堆石混凝土重力坝施工方法及质量控制研究

◎ 王俊杰 占雄鹏 中交河海工程有限公司

1.工程概况

本工程位于重庆市武隆区西部双河镇木根村上下瓦房附近，是一座以农业灌溉、村镇供水和灌区农村人畜饮水等综合利用功能的小（2）型水库。大坝采取堆石自密实砼重力坝，坝顶高程1349.10m，最大坝高38.5m，坝轴线长161.3m，坝顶宽6.0m。坝体采用自密实堆石砼，设计等级为C15，抗渗等级W4；大坝基础垫层为1.0m厚的C15常态砼；坝体上游面设0.6m厚的C25自密实砼防渗层，防渗面板直接接入基岩，抗渗等级为W6，抗冻等级F150；溢流堰头、闸墩及水流流速较大处为C25钢筋砼；溢流坝段下游面砼设计等级为C30抗冲耐磨砼，抗渗等级W6，抗冻等级F150。

2.施工总体安排

根据现场情况，设置了采石场、拌合场、钢筋加工棚、施工便道、蓄水池等临时设施，堆石备料区设置于坝体上游面库底，石料采用库区爆破料，混凝土由拌合场经拌合站运输道路、施工便道，运送至坝前，经地泵入仓浇筑。

坝基开挖验收完成之后，自下而上依次进行大坝垫层、堆石混凝土、上游面防渗层、溢流坝段下游面防渗层、坝顶结构混凝土等施工。随着坝体升高，依次进行排水廊道、取水管、无砂砼管等安装工作。

3.施工方法及技术措施

堆石混凝土技术是指将大粒径的块石直接堆放入仓，然后从堆石体的表面浇筑无需任何振捣的专用自密实混凝土，并利用专用自密实混凝土高流动性、高穿透性的特点，依靠自重完全填充堆石的空隙，形成完整、密实、水化热低、满足强度要求的大体积混凝土。

3.1 试验段施工

为完善和优化堆石混凝土施工工艺、验证堆石混凝土施工质量、提高施工队伍和管理人员施工技术水平，根据现场实际情况首先开展生产性试验，进行试验段堆石混凝土浇筑。现场试验全过程必须有自密实混凝土专利方技术人员全程技术指导和监督下进行。

试验段目的：通过试验确定堆石料运输方法及运输设备配置，选择合理保障堆石率方法，验证浇筑点间距，制定质量保证具体措施，合理优化施工方案。

试验段检测内容：现场试验检测内容主要包括堆石混凝土浇筑密度检测（钻孔取芯、超声波）、堆石混凝土芯样力学性能检测（钻孔取芯）、堆石混凝土水化温升检测（预埋电阻式测温元件）、堆石混凝土变形及裂缝观测（水平变形观测、试验块）、堆石混凝土抗渗性能检测（钻孔压水试验）。

试验段总结：试验段施工完成后，对现场试验数据进行统计分析，并对施工机械、人工统计和功效进行分析，为方案优化提供基础信息，为堆石混凝土综合单价测算提供基础信息。

3.2 主要施工方法和技术措施

（1）仓面处理。基岩面清除松动块石，杂物、泥土等，冲洗干净且无积水；施工仓面，必须将混凝土软弱部分完全剔除，包括浮浆、乳皮及浇筑产生的无强度泡沫。防渗层以微露小石为宜，非防渗层微露粗砂为宜。堆石混凝土常用凿毛方式有风镐或风砂枪凿毛、高压水枪冲毛、钢钎人工凿毛和钢钉耙拉毛等。本工程堆石混凝土仓面面积较大，采用高压水枪冲毛，速度快，易控制质量，待浇筑完成的混凝土终凝后进行。

（2）堆石料选取。坝体石料存放在备料区，利用钢筛进行筛分，当筛分石料附着较多泥土时，采取冲洗设备先清洗。筛分出粒径30cm≤d≤120cm石料，选取新鲜完整、质地坚硬且无剥落层和裂纹的块石，选取过程中人工配合冲洗石料表面附着的泥土，冲洗干净的块石料堆存备用，无用料装车卸至取料范围以外。堆石料的饱和抗压强度宜大于30MPa以上，堆石料要求含泥量不大于0.5%，泥块含量不允许。

（3）堆石料入仓。堆石入仓方式主要有自卸车入仓，具有堆石速度快，综合单价低等优点，在地形开阔，能够修建上坝便道的工程均采用此方法；塔吊加吊斗入仓，堆石质量易控制，方便跳仓堆石，但堆石速度较慢，无修筑上坝便道条件才考虑使用，多应用场地狭小、仓面较小的小型坝体；吊机加吊斗入仓，不受地形条件限制，灵活机动，但堆石速度慢，多应用小型坝体加固。

