世界超过100 m 的大坝中混凝土坝的占比约54%[1].经过百余年的理论发展和工程实践,形成了一套较为完善的大体积混凝土筑坝技术体系[2].大体积混凝土的抗裂能力,不足以抵御混凝土水化热温升导致的温度应力[2-3].20世纪初,美国垦务局为常态混凝土发明了“分缝分块+冷却水管”的温度控制工艺[4],并采用拌合振捣施工方法,胡佛混凝土重力拱坝的建成宣告“混凝土坝时代”的到来.1970年,美国UC Berkeley的Raphael教授创造性地提出了碾压混凝土技术[5],大幅降低了水泥用量和水化温升,简化了工艺,降低了能耗,实现了混凝土坝的第二次飞跃(如图1所示).但由于需要采用冷却水管进行温控,难以避免大坝裂缝,混凝土坝“无坝不裂”的顽疾仍然存在[3].

图1 大体积混凝土坝的发展历程简图

百余年实践表明,人工温控措施不能完全防止混凝土坝的开裂.如果要实现“自身不裂”的混凝土坝,必须将混凝土水化热降低到自身抗裂能力可承受的范围内.也就是说,必须在降低水泥用量的同时提高混凝土抗裂能力.值得一提的是,采用超大粒径骨料是一个突破方向[6],既利用其强度又降低水泥用量.但受到拌合、振捣、碾压等环节的限制,常态和碾压混凝土采用4级配骨料已达到极限,最大骨料粒径一般不超过150 mm,即使牺牲质量和效率采用埋石也最多5级配.要根本解决温控防裂,数值仿真计算结果表明骨料可能需达到6～7级配.

堆石混凝土(Rock-Filled Concrete,RFC)筑坝技术于2003年被清华大学金峰等提出[6-7],突破了传统连续级配的密实理论[8]约束,采用“大块堆石+高自密实性能混凝土(High performance Self-Compacting Concrete,HSCC)”浇筑胶结,实现了6～7级配甚至更大粒径骨料的堆石混凝土(如图2所示).堆石混凝土技术充分利用当地石料或开挖料,作为大粒径骨料直接堆积入仓,然后往堆石空隙中浇注高流动性的自密实混凝土,其自流填充硬化后与堆石体共同形成完整、密实、有较高强度的大体积混凝土[6-7,9-10].通常堆石体的体积占比能达到堆石混凝土的55%左右,既减少了胶凝材料用量,又能辅助吸收混凝土水化反应产生的热量.因此,堆石混凝土绝热温升低,一般不超过15℃,比常态(约20～30℃)和碾压混凝土(约15～20℃)都低[11-12].施工过程中简化甚至取消温控措施,无冷却水管且无振捣,人工消耗、机械能耗低,具有施工速度快、综合单价低等特点[6,9].堆石混凝土技术在节能减排方面也具有显著优势,其碳排放只有常态混凝土的2/3甚至更低[13].

图2 非连续级配堆石混凝土示意图

自发明近20年来,由中国原创的堆石混凝土技术从零到一,在工程中不断实践与创新,逐步形成堆石混凝土大体积筑坝技术体系.该体系具备核心技术与配套设备,并建立了相应的质量标准体系,得到了国内外水利行业的高度认可.水利部《胶结颗粒料筑坝技术导则SL 678》[14]于2014年颁布,国家能源局《堆石混凝土筑坝技术导则NB/T 10077》[15]于2018年正式颁布,水电行业标准《水电水利工程堆石混凝土施工规范DL/T 5806》[16]于2020年发布.此外,英文版专著《Rock-Filled Concrete Dam》[17]2022年由国际著名出版社Springer出版,国际大坝委员会堆石混凝土坝技术公报2021年已通过评审,即将发布.堆石混凝土技术获得发明专利授权累计30 余项[7,18-19],2017年获国家技术发明二等奖.

