浅析堆石混凝土坝施工质量控制要点与检测技术

杨烨然YANG Ye-ran；郭宾GUO Bin；颜昊YAN Hao

（①铜仁职业技术学院，铜仁 554300；②遵义泽黔水利水电建设有限公司，遵义 563000）

1 堆石混凝土坝应用现状

水利工程建设领域提出了利用自密实混凝土和预填堆石相结合，利用自密实混凝土的高填充性、变形性能和间隙通过性填充堆石孔隙，从而形成较为完整、强度更高的整体，这种新的施工坝型可称为自密实堆石混凝土坝，简称堆石混凝土坝（RFC Dam）[1]。随着堆石混凝土坝不断的研究改良和应用，目前堆石混凝土坝浇筑中每仓堆石占比约为0.55～0.60 左右，密度为2.45（t/m3）-2.55（t/m3），较混凝土重力坝而言，极大的减少了混凝土的使用，仍然满足重力坝依靠坝体自重产生的抗滑力满足稳定的要求；在铜仁市军屯水库的每立方自密实混凝土中水泥用量为163kg、遵义绿塘水库每立方自密实混凝土中水泥用量为142kg 和遵义富强水库每立方自密实混凝土中水泥用量为138kg，折合每立方堆石混凝土坝中水泥用量约为62-73kg，水泥用量省，在自密实混凝土浇筑时，在夏季仅需进行简单温控措施，在其他季节温控措施可以取消；由于自密实混凝土具有防渗性能，清华大学水利水电工程系教授金峰提出在挡水坝上游侧浇筑自密实混凝土防渗面板，浇筑时可以与堆石坝体一起浇筑，避免了不同混凝土之间的施工影响。

综上所述，堆石混凝土坝技术优点较常规混凝土重力坝、碾压混凝土重力坝、浆砌石重力坝有免振捣、密实度高、施工效率高、水化合热低、温控措施简单等特点（见表1）。虽然目前贵州开始推广使用，但使用该技术的项目仍然有限，因而以贵州铜仁军屯水库、遵义道真富强水库等实际案例，展开堆石混凝土坝工程质量控制和检测技术展开研究，为今后堆石混凝土坝在施工过程提供参考。

表1 常用筑坝材料的优缺点分析

2 自密实混凝土技术应用现状

堆石混凝土技术是以自密实混凝土技术为核心技术研发出的新的筑坝技术，20 世纪80 年代，日本研究人员最先研究出无需振捣密实依靠自重作用充模密实成型的混凝土。由于自密实混凝土特点，随后该领域的研究迅速成为混凝土材料研究热点，通过大量的科学研究，自密实混凝土技术取得很大的进步，广泛用于各类工程建设中。较普通混凝土自密实混凝土性能特点突出：①优良的变形性能和间隙通过性能，自密实混凝土能保持足够变形和一定的流动性通过障碍物，持续流动直至填充满空隙；②环保绿色，自密实混凝土由于减少了振捣过程，被认为是低噪音的环保混凝土材料；③高抗离析性，自密实混凝土拌和物中各组分能保持均匀分散，自密实混凝土成型后能保证质量均匀，不会产生普通混凝土由于振捣不充分而造成的蜂窝、麻面和内部空洞等质量缺陷[2-3]。

我国对自密实混凝土的研究及应用虽然相对较晚，但是发展迅速，2004 年中国土木工程学会编制了中国第一部《自密实混凝土设计与施工指南》，后来又制定了地方或者行业技术规程。自此自密实混凝土大量在建筑、公路桥梁和水利工程中应用。

3 堆石混凝土坝施工工艺

3.1 堆石混凝土坝施工准备阶段

根据大坝特点开展设备配置，如：堆石料运输车辆、挖掘机数量、拌合系统和输送泵等。由于自密实混凝土流动性大，对模板要求极高，防止漏浆、爆浆。同时对模板压力较大，对模板的支立严格把控。目前大部分模板系统采用钢模板，模板与模板间缝隙采用双面胶粘贴，确保小于2mm 缝隙的密闭性以防止漏浆的发生，支模时在模板涂刷脱模剂，确保外观质量。