堆石过程中要形成有空隙的堆石体，堆石分层厚度不超过2m，堆石体外露面所含有的粒径小于200mm的石块数量不得超过10块/m，且不应集中。块石入仓时，粒径30cm～50cm块石与粒径50cm～120cm块石分开适时堆放，保证堆石体空隙。堆石仓内的石块遵循“下大上小、中大外小”的原则，对于不合格的石块进行清理。当堆石体在靠近模板、止水带等细部1m左右区域，应选用粒径小的石料，上游堆石体与模板之间应保留不小于10cm的空隙作为保护层，边角部位辅以人工平仓，以避免机械堆石对模板和止水带的冲击。

本工程坝体堆石料通过库底和边坡修建临时便道，使用自卸汽车运输，仓内使用反铲挖机配合人工平仓。运输通道随坝体浇筑过程升高或降低，后期恢复。局部位置使用塔吊加吊斗吊运块石入仓。

（4）模板支立。堆石混凝土模板可采用常规钢模、木模等，也可使用浆砌石墙代替，模板必须具有良好的密封性，防止漏浆，侧向压力可按2.5倍水压力计算，堆石体与模板之间应留出约3cm空隙作为保护层。

根据模板加固方式不同，大致可分为内拉式、外撑式、悬臂式、浆砌石墙等。外撑式模板，模板内侧无预埋件，便于堆石，但安装过程复杂，不便于高处安装，模板底部需注意加固密封；内拉式模板，高处安装方便，但内侧拉筋过多，堆石过程易损坏拉筋，堆石过程中需保护拉筋；悬臂式模板，密封性好，不需拉筋固定，便于堆石，需机械配合安装，支模速度快，预埋螺栓需定位准确；浆砌石墙代替模板，主要用于上游防渗层与下游坝体交接处，效率较低，需控制浆砌石质量。

本工程主要使用内拉式，堆石过程中，易对内拉筋产生破坏，且堆石后拉筋修复不便，模板外侧需单独设置操作平台，安全风险较大。条件允许情况下，建议优先选用悬臂大模板，支模速度快，脱模后外观较好，无需另设操作平台。

（5）混凝土浇筑。在浇筑过程中浇筑点均匀布置整个仓面，取浇筑点间距3m，浇筑顺序应遵循单向逐点浇筑，从上游面开始，沿短边进行浇筑，浇筑点不得重复使用，浇筑时要防止模板、定位装置的移动和变形。浇筑顶面应有大量块石露出砼顶面，块石露出高度高于自密实砼表面5cm-15cm为限，且不超过块石自身高度的1/3，并确保埋入石块及周边混凝土的密实度。

堆石混凝土仓面常用浇筑方式有泵送浇筑、溜槽浇筑、罐车自卸浇筑、吊罐浇筑等，采取天泵浇筑，灵活方便，移动范围大，易控制浇筑点移动，但单价较高；采取地泵浇筑较为灵活，综合单价低，拆卸管复杂，建议仓面设布料机易于控制浇筑点；采取溜槽浇筑方便快捷，综合单价低，受场地限制较大，适合高程低的仓面；采用罐车自卸浇筑方便快捷，综合单价低，受场地限制较大，适合高程低的仓面；采取塔吊加吊罐浇筑适用于小仓面浇筑，速度较慢。

本工程大坝不设纵缝，根据设计图纸坝段横缝位置，分层通仓浇筑。每仓混凝土由上游面向下游面方向进行浇筑。混凝土采用泵送和溜槽形式入仓，地泵设在溢流坝段上游库底位置，砼经搅拌车运送至地泵，通过地泵输送入仓。

（6）养护。砼施工过程中，仓面应保持湿润；光照强烈或大风干燥时，应进行喷雾或进行表面水分补偿，保持表面不发白；正在施工和刚碾压完毕的仓面，应防止外来水流入。对长间歇面和永久外露面应优先采用不间断流水养护和表面蓄水养护。收仓面可采用人工洒水养护、机械洒水、花管不间断流水养护。垂直面或斜面可挂设花管进行流水养护。纵缝键槽面宜采用人工洒水养护。浇筑完毕6～18h内应开始养护，养护时间不小于28d。