目前,国内堆石混凝土百米级高坝建设已提上日程,海外堆石混凝土坝也已进入施工准备.因此,对堆石混凝土的筑坝技术创新与施工质量控制,提出了更高标准的要求.本文主要介绍堆石混凝土在工程实践中的关键技术进展与创新成果,为今后堆石混凝土技术的发展路线指明方向.

1 堆石混凝土技术简介

1.1 堆石混凝土主要类型

通常堆石混凝土可分为普通型堆石混凝土和抛石型堆石混凝土两种[18-20](如图3所示).

图3 堆石混凝土的两种类型

普通型堆石混凝土是先堆石,后浇筑高自密实性能混凝土[6,9,14-17],其中HSCC 的体积比约42%～46%,主要适用于重力坝与拱坝坝体、素混凝土基础、混凝土围堰、堤防、挡土墙等工程.相反地,抛石型堆石混凝土是先浇筑抗离析型自密实混凝土,后抛石入仓[20],其中HSCC 体积比约50%～60%,主要适用于深度较大的仓面混凝土施工,如沉井回填、抗滑桩回填、高边墙、挡墙等工程.抛石型堆石混凝土曾用于向家坝水电站的沉井群回填[21],极大缩短了工期.

本文重点介绍普通型堆石混凝土在筑坝技术上的进展与创新.

1.2 堆石混凝土材料组成

堆石混凝土是由大块堆石和高自密实性能混凝土组成的非均质材料,其中堆石一般要求粒径在300 mm 以上[14-16],高自密实性能混凝土主要含小石子、砂、掺合料(粉煤灰或石粉等)和水泥浆等,由少量外加剂辅助控制HSCC 的流动性.图4 为堆石混凝土各种原材料的体积比例示意图,堆石体一般占总体积的55%,混凝土的粗细骨料约27%,水约9%,掺合料约6%,而水泥仅占约3%.按C15堆石混凝土计算,单位RFC的水泥用量仅约58.5 kg/m3,有效降低了混凝土水化温升.

图4 堆石混凝土原材料的体积比例

突破连续级配的堆石混凝土,既有0～20 mm 的砂石骨料,也有超大粒径的堆石,最大块径可能有1.5～2 m.工程中充分利用当地石材,大石料直接入仓,小石料通过破碎机生产成粗骨料和砂,绿色环保.图5为同一仓堆石混凝土的堆石与粗细骨料的粒径级配曲线对比图,数据来自贵州省在建的沙千水库.

图5 超大粒径堆石与HSCC粗细骨料粒径级配曲线

由图5可知,不仅粗细骨料分别在0～5 mm 和5～20 mm 范围内成S型级配曲线,而且块石料粒径也在≥200 mm 的范围内形成连续级配曲线.工程实践中,堆石混凝土的密实性能达到99%以上.目前,正在利用人工智能图像识别算法[22],研究如何优化块石粒径级配,以提高堆石率从而减少水泥用量.

1.3 堆石混凝土坝典型剖面

中国大坝工程学会团体标准《堆石混凝土坝坝型比选设计导则》[23]和《堆石混凝土坝典型结构图设计导则》[24]拟于2022 年发布,将为堆石混凝土坝的设计提供具体指导.图6为堆石混凝土重力坝和拱坝的典型剖面图,在结构设计中一般简化坝体材料分区,除上游防渗层[25]、河床段垫层、溢流面等特殊部位外,都采用堆石混凝土浇筑[14-16].此外,优化坝段分缝[26-28]、坝内廊道[29]和孔口等设计,便于发挥堆石混凝土机械化快速施工的特点.堆石混凝土坝不宜设置纵缝,横缝间距相比常态混凝土坝可放宽要求,约20～40 m；若横缝间距较大时,上游防渗面板宜设置短缝,间距为15～20 m[15].近年来,堆石混凝土技术在大坝结构优化上取得了较多创新,如后文所述的整体浇筑拱坝技术、一体化浇筑技术、廊道快速施工技术等.