3.2 自密实混凝土浇筑

堆石从料场开采出来需经过2 次清洗、筛选才由自卸卡车运输到仓面集中点堆放，由挖掘机铺摆块石，层高约为1.5m。仓面堆石完成后，生产好的自密实混凝土通过输送泵运输到仓面，使用泵管进行布料浇筑，先浇筑上游面确保坝体防渗面板质量，然后浇筑下游面，下游仓面浇筑高度比上游仓面高形成倒坡，[4]浇筑仓顶部堆石裸露10-15cm 时停止浇筑自密实混凝土。待自密实混凝土达到初凝状态时，开始使用高压水枪冲毛、人工电镐凿毛和清洗处理。自密实混凝土浇筑完成后注意防曝晒，立即开展覆盖作业。（图1）

图1 堆石混凝土坝浇筑施工工艺

4 堆石混凝土坝施工质量控制和检测技术几点建议

堆石混凝土坝目前在国内修建了90 多座，在贵州省修建10 余座，尽管在一些工程应用中取得了一定质量效益，但全部是中小型水库，且主要集中在遵义市。说明堆石混凝土实践应用还是处于初步使用阶段，不如普通混凝土那样普遍应用，堆石混凝土坝的工程质量控制和检测方法还不太成熟，依然是现阶段研究的热点。

今年李克强总理提出“水利工程是民生工程、发展工程、安全工程”，堆石混凝土坝作为一项水利工程建设新技术，施工质量控制问题仍是重中之重。工程质量控制不是一蹴而就得来的，而是不同岗位技术员、施工员按照要求完成工作职责，保证施工过程中每一道施工工艺准确合规实施。根据《胶结颗粒料筑坝技术导则》（SL678-2014）（以下简称《技术导则》）和一些成熟质量控制案例，以堆石混凝土坝施工工序为基础梳理出堆石坝混凝土生产质量控制、浇筑过程质量控制监测和浇筑后的质量检测3 个质量控制阶段和相应的检测注意事项。（图2）

图2 堆石混凝土坝各施工阶段质量控制要点

4.1 生产前质量监控

原材料是保证堆石混凝土施工质量控制的最重要的因素，可以分为自密实混凝土和堆石料两个方面。自密实混凝土的原材料中除外加剂采用专用外加剂外，其余均可使用本地生产的符合相关标准的原材料。在贵州水利工程目前是使用的自密实混凝土配合比是由外加剂厂商提供，该自密实混凝土配合比引用水粉体积比配合比参数，水粉体积比跟普通混凝土中水灰比不同。粉体材料不仅包括水泥、矿物掺和料，也包含粗细骨料中粉体材料。

堆石料符合《技术导则》中3.1.2 的要求，堆石料用量大，对堆石料的粒径由要求，在开采时宜开展开采试验，保证粒径符合要求。在堆石料开采场可增加筛分设备，经过筛分的块石经清洗后（清洗设备可以按照在水源充足、运输方便处）分别入仓堆放，有效的提高了施工效率，保证工程质量。

在进行堆石混凝土浇筑前，应开展堆石混凝土试验仓浇筑，试验目的：

①通过生产性试验，检验机械设备工作情况，可进一步优化生产过程，提高施工效率；

②复核高自密实性能混凝土初步配合比，并成型相应的抗压、抗渗、抗冻试块，获得混凝土不同龄期强度数据、容重、扩展度、V 漏斗时间、出机温度等技术参数；

③通过浇筑试验仓，获得堆石混凝土生产效率、浇筑效率、填充率等参数；利用挖坑试验等方法可直观评测堆石混凝土内部密实度是否满足设计要求。

综上所诉，储备的原材料重在监测控制，严格控制砂的细度模数和石子级配，定期对粗细骨料的细度模数、颗粒级配、含水量进行检测。同时，通过堆石混凝土试验仓浇筑帮助参建各方人员对堆石混凝土的施工工艺及施工技术要求加深理解，从而为下阶段大坝堆石混凝土生产性浇筑摸索和积累经验。（表2）

