堆石混凝土技术在风光水库施工中的创新应用

王志杰，赵 青，周述礼，李继红

(贵州大学土木工程学院，贵州 贵阳 550025)

堆石混凝土技术(Rock Filled Concrete，简称RFC)是在2003年由金峰教授和安雪晖教授最先提出并获得国家发明专利许可，该技术是主要基于混凝土技术而生产的新型大体积混凝土筑坝技术[1- 4]，在我国水库大坝施工中应用较为广泛。堆石混凝土技术的核心主要由堆石入仓和生产、浇筑自密实混凝土2道工序组成，在模板布置好的前提下，将粒径30～100cm的块石(或卵石)堆放至仓面，形成有间隙的堆石体，之后利用自密实混凝土的高流动、有较好的抗分离性能和自流动性的特点，在重力作用下使其填充到堆石的间隙中，最终形成密实、完整、低水化热、强度较高的堆石混凝土[2- 11]。施工过程中，自密实混凝土无需人工振捣，施工机械率高，从而减少仓面施工人员。堆石混凝土中所用的胶凝材料相对于一般混凝土而言用量少，浇筑物能有较低的绝热温升，只需采取简单的温控防裂措施，低碳节能，绿色环保，综合成本低质[12- 14]。

贵州风光水库是我国首例统仓浇筑的堆石混凝土双曲拱坝。基于此工程，本文对堆石混凝土技术在风光水库施工中的创新应用进行研究，希望能为该技术的推广应用提供重要的技术实践，为其他水电工程建设提供参考和借鉴。

1 工程概述

位于正安县的风光水库，拦河坝是由坝顶溢流表孔、C15堆石混凝土浇筑的双曲拱坝、取放水建筑物等组成，坝顶高程691.22m，正常蓄水位688.00m，水库总库容155.00万m3，有效库容121.00万m3，死库容10.00m3，规模为小(1)型水库，工程等级为Ⅳ。导流隧洞位于坝体左岸山体内，全长124m，为城门洞型，底宽3m，高3.5m，进口底板高程649.5m，出口底板高程647m。拦河坝筑坝材料为C15 (F50 W6)自密实堆石混凝土，最大坝高48.5m，最大坝底厚12.5m，厚高比0.258，坝顶弧长112m，弧高比2.31。拱坝最大中心角91.67°在坝体右侧652.5m高程设放水孔，前端设1.2m×1.2m事故检修平板钢闸，后接DN800钢管，末端设DN800放空管工作阀、DN600取水工作阀、DN200生态管闸阀。溢洪道采用开敞式且位于坝顶中段，堰顶高程为688.00m，采用WES曲线作为溢流面，在曲末端连接反弧段，堰顶设交通桥。

2 堆石混凝土技术应用优势

2.1 低碳节能，绿色环保

堆石混凝土中的堆石料主要是指天然块石，同时也可以使用河道中的石料及旧坝拆除中的废弃固体材料代替。所用堆石的体积占总体积比例可达45%～55%，大大减少了堆石混凝土中其余骨料的使用，同时，胶凝材料的使用也最大限度地减少。通过这样的生产方式，减少了能源的消耗、降低了二氧化碳排放，对环境负荷也较小。因此堆石混凝土技术是一种新型低碳环保的混凝土施工方法[2,6,12- 15]。

2.2 水泥用量少，绝热温升小

堆石混凝土所使用的粗骨料主要是大粒径石块或卵石，单位体积所需的自密实混凝土用量较少，并且堆石混凝土对所添加的惰性、活性掺和料可充分利用，水泥用量显著降低，从而有效降低堆石混凝土的绝热温升。已有的研究表明，堆石混凝土绝热温升在15℃左右，有利于温控和裂缝控制，在大体积混凝土施工中可简化甚至不采取温控措施[2,12- 15]。

2.3 施工工艺简单，降低施工成本

堆石混凝土技术的两道主要施工工序：堆石入仓和自密实混凝土浇筑。在使用机械化设施施工下，可以实现同时进行，并且无需对浇筑的自密实混凝土振捣等措施使施工质量容易控制和保证。没有了振捣等相关工序，降低了仓面的人工成本以及设备成本，也加快了施工速度，缩短工期，施工操作简便、高效，并且堆石混凝土使用大量的天然块石作为原材料，可以就近取材，在总体积中占比大，单位体积水泥用量较小，有效地降低了综合成本[2,6,12- 16]。

2.4 综合性能稳定，安全系数高

自密实堆石混凝土的骨架由强度在30MPa以上的块石组成，堆石骨架可有效地提高材料抗剪强度、抗压强度，并在结构的稳定性以及抑制干缩变形等方面也有显著地提高，再使用抗离析、高流动性、高粘结性的自密实混凝土将空隙完全填充。试验和实际工程都证明了自密实混凝土在堆石体中分布相当均匀，混凝土与堆石粘结牢靠，未发现砂浆和骨料分离现象，混凝土内部有较好的整体稳定性，其结构强度也十分理想，具有优良的力学性能和体积稳定性，安全系数高[2,6,12- 16]。

3 工程施工流程

风光水库堆石混凝土双曲拱坝工程施工工艺主要流程：仓面凿毛及清理、混凝土预制块浇筑、仓面验收、堆石料冲洗、堆石入仓、模板支立、自密实混凝土浇筑及养护。具体施工工艺流程如图1所示。