图6 堆石混凝土重力坝和拱坝典型剖面

1.4 堆石混凝土坝工程情况

自2005年首个堆石混凝土工程应用后,如今在我国贵州省、云南省、福建省和山西省等22个省区,共建设有高于15 m 的堆石混凝土坝126座,其中已建成95座和在建31座,还有待建工程几十座.按坝型统计,堆石混凝土重力坝115座、拱坝11座,云南省松林水库90 m,是目前最高的堆石混凝土重力坝；陕西省佰佳水电站69 m,是目前最高的堆石混凝土拱坝.2017年前,堆石混凝土拱坝仅2座,近几年新增近10座堆石混凝土拱坝(见表1).如图7所示,随着年份的增长,堆石混凝土工程数量呈现快速增长趋势,堆石混凝土浇筑总方量已超过588万m3.堆石混凝土坝目前主要分布于我国西南地区,重要原因是云贵川等地区石料较为丰富.近年来,堆石混凝土技术在福建省、四川省、青海省、浙江省等地区大力推广,在建的福建省坪坑水库(79.7 m)与溪源水库(77 m)、青海省满坪水库(77 m)、四川省麻柳湾水库(75 m)都是典型的重力高坝.

图7 堆石混凝土工程数量统计图(按年份和省份)

表1列举了目前11座堆石混凝土拱坝,表2为超过60 m 的堆石混凝土重力坝工程.

表1 堆石混凝土拱坝工程(＞15 m)

表2 堆石混凝土重力坝工程(＞60 m)

2 堆石混凝土施工质量控制

堆石混凝土的施工流程如图8所示,两大主要工序为堆石入仓和高自密实性能混凝土浇筑[9,15].大体积混凝土的施工质量不仅取决于原材料质量,也跟施工过程的质量控制密切相关.与碾压混凝土类似,堆石混凝土密实性是大坝施工质量的核心[30-32],决定了大坝强度、抗渗性能和耐久性等.密实性由堆石质量、HSCC质量、堆石与HSCC 交界面、施工层面质量等因素共同决定[30-32].

图8 堆石混凝土施工流程示意图

2.1 堆石质量控制

堆石料的粒径控制(＜300 mm)常通过挖掘机人工选料,复杂时可采用钢轨筛、格栅挖斗、钢筋笼等辅助筛选(如图9所示).

图9 堆石粒径控制常见机械

由于运输、堆石过程中存在磕碰破碎情况,故施工时逊径料的标准一般为200 mm[15],保证外露面的逊径料数量不超过10块/m2.不满足含泥量要求的堆石料,需经过清洗且沥干后方可入仓；汽车只在中下游区域卸料,固定卸料点；下游堆石高度应略高于上游,以提高坝体抗滑稳定性,其他常见问题及解决方案见表3.对重力坝而言,堆石入仓宜采用自卸汽车直接入仓,挖机辅助进行堆石平仓；而拱坝仓面较窄,宜采用塔吊等起重设备吊运堆石入仓.如果大块石与仓面底部有大面积接触,为了保证足够的密实性和层间结合度,可在大块石底部预先放200～300 mm的小块石将其架空.

表3 堆石过程中常见问题及解决方案

2.2 高自密实性能混凝土质量控制

高自密实性能混凝土的质量要求包括两方面：一是新拌HSCC 满足性能指标,二是硬化后的混凝土强度满足设计标号.关于HSCC 自身性能的研究已较为成熟,现场测试方法[14-16]包括坍落扩展度与坍落度试验(流动性)、V 型漏斗通过时间(粘性)、自密实稳定性试验(稳定性)、含气量试验等,流动性不足或泌水离析严重的HSCC质量较差.