表2 原材料的主要检测项目、频次和控制标准

4.2 浇筑过程质量控制监测

堆石入仓前，要检查自密实混凝土凿毛或冲毛处理是否合格、仓面是否干净、是否有积水、是否有泥土、渣石；堆石经清洗除去尘后可由汽车直接运输入仓，运输车辆入仓道路需有清洗台对车轮进行冲洗，堆石撞击产生的渣石和粉尘要即使清扫，仓面禁止使用水冲洗，防止仓底沉渣。为减少对大坝结构的影响在仓面设堆石集中点，控制运输车辆和挖掘机的工作路线，一般在距上游面板2/3 处、下游面板1/3 处作业。

自密实混凝土每次生产前需对砂石含水量、含泥、细度模数进行检测，然后再根据配合比调整优化进行生产。新生产自密实混凝土要对自密实性能状态进行检测，主要是塌落度检测、扩展度检测和V 型漏斗通过时间检测[3]。自密实混凝土浇筑状态必须实施监测，一般每隔4 小时进行一次自密实混凝土工作性能指标检测。若出现不稳定状态自密实混凝土应立即停止浇筑，再次浇筑时需自密实混凝土各项指标检测合格，已浇筑的不合格自密实混凝土应立即处理。自密实混凝土生产技术员需有专业的素质和素养，能针对原材料的变化适当对自密实混凝土配合比优化，确保自密实混凝土的性能指标符合要求，能在搅拌过程中观察判断自密实混凝土的好坏。同时，通过堆石混凝土实验仓的浇筑确定了堆石率，从而确定每仓所需石料和自密实混凝土的方量，每仓浇筑时现场入仓料都记录，可以作为判断自密实混凝土填充质量好坏的参考。

堆石混凝土水化热较低，可以使用简单的温控措施，但自密实混凝土浇筑时受温度影响，自密实混凝土夏季施工措施跟普通混凝土一样需要，高温时自密实混凝土的工作性能会降低。

4.3 浇筑后的检查

①养护措施检查。堆石混凝土浇筑后要进行防曝晒的覆盖作业，6-18h 内要开始洒水养护，连续养护28 天。②拆模后对堆石混凝土表面进行外观检查，自密混凝土外观缺陷跟普通混凝土一样。若有缺陷要对其进行分析，提出合理的处理措施或方案，对缺陷进行处理。③堆石混凝土坝浇筑质量的评价方法。《技术导则》（SL678-2014）中7.3.4提出关于堆石混凝土检测方法有孔内电视检测层间密实度方法、超声波检测检测堆石混凝土内部密实度、挖坑法检测密实度（堆石混凝土密度和强度高，施工难度大，误差大[4]），钻芯法检测混凝土强度、压水实验。孔内电视通过钻孔或者预埋管道孔内成像，通过图像能够真实反应石混凝土浇筑质量，判断准确度高。缺点是观测孔保护不当容易堵孔。

超神波检测法是利用脉冲波在不同介质间传播时发生信号变化反应出混凝土浇筑的质量[5]。堆石混凝土坝55%-60%堆石占比且堆石粒径不一，可以认为堆石混凝土坝是一种不均匀的材料，其脉冲信号变化幅度大，不利于对堆石混凝土坝浇筑质量的分析。

钻芯法是有一种微破损法或局部破损检测方法，具有科学、直观、实用等特点。贵州大学研究团队统计贵州地区堆石混凝土坝相关工程质量检测报告[3]，打鼓台水库、绿塘水库等8 座芯样强度均大于设计坝体堆石混凝土等级，但离散型较大，其原因块石含量对芯样抗压强度起到关键影响[6]，其中纯自密实混凝土芯样强度值最低。虽然芯样可以直观、准确的展现出堆石混凝土坝浇筑质量，但仍要注意钻孔的数量对坝体结构的影响。

坝体抗渗性能的主要检测技术是压水试验，通过在大坝各处开展现场试验，测得各孔的透水率，来判断堆石混凝土层间结合的好坏，透水率越小说明堆石混凝土胶结程度越紧密。

5 结语

堆石混凝土筑坝技术作为一种新的筑坝技术，特点突出，前景广阔。目前，堆石混凝土坝技术处在初步发展阶段，本文梳理堆石混凝土坝几个施工阶段的质量控制要点和检测方法的特点，供大家参考。堆石混凝土重力的质量控制随着技术的发展仍有很大改进空间，检测的方法还有更先进、合理的手段。