图1 风光水库施工流程图

4 技术创新

4.1 统仓浇筑

由于水泥水化热及温差而导致坝体存在温度应力，从而产生裂缝，为有效降低坝体温度应力，施工中往往会采用分缝处理的方式，防控裂缝产生。风光水库工程在浇筑上作出了创新，取消设置横缝，采用全段面施工、整体上升式的统仓浇筑方法。避免了分缝为施工带来的干扰，施工工艺极大地简化，工程投资节省，施工进度加快，并解除了后期由于对横缝防渗处理不当造成的渗流隐患，加强了坝体结构的整体性。温度监测资料和工程实践证明统仓浇筑可行性。

施工到目前为止，并未发现坝体产生裂缝。本文只列出标高664.0处的温度检测资料，见表1和图2。

图2 0+056.65断面664.0高程坝体温度观测过程图

风光水库工程作为第一个采用统仓浇筑的堆石混凝土双曲拱坝，后期可能涉及某些隐藏问题，还需加强温度、裂缝和位移变形的监测。

4.2 仓面导流槽

为保证层间稳定，避免渗水，堆石混凝土在浇筑下一仓之前，需要进行凿毛养护，使新旧混凝土接触面充分融合。根据施工经验，层间进行冲毛处理多采用压强为25～50MPa的高压水冲毛机，在混凝土终凝后才可以进行冲毛，并且混凝土抗压强度必须大于等于2.5MPa。为保证施工质量，必须全部清除表面的杂物、浮浆、乳皮层、泥土，包括浇筑过程中产生的泡沫。

表1 坝体温度特征值统计表(EL664.0)

在解决混凝土冲洗仓面，清除浮浆、泥土、乳皮层等杂物而产生积水和天然雨水堆积问题，多数工程在冲洗仓面后采用扫帚或者拖布将仓面污水排除，雨季则采用铺盖不透水的防雨材料以达到仓面无雨水堆积，也有工程采用机械化工具清理，如仓面清洁机具吸拾系统、风动液体吸拾器等[17- 18]。这样的施工方式较为繁琐，对施工进度及施工质量都有影响。

风光水库工程在实际施工操作中设置了1条宽10cm左右的仓面导流槽。在现有的技术方案有两种：一种是使用槽钢、角钢、防腐木托、PVC管预埋在地面混凝土中，在地面完成后进行修补；一种是地面施工完成后利用切割机进行后切槽修补。风光水库采用的是预埋防腐木托方式在仓面设置导流槽，如图3所示。

仓面导流槽工艺，在风光水库工程实际应用中得到了很好的验证，该工艺除了能不间断的排出仓面积水和缩短工期，还具有防渗功能。

4.3 混凝土预制块模板

由于自密实混凝土有较大的流动性，使模板所承受的侧压力相对于一般混凝土而言较大，常规的钢模板在施工中容易变形、跑模，并且对施工影响较大。若采用其他类型的特种模板如滑动模板、悬臂模板等，与钢模板对比，虽然稳定性和外观质量都会有很大的提升，但对安装技术要求高，并且受限于堆石高度[19]。

为解决上述模板问题，风光水库工程借鉴里绿塘水库使用混凝土预制块作为模板的施工经验，并且再次证明了混凝土预制块作为堆石混凝土坝的模板是可行且经济的。

4.3.1混凝土预制块模板设计

参照绿塘水库的施工经验，风光水库将混凝土预制块模板结构尺寸设计为50cm×30cm×30cm，采用一顺一丁的砌筑形式，砌筑4块(128cm)混凝土预制块，砌缝宽2cm，使用和坝体混凝土标号相同的C15混凝土浇筑混凝土预制块，并作为坝体的一部分，后期不拆除。混凝土预制块模板如图4—5所示。

图4 混凝土预制块模板制作图

图5 混凝土预制块模板施工图

4.3.2堆石混凝土坝模板的应用

根据风光水库双曲拱坝结构设计特点、施工条件和外观要求，为了增加堆石率，减少自密实混凝土用量，降低坝体上游防渗面板产生表面温度裂缝的机率，采用M15浆砌混凝土预制块模板。目前风光水库大坝在施工过程中，无爆模、漏浆等异常现象。

4.3.3混凝土预制块模板总结与探讨

(1)通过经济分析和应用可知，风光水库工程采用混凝土预制块作为模板，增加了堆石率、施工简便、外观形象好，自密实混凝土的用量也有减少，使得坝体表面温度应力降低。

(2)使用与坝体强度相同的混凝土浇筑出的混凝土预制块模板进行砌筑且不拆除，作为坝体一部分，不但减少了模板拆除工序，并降低了施工成本。

(3)通过风光水库使用混凝土预制快作为模板的成功经验得出，在双曲拱坝施工中混凝土预制块模板的砌筑方式、结构型式和砌筑高度，为堆石混凝土坝采用混凝土预制块作为模板的施工工艺提供了工程实例。

5 结语

堆石混凝土技术是一项具有诸多应用优势的新型施工技术。新技术必然会产生新工艺，结合风光水库工程施工，深入地分析并总结了统仓浇筑、仓面导流槽和混凝土预制块模板三点创新工艺的优势和不足之处。

(1)统仓浇筑简化了施工工艺、降低工程投资、加快了施工进度，使坝体整体性加强，消除了渗流隐患；

(2)仓面导流槽的应用便捷了仓面积水排出，缩短了施工工期、提高了施工质量，并且具有防渗功能；

(3)混凝土预制块模板降低了温度应力的影响、并解决了常规钢模容易变形、跑模，施工影响大和特种模板安装难度大等问题；

(4)统仓浇筑和仓面导流槽工艺的施工方法、结构设计、尺寸要求并未制定相关施工规范；混凝土预制块模板的应用在砌筑方式、高度及力学性能上还有待深入研究。