HSCC的拌合时间比常态混凝土略长(约60～90 s),生产效率主要取决于强制式搅拌机的单盘混凝土方量.混凝土搅拌站与浇筑点的直线距离不超过200 m 时,建议使用混凝土输送泵运输并浇筑HSCC；超过200 m 时,可使用混凝土搅拌车运输HSCC；对于有落差的短距离输送,可采用溜槽、吊罐等输送HSCC.图10为高自密实性能混凝土的不同浇筑方式,其中地泵、地泵+布料机、天泵等方式在工程中较为常见.地泵在浇筑HSCC 时,可通过人工拆卸泵管接头调整泵管长度,来控制仓面的浇筑点；布料机与天泵具有较大转动半径,施工灵活性高.此外,还有溜槽浇筑、溜筒浇筑(如猫溪沟工程)、塔吊浇筑、吊罐浇筑、混凝土罐车浇筑等方式,需因地制宜.

图10 高自密实性能混凝土的不同浇筑方式

根据工程经验,HSCC 浇筑时如果施工仓面较大,可遵循单向逐点Z型浇筑[14-16]的原则；若仓面较小,则双向S型移动浇筑点(如图11所示)；合理选择S型或Z型浇筑方式,避免产生混凝土冷缝.相邻浇筑点3～5 m,每个浇筑点浇满后移动至下一点；宜从上游面开始,沿短边浇筑.HSCC 的泵送和浇筑应保持连续性,若浇筑中断4 h以上,需按照冷缝措施[15]处理,即在形成的缝面上浇筑5～10 m3自密实砂浆作为覆盖层,再恢复浇筑HSCC.自密实砂浆能够填充微小的空隙,提高界面过渡区的粘结力[32-33].

图11 高自密实性能混凝土的浇筑点移动

2.3 层间结合面质量控制

见表3,堆石混凝土层间结合面的质量与堆石入仓过程密切相关,此外施工缝的抗剪性能还取决于块石与周围HSCC的咬合作用等[30].因此,堆石混凝土收仓时,应使适量块石高出浇筑面5～15 cm[14-16](顶层仓面除外).但重力坝施工期间一般采用自卸汽车进行堆石入仓,仓面大量堆石外露容易扎破自卸汽车的轮胎,可在靠近大坝上下游设置堆石外露区,上游1/3区域内的堆石外露区投影面积不少于40%(如图12所示),以提高上下层面的咬合力.如果仓内堆石高度基本相同时,可通过控制HSCC 的覆盖厚度(多浇或少浇筑HSCC)实现堆石外露.

图12 堆石外露加强层间结合力

待混凝土终凝后,应对层间施工缝进行处理,及时清除表面的浮浆、乳皮、浮石等.推荐采用25～50 MPa高压水枪冲毛,冲毛时流速和流量都很关键,也可采用电镐、混凝土自动凿毛机或人工凿毛等方法.仓面冲毛后效果为粗糙麻面,非防渗区域微露粗砂,而防渗区域微露小石.堆石混凝土浇筑后,要采取洒水养护等措施,保持混凝土外露面湿润而不产生干缩裂缝.仓面堆石混凝土硬化后强度达到2.5 MPa以上,即浇筑完成夏季约1.5 d、冬季约2 d后,方可进行上层仓的堆石入仓工序[14-16].

3 堆石混凝土筑坝材料创新技术

3.1 低水泥用量HSCC

高自密实性能混凝土的配合比是每个工程质量的关键,需反复在实验室或现场做试验调整,在不影响混凝土强度的情况下水泥用量尽可能少[34].通过多年工程实践,HSCC 的单方水泥用量不断降低,实现了低水泥用量高自密实性能混凝土.以C15 强度等级为例,早期HSCC 水泥用量约170 kg/m3,到2018年《堆石混凝土筑坝技术导则NB/T 10077》[15]时的建议水泥用量下限值已降至130 kg/m3(范围130～190 kg/m3),近年来正在开展的实验甚至达到115～120 kg/m3.

