堆石混凝土技術的研究與應用

王寬會

摘 要：通過對灑谷水庫堆石混凝土壩施工現場進行實地考察學習，擬在拉里么水庫工程中推廣堆石混凝土技術，通過實踐觀察和收集相關數據，對堆石混凝土技術的具體應用進行探討，總結了堆石混凝土技術的各種優勢，并形成了一系列的科技成果。

關鍵詞：堆石混凝土；拉里么水庫工程；優化；應用

為完善傳統土石壩、砌石壩、混凝土壩等筑壩技術體系，推廣“宜材適構”筑壩理念，解決中小型工程中的大體積混凝土施工困難，清華大學發明了堆石混凝土施工技術，并獲得了三個國家專利，堆石混凝土技術不僅擁有完整的自主知識產權，而且在實際工程中不斷得到推廣和應用。2013年11月7日下午，由楚雄州水務局牽頭，北京華石納固科技有限公司、永仁縣水務局、楚雄欣源水利電力勘察設計有限責任公司及水利行業有關專家參與，對堆石混凝土技術優勢及推廣應用存在問題進行認真分析討論，會后參會單位對正在施工的曲靖市羅平縣灑谷水庫堆石混凝土壩施工現場進行實地考察學習，擬對永仁縣拉里么水庫工程進行堆石混凝土技術的推廣應用。

1 堆石混凝土技術概述

堆石混凝土是指先將滿足一定粒徑要求的塊石（或卵石）自然堆滿倉面，然后在堆石體表面澆注滿足特殊要求的專用自密實混凝土，無需振搗僅依靠其自重充填堆石體的空隙，所形成完整密實的混凝土，其具有低碳環保、低水化熱、工藝簡便、造價低廉、施工速度快等特點，其構成如圖1所示。

在大壩等建筑中，為了降低混凝土的水化熱和成本，都希望能夠降低水泥用量。因此，一般采用減少用水量或采用大粒徑骨料以增加骨料用量的方法。前者，如碾壓混凝土，即是采用干硬混凝土的方法，但需要大功率的碾壓機械，依靠強大的機械力量使混凝土密實。在實際生活中，更多的是采用四級配骨料，骨料最大粒徑可達到150mm。在中小型工程中，也有采用混凝土砌石、毛石混凝土、埋石混凝土等方式筑壩，但是，這些筑壩方式要求較高的專業技術人員，施工人員的技術水平直接影響大施工質量。隨著近年來，人工成本的上漲，采用混凝土砌石、毛石混凝土等筑壩技術的成本也愈來愈高。

2 拉里么水庫工程簡介

拉里么水庫位于永仁縣猛虎鄉阿里地村委會的拉里么河上。壩址地理坐標為東經101°31′02″，北緯26°02′09″，控制徑流面積18.9km2，設計總庫容313.17萬立方米，其中：正常庫容265.02萬立方米，死庫容36.68萬立方米，興利庫容228.34萬立方米。設計灌溉面積0.67萬畝，其中：新增灌溉面積0.48萬畝，改善灌溉面積0.19萬畝。大壩壩型為堆石混凝土重力壩，最大壩高57.2m，壩軸線長106.9m，堆石混凝土工程量：總填筑量5.98萬m3（堆石占55%～60%），其中：塊石料約1.8萬m3，C15混凝土填筑量4.2萬m3。

3 堆石混凝土技術的應用與優化

3.1 前期準備

混凝土施工技術的前期準備包括了原材料的選用和質量的規定。堆石混凝土的材料一般選擇新鮮、完整和質地較好的塊石，并且塊石的大小有一定的要求，如粒徑不宜小于300mm，最大粒徑不應超過結構斷面最小邊長的1/4，塊石的飽和抗壓強度（Rs）也有要求，不得小于30MPa。而水泥一般選用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、中熱或低熱硅酸鹽水泥。選用質地堅硬的，表觀密度不小于2450kg/m3、最大粒徑不超過150mm的砂礫料；選用粉煤灰、沸石粉、火山灰、石粉等作為摻和料；選用特定的外加劑。

3.2 具體施工

堆石混凝土的施工包括了具體的施工流程，相關設備的選擇，以及具體的施工方法。具體而言：結合拉里么水庫工程的具體情況，將施工流程分為倉面處理-測量放線-模板安裝-堆石入倉-自密實混凝土澆筑-混凝土收倉、養護等六個過程，各個過程都必須檢驗合格后方能進行下一道工序；現場設備的選擇主要是指運輸設備的選擇，包括型號的確定與設備的具體布置，根據壩體填筑的高度（最大壩高為57.2m），為解決上部壩體塊石的垂直運輸，結合大壩施工特點和現場的實際地形條件，上部壩體的塊石主要采用塔式起重機吊運入倉。而具體的施工方法則是包括六個方面，一是基面處理，即對開挖基礎面，應挖至新鮮的基巖面，并將基巖面上的松動巖石撬挖掉，清除干凈，然后用高壓風將表面吹干凈；在處理上、下層混凝土時，應將結合面清除干凈。二是測量放線，即在基面處理完成后，驗收合格時，用全站儀測出結構物位置、輪廓線及其高程，以確定模板的安裝位置。三是模板安裝，即在測量放線所確定的位置上進行模板安裝，模板一般選用定型鋼模板或普通木模板作為主體，用自制木模板和普通小鋼模板作為補充；模板的加固采用內拉外頂式的方法。四是堆石料入倉，入倉前，需要對塊石進行全面質量檢查，確保其符合施工要求；檢查合格后，對壩體上下部采用不同的運輸方式入倉，如下部用10t以上自卸汽車，上部用塔式起重機；入倉后，對倉面進行人工平倉，或挖掘機平倉，并對倉內進行清理；在監理工程師驗收合格后，才能進行下一工序。五是自密實混凝土澆筑，其中包括了自密實混凝土拌和、自密實混凝土的運輸和自密實混凝土的澆筑等步驟，拌合需要對材料進行清理、調配，并選擇合適的攪拌機。運輸則是用混凝土輸送泵。澆筑則是需要根據一定的程序和規定，嚴格進行清理和施工，確保澆筑的科學穩固。六是堆石混凝土養護，主要是指保持堆石混凝土的濕潤，避免暴曬。

3.3 優勢對比

相比埋石砼，堆石砼有著較為明顯的優勢，雖然在直接成本上有所增加，如表1所示。

但在施工工期對比中，我們發現埋石砼澆筑施工工期為14個月，完成澆筑方量約為6萬立方米。根據施工場地及施工機械配備條件不同，堆石砼澆筑速度一般為5000～20000立方米/月。結合本工程實際施工組織設計方案，月均澆筑速度約為5500立方米，施工工期為11個月，可節約工期21.4%。因此，采用新型堆石混凝土技術雖比設計的埋石混凝土方案增加投資10.14萬元，但工期縮短了3個月，按18萬元/月的施工成本計算，可節省投資54萬元。所以實施結果比原方案節省投資43.86萬元。優化后方案可行。

4 結束語

總而言之，堆石混凝土技術在拉里么水庫工程建設中較為成功，優化方案具體可行。堆石混凝土技術對大壩建筑的工期和成本都具有重大意義。

參考文獻

[1]韓健，張彩雙，盧玲，等.堆石混凝土技術的研究與應用[J].中國水運（下半月），2013，12（23）.

[2]陳永興.瀝青混凝土心墻堆石壩施工仿真理論與應用研究[D].天津大學，2012，16（22）.

[3]謝越韜.自密實混凝土填充性能及堆石混凝土界面微觀特性研究[D].清華大學，2014，22（16）.