堆石混凝土技術在余慶縣打鼓臺水庫工程建設的應用

梁仕超 梁明健

摘 要：介紹堆石混凝土的概念及優勢，結合貴州省余慶縣打鼓臺水庫工程實際，對堆石混凝土技術的施工工藝及技術應用中的工程質質量管理進行了探討，并對工程建設過程中出現的問題提出一些建議，為該技術的推廣應用積累了一定的經驗。

關鍵詞：自密實混凝土；堆石混凝土；質量管理

堆石混凝土技術是在自密實混凝土技術的基礎上發展起來的一種新型大體積混凝土施工技術，具有低碳環保、低水化熱、工藝簡便、造價低廉、施工速度快、綜合性能穩定，技術先進、適用面廣等特點。堆石混凝土技術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高自密實性能混凝土，利用高自密實混凝土的高流動性和抗分離性能，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。該技術由清華大學金峰、安雪暉教授于2003年提出，并于2007年申請了國家專利。從2004年開始，該項技術及衍生技術已在北京、山西、四川、重慶、云南、西藏、新疆、福建、廣東、廣西、云南等20省（區、市）的多個工程得到成功應用，完成施工總方量超過130萬m3。

一、工程概況

余慶縣打鼓臺水庫是列入貴州省“三位一體”規劃的骨干水源工程，位于敖溪鎮勝利社區烏江一級支流敖溪河支流后溪溝上，距敖溪鎮1km，交通方便。壩址以上流域面積21.2km2，水庫大壩壩高41m，水庫總庫容619萬m3。水庫大壩設計采用堆石混凝土筑壩，主體工程量8.1萬m3。工程的主要任務是解決余慶縣敖溪、龍家集鎮及敖溪產業園區3.8萬人生活用水人及1.8km2產業園區供水問題。

二、建設質量管理

（一）施工過程

（1）洗石施工。洗石區設于大壩上游庫區內，位于死水位高程以下，度汛高程之上，堆石料從采石場用挖掘機裝選上車，自卸車運輸至洗石區，采用人工高壓水槍為主、挖掘機翻轉石料為輔的沖洗方式，洗凈粉塵及泥塊，清除松散渣石后靠一端堆放儲料。

（2）拌合系統施工。由混凝土攪拌機、混凝土配料機，分料斗，水泥罐等組成，同時系統配置稱量系統。系統運行前，先進行試驗指標檢測，根據理論配合比與實際骨料檢測數據相結合，拌制混凝土，檢測各項指標，合格后報項目技術負責人審核后移交拌合樓進行配料生產；所有材料稱量完成且達到配合規定后一起放入拌合機，按照拌合時間進行拌合。

（3）堆石混凝土筑壩施工。首先測量放樣，按規定打好樁點、做好標記，將施工的外輪廓線確定好；隨后模板作業人員按照接樁點、標記及工程質量要求進行模板支護，模板支護主要采用Φ20鋼筋作內撐和預埋錨固，采用Φ10圓鋼與Φ50鋼管作橫背相結合進行對拉施工，每倉設置上中下三層拉筋，模板間縫隙采用雙面膠、泡沫劑進行填塞，隨即對模板表面殘留雜物清理。然后進行倉面沖洗，經監理驗收合格后入倉堆石。堆石施工主要采用自卸汽車入倉，挖掘機進行堆砌，靠模板邊緣采用人工配合堆石，倉面中下游集中卸料，卸料每隔2～3車進行一次人工渣石清理，挖掘機堆石實行U型形式控制從倉面一端堆向另一端，最后進行倉面入口封口；堆石時挖掘機不能在倉面頻繁移動，避免產生過多石渣。堆石完畢報監理驗收合格后開始自密實混凝土的澆筑，混凝土澆筑前，實驗人員需對混凝土原材料、拌合系統生產混凝土進行性能進行實驗檢測，待混凝土性能合格后入倉澆筑，澆筑期間混凝土性能發生變化時，需停止澆筑，對生產配比進行微調，生產混凝土檢測合格后才能繼續澆筑；混凝土狀態正常時，每隔4小時進行一次混凝土性能檢測；混凝土采用混凝土罐車運輸，地泵輸送布料機入倉或泵機泵送直接入倉，先澆筑大壩上游，待上游面澆筑完后相繼往下游面方向進行澆筑，最后在倉面一端收倉，澆筑下游往上游約傾斜，形成斜坡，倉面預留10～15cm堆石裸露；待混凝土初凝后，用高壓水槍對倉面進行沖毛，終凝后沖毛不到位地方采用電鎬進行人工鑿毛；同時對混凝土進行灑水養護，如此多次循環施工。