掺合料是高自密实性能混凝土的另一个技术突破点.粉煤灰作为活性掺合料被广泛采用,实验发现部分粉煤灰并没有参与到凝结硬化反应中,因此石灰石粉作为惰性掺和料,在松林水库[35]、德隆水库、车拗口水库等工程中被大胆采用,不仅缩减成本,且降低了水化温升.虽然石粉对后期混凝土强度没有太大帮助,但作为粉体材料起到了很好的填充作用,且可充分利用块石弃渣生产石粉.

3.2 软岩条件筑坝

堆石混凝土的堆石料一般要求质地坚硬,但也有利用软岩和在软岩基础上修建堆石混凝土坝的成功案例[36-37],如红层地区四川省七一水库(重力坝,35.8 m,完建)、贵州省沙千水库(拱坝,66 m,在建).在软岩基础上建设大坝,最大的问题是坝基应力和抗滑稳定性[38],坝基垫层混凝土一般设置更厚,如七一水库设2 m 厚C20常态混凝土[36].软岩作堆石料的前提是,优化开采爆破参数、严格控制入仓块石粒径,石料饱和抗压强度不小于25 MPa[36].沙千水库首次在HSCC配合比中,采用了石英砂岩制小石子、石灰岩制砂的组合骨料,充分利用当地材料.工程现场生产试验、RFC大试件试验[37]和钻孔取芯(如图13所示)的结果表明,软岩在堆石混凝土中的应用是可行的.

图13 软岩筑坝成功案例——沙千堆石混凝土拱坝

3.3 高寒地区筑坝

堆石混凝土由于其技术优势在高寒地区的应用也较广[39-44],主要在青海省、西藏、黑龙江等高海拔严寒地区,见表4.

表4 部分严寒地区堆石混凝土坝工程

为了抗冻需要,坝体上下游防渗层(保护层)、孔洞周边混凝土的抗冻等级较高,工程中应用案例多为F200最高F300,而坝体内部堆石混凝土的抗冻等级一般仅为F50.在寒冷、干燥的不利环境条件下,自密实混凝土的流动性会降低,凝结时间会变长,可开展相应的骨料低温试验、全料(含水泥、掺合料、骨料等)低温试验[41]确定合适的配合比.工程实践中通过增加新型高性能减水剂(如专用R2110D 型外加剂[41]、R214SC型外加剂[40]等),改善HSCC 的流动性和保塑性；通过增加配合比中的水泥用量,缩短混凝土凝结时间[41].此外,高海拔寒冷地区的昼夜温差大导致温控难度较大,坝体需做好分缝设计以提高抗裂能力；越冬期可采取有效的表面保温措施,如覆盖砂石卵料或10 cm 厚的聚苯乙烯泡沫塑料板[39].单元体抗冻试验表明：冻融后,RFC 的质量损失率和强度损失率与HSCC相当,工程设计可采用HSCC 的抗冻等级控制.

4 堆石混凝土快速施工创新技术

4.1 整体浇筑拱坝技术

为了充分发挥拱坝体型薄的优势并加快施工进度,2018年提出了不分横缝、整体浇筑的堆石混凝土拱坝新型式[26](如图14所示).该型式不仅可简化坝体构造不分横缝,且取消振捣/碾压和冷却水管等温控措施,与分坝段浇筑法相比,施工快速且机械作业面更宽.贵州省绿塘水库是第一座不分横缝、整体浇筑的堆石混凝土拱坝[12,26],坝高53.5 m,RFC浇筑方量5.8万m3,坝体浇筑仅用了11个多月时间,较大提升了施工速度,建成的绿塘水库体型和外观优美.