4.施工质量控制

堆石混凝土质量控制重点为堆石入仓、自密实混凝土生产及混凝土浇筑过程，根据本工程实际施工经验，在此提出几点质量控制要点的建议。

4.1 堆石入仓过程质量控制

堆石入仓过程可能出现的质量问题及控制措施主要如下：①块石粒径过小，过度集中；造成的质量隐患：混凝土浇筑不密实，钻孔取芯芯样有空洞；控制措施：料源处控制，未过筛的石料禁止入仓，入仓时，可在仓内空余处设卸料点，利用挖机等设备堆料。②块石冲洗不充分；造成的质量隐患：混凝土与块石粘结不良，存在渗水通道且钻芯取样易断裂，强度不合格；控制措施：设置冲洗平台，提高冲洗管道流量及冲洗时间，保证块石清洗干净后才可入仓。③自卸车等机械入仓污染仓面；造成的质量隐患：混凝土层间结合不良，存在渗水通道；控制措施：入仓口铺设钢格栅或碎石垫层，清洗轮胎。④在仓面冲洗石块，或边冲洗边堆石；造成的质量隐患：混凝土层间结合不良，有泥水夹层，存在渗水通道；控制措施：坚决禁止在仓面冲洗块石和边冲洗边堆石行为。⑤仓面卸料点碎渣清理不干净；造成的质量隐患：混凝土层间结合不良，存在渗水通道；控制措施：堆石过程中，加强清扫力度，专人清扫卸料点。⑥堆石不够饱满；造成的质量隐患：堆石率低，增加混凝土用量，增加施工成本；控制措施：开仓浇筑前进行验收，堆石率不达要求的仓面补充堆石。⑦仓面上游堆石高，下游堆石低；造成的质量隐患：浇筑时，会造成上游倾向下游的斜面，影响坝体抗滑稳定；控制措施：堆石过程，按照下游堆石略高于上游的原则控制，浇筑时应向上游面倾斜。⑧仓面卸料点分布不合理；造成的质量隐患：清理工作量大，不易清洗干净，层间结合不良，存在渗水通道；控制措施：在仓面靠近下游处设置固定卸料点。⑨有风化石入仓；造成的质量隐患：混凝土强度不达标；控制措施：块石筛选环节加强控制，风化石不予采用。

4.2 堆石混凝土生产质量控制

本项目为自建搅拌站，堆石混凝土所需的高性能自密实混凝土由自建搅拌站生产，堆石混凝土生产过程可能出现的问题及控制措施主要如下：①出机状态变化大，有泌水、离析现象；原因分析：砂石料含水率偏大、砂石含粉量降低、外加剂用量偏高；控制措施：原材料未发生变化时严格按生产配合比施工；原材料发生变化，通过减小用水量，提高砂率，降低外加剂用量等方法重新设计配合比。②出机正常运输后至仓面有离析、泌水现象；原因分析：搅拌时间不足90s、气温偏低、外加剂保塑性能过强。③出机流动状态变差；原因分析：砂石料含水率较之前降低、砂石含粉量增加、砂石含泥量大；控制措施：原材料状态变化时，重新计算施工配合比，适当增加外加剂用量，控制原材料含泥量。④出机正常，运输后流动性变差；原因分析：运输等待时间过长、外加剂保塑性不足、气温过高；控制措施：控制运输时间，更换外加剂型号，对罐车洒水降温，遮盖泵管。⑤外加剂用量较大；原因分析：砂石料含粉量大，砂石料含泥量大，粉煤灰烧失量变化，或由原状灰变为磨细灰会增加需水量和外加剂量气温低，外加剂吸附性低；控制措施：检测砂石含粉量，重新计算施工配合比，替换含泥不符合要求的砂石料，更换粉煤灰，要求二级原状灰，低温天气适当延长搅拌时间。

4.3 堆石混凝土浇筑质量控制

堆石混凝土浇筑时，不需振捣，如对外观较高的要求部位，可在浇筑时辅助敲击模板外侧，浇筑时，最大自由下落高度不宜超过1.5m。浇筑时，浇筑点应遵循自上游至下游“S”型布置，浇筑点间距不宜超3m，单向逐点沿短边浇筑，即每个浇筑点浇满后移动至下一点，浇筑点不得重复使用。分层连续浇筑时，需要在下一层混凝土初凝前将上一层混凝土浇筑完毕，故需预先考虑混凝土供应强度能否达到要求。混凝土收仓时，应将块石适当外露浇筑面50～150mm，增强层间抗剪和抗滑能力，降低表层纯混凝土开裂风险，降低纯混凝土用量，提升经济性。

浇筑冷缝处理：在浇筑过程中如因停电、降雨或机械故障、跑模等原因而中止（4h以上），出现浇筑冷缝，中断后重新开始浇时，移动浇注点浇筑5～10方高自密实性能砂浆，完全覆盖中断所留下的施工冷缝，然后浇筑HSCC，高自密实性能砂浆能够填充微小的空隙，能够提高界面的粘结力。

5.结语

通过本工程实践，堆石混凝土技术运用在重力坝施工中，具有施工工艺简单、施工速度快、质量便于控制、水化热升温低、节省水泥用量等优点，但在自密实混凝土生产配合比调整、堆石质量控制方面，受场地条件、作业人员水平影响较大，缺乏一套标准化流程。堆石混凝土重力坝一般上游设置40～60cm厚纯自密实混凝土面板，若标号与下游主体不同，建议在满足《水利工程建设标准强制性条文》的要求下，优化为同标号，可一次浇筑成型，大大减少模板安拆工作量，可进一步提高施工效率。