图14 堆石混凝土拱坝整体浇筑法与分坝段浇筑法

整体浇筑拱坝技术配套的工艺,包括上下游采用预制混凝土砌块模板[45]取代钢模板(无需拆模),以及上游防渗层采用高自密实性能混凝土一体化浇筑.如果采用预制混凝土砌块模板,且内部无拉筋时,浇筑层厚应适当降低,如风光水库、龙洞湾水库采用1.3 m 浇筑层厚.经过拱梁分载法计算[26]、施工期温度监测[12,46]、RFC 大试件力学性能试验[47]、坝体钻孔取芯等检验方式,结果表明绿塘拱坝均满足质量和安全要求,整体浇筑拱坝是一次非常成功的创新实践.近年来,越来越多的堆石混凝土拱坝采用了整体浇筑型式,如龙洞湾水库(48 m)、风光水库(48.5 m)、桃源水库(35 m)和沙千水库.工程实践的同时,堆石混凝土拱坝筑坝技术相关理论,形成了贵州省地方标准《堆石混凝土拱坝技术规范DB52/T 1545》[48],于2020年正式发布.

4.2 一体化浇筑技术

堆石混凝土坝上游应设置防渗面板层,最大厚度宜为0.5～1.0 m[15].防渗层内应设置止水,拱坝横缝处的止水兼作横缝灌浆的止浆片.早期堆石混凝土坝的防渗层采用常态混凝土单独施工,目前为了简化工艺提升施工速度,多数工程都已改用高自密实性能混凝土一体化浇筑技术[25,49],同时配置防裂钢筋网(如图15所示).当自密实混凝土防渗层与坝体堆石混凝土标号不一致时,可通过调整水泥、粉煤灰的比例,先生产高标号的防渗层混凝土并浇筑(多浇筑一部分)[49],然后浇筑剩余坝体低标号的混凝土,从而实现一体化浇筑.

图15 堆石混凝土上游防渗层布置简图

除防渗层外,堆石混凝土还在斜坡段垫层、坝内廊道等部位,采用高自密实性能混凝土与坝体一体化浇筑技术.坝肩的斜坡段垫层浇筑难度较大,而高自密实性能混凝土具有非牛顿流体特性[50-51],在填充复杂形态部位具有较大优势.此外,堆石混凝土的坝基基础垫层多采用常态混凝土浇筑,目前也有了采用堆石混凝土一体化浇筑的成功案例,如沙千水库.

4.3 超厚层RFC浇筑技术

导则中建议堆石铺填分层厚度宜为1.5～2.0 m,因为层厚大于2 m 的工程经验不多[15].为了保障北京冬奥会延庆赛区人工造雪的水源供给,2019 年堆石混凝土筑坝技术应用于1 050 m(海拔)塘坝的建设,采用了3 m 超厚层RFC 浇筑工艺[52].该坝坝高58米,从首仓混凝土浇筑到塘坝的坝顶只用了4个月时间,突破了传统混凝土的工期限制.受群山之巅的赛区地形和北京高温雨季的限制,普通的混凝土坝基本无法同时满足工期短和施工质量的要求[53],而堆石混凝土快速筑坝技术在1050塘坝得到了充分展现,如图16所示.

图16 堆石混凝土技术应用于冬奥会1050塘坝

由于HSCC流动性和填充性较好,可有效减少超厚层混凝土的底部缝隙以防止渗流[52].在冬奥会1050塘坝的施工初期,现场逐层开展了2、2.5、3和3.5 m 的RFC 浇筑实验,通过反复论证最终确定了3 m 的最佳施工层厚[52].为缩短施工工期和保障工程质量,该工程还做出了许多技术创新,如可调悬臂钢模板、抓石器快速堆石技术、全数字化建模技术等[52].经过压力检测、密实度检测、钻孔取芯等试验,验证了3 m 浇筑层厚下形成的堆石混凝土具有较高保证率的密实度,且坝体混凝土质量符合强度、抗渗和抗冻等力学性能的要求.

4.4 模板施工创新技术

堆石混凝土的浇筑需要仓面四周模板的支撑,模板要求具有良好的密闭性、刚度和强度.流动的HSCC会对模板产生较大的水平侧向压力,若模板底部支撑不足,则会导致混凝土跑模；成型的模板应构造紧密,缝隙小于2 mm,若模板接头封堵不严,则会导致混凝土漏浆.

工程中常采用悬臂模板、自升式模板、翻升式模板、组合模板和预制模板等型式.大悬臂模板如图17(a)所示,是近年来的创新设备,采用外部支撑而仓面内部无拉筋,不影响模板附近的堆石.模板也可采用内拉式支撑(如图17(b)所示),但对模板附近的堆石工艺和堆石率会产生影响.除传统钢模板、木模板外,也可采用预制混凝土块作为模板,如四川沙坪二级水电站采用预制混凝土模板(如图17(c)所示)、贵州绿塘水库等拱坝采用丁砌预制混凝土块模板(如图17(d)所示),省去拆模工序,上下游模板砌筑后作为坝体永久部分.此外,由于下游斜面模板不方便支撑,且可能会形成无堆石三角区,因此贵州省军屯水库等工程采用了台阶状下游模板,在不介意坝体外观的情况下,减少了模板支立与拆除时间,且提高了堆石率,减少了水泥用量,如图17(e)所示.

图17 堆石混凝土施工时的不同模板类型

4.5 廊道快速施工技术

坝内廊道属于细部结构,高度约3 m[24],其施工过程通常会影响3仓堆石混凝土的正常快速浇筑.近年来,坝内廊道分别从自身混凝土浇筑和周边混凝土浇筑两方面,不断取得施工技术创新[29].廊道底板多采用常态混凝土浇筑,廊道自身可采用现浇和预制两种型式.如果是现浇混凝土廊道,采用HSCC 一体化快速浇筑技术的工程越来越多,推荐廊道与坝体混凝土设计强度标号相同,便于施工.如果是预制混凝土廊道,可预制常态混凝土顶拱廊道或预制“顶拱+侧墙”廊道.此外,坝体堆石混凝土与廊道混凝土现浇存在3种先后顺序：坝体先浇筑,则硬化后的RFC可作为廊道外模；廊道与坝体同步上升,则支好廊道钢筋模板后即可二者一体化浇筑；不推荐廊道先浇筑,工序最多工期最长[29].上述常见的4 种廊道施工方式如图18所示,其中预制廊道需场地宽阔,从而减少吊装难度；坝体与廊道一体化浇筑的工程,约占到了统计工程数量的50%；先预制廊道吊装、后堆石作业的一体化浇筑方案节约了钢筋制作时间,工期相对最省.

图18 常见堆石混凝土的廊道4种施工方式

5 结论与展望

堆石混凝土筑坝技术从零到一,经过近20年发展已形成完整的技术体系,包括核心技术、施工工艺、配套设备以及质量标准体系,并在筑坝材料、快速施工等方面取得了多项技术突破与创新.堆石混凝土技术取得的阶段性成果与工程实践,都为百米级堆石混凝土坝及国外工程的设计与施工奠定了技术基础.目前,安哥拉、巴基斯坦、布隆迪等国的堆石混凝土坝已准备建设.由中国原创并发展于中国的堆石混凝土筑坝技术,正逐步走出国门、走向国际.

下一步的堆石混凝土筑坝技术,将实现新一代智能化无人或少人筑坝技术.通过自动化、智能化施工技术提高筑坝效率,并采用智能化质量控制手段保证大坝质量.目前,工程上正在开展智能化筑坝技术的相关研究,如采用无人驾驶机械,实现堆石的无人装载、无人运输、无人卸料和入仓；改进布料机安装“天眼”,实现HSCC的智能化浇筑；利用少量人工,辅助安装模板和各种止水预埋件；研发冲毛机器人等设备,实现无人养护.堆石混凝土智能化质量控制,基于视频或图片开展人工智能识别算法研究,实现堆石质量的精细化控制；利用开发的智能化全量检测设备(如泵送全量检测、漏斗全量检测等),开展HSCC 的全过程质量控制.未来基于堆石混凝土可实现大体积混凝土坝的智能建造,该技术具有广阔的应用前景.