（二）質量控制

（1）原材料控制。①堆石混凝土用于永久工程時，不宜使用堿活性骨料。當必須使用時，總堿量不大于3kg/m3。②混凝土原材料主要檢測項目、頻次要求和控制標準滿足設計要求。在自密實混凝土開倉前1天內，須對砂石骨料的水洗含粉量、粒徑分布等進行檢測，并以此為基礎計算現場實際配合比。在自密實混凝土開倉前2h內，須對含水率進行檢測，并以此為基礎計算用水量；生產過程中每4小時應檢測一次，當發生顯著變化時，應增加測定次數；取樣應深入料堆內部0.5m以上，取樣點不少于3個。③堆石入倉主要檢測項目、頻次要求和控制標準應滿足設計要求。

（2）混凝土性能控制。①坍落度、坍落擴展度、V漏斗通過時間，開倉第一盤均必須檢測（出機口檢測），且保證合格后方可入倉，之后應每4h應至少抽檢1次，檢測結果滿足設計要求要求。②澆筑過程中混凝土狀態若發生較大變化，應及時通知攪拌站暫停生產并對混凝土性能進行檢測分析，找出原因并及時調整配合比，調整過程中須逐盤檢測，直至性能合格穩定。③混凝土入倉溫度的測量，測點均勻分布在澆筑層面上，每100m2倉面面積至少于一個測點，每一澆筑層不少于3個測點。同時混凝土的質量控制應符合設計要求。

（三）質量檢測

（1）原材料檢測。首先對選用原材料取樣送實驗室進行檢測，取得各項試驗指標；然后做配合比試驗，取得混凝土的初步配合比性能指標；施工前在工地試驗室檢測一些簡單性能指標；在整個施工過程中，運抵現場或加工的原材料按照規程規范的要求的檢測頻率和頻次取樣送實驗室進行檢測。

（2）現場混凝土取樣檢測。現場對拌制混凝土的坍落度、溫度、擴展度及過“V”型漏斗的時間等進行現場檢測，合格后現場按每連續生產400m3取一組試塊（不足400m3部分按一組取），取樣后按齡期送實驗室檢測。

（3）堆石混凝土澆筑質量檢查。打鼓臺水庫工程按照規程規范要求的頻率、頻次、檢測時間進行質量檢測，并委托具有相關資質的質量檢測單位進行質量檢測，試驗試件按時間要求進行送樣。攪拌前要對原材料進行質量檢測、合格后方可攪拌；攪拌后對混凝土各項指標進行檢查，包括坍落度、溫度、及過“V”型漏斗的時間等，合格后進行澆筑；澆筑完成之后要對強度、密實度、抗滲、抗凍、及水化熱溫升進行檢測。打鼓臺水庫大壩工程中采取回彈儀試驗檢測堆石混凝土強度，鉆孔取芯檢測堆石混凝土密實度、強度檢測，復核回彈儀檢測的強度數據；用鉆孔壓水、埋設滲壓計、室內滲水試驗等措施，計算透水率、滲透系數等檢測堆石混凝土抗滲性能；通過凍融試驗確定混凝土的抗凍性；用埋設溫度感應計的方式確定混凝土內的溫度，根據統計的溫度確定混凝土水化熱溫升情況；通過孔內電視觀測及跨孔聲波檢測混凝土的內部質量缺陷、層間結合情況及密度等。

四、工程質量控制的重點與難點

堆石混凝土的質量取決于原材料、高自密實混凝土、施工質量的好壞，所以堆石混凝土的質量管理在施工過程中必須高度重視、嚴格控制。尤其是原材料質量、施工質量及渣石、粉塵是堆石混凝土工作的重點與難點。

（一）原材料

包括堆石料、砂石料、水泥、粉煤灰、水、外加劑等，在工程施工過程中，上述材料的所有性能中若有一項發生變化，就需要反復的調整、試驗才能重新確定混凝土的配合比；當原材料的某些性能超出某個界限時，會出現拌制出不能滿足性能要求的混凝土。

（二）施工質量

包括堆石入倉、攪拌時間、溫度、層間結合部位及施工縫處理等，在現場施工時，堆石質量的好壞決定混凝土的用量、不但關系著整個大壩的質量，而且還會影響施工企業的經濟效益；自密實混凝土對溫度變化比較敏感，在不同的溫度下工作性能也會有不同的表現，施工時要根據現場溫度來調整混凝土狀態或者調整外加劑的參數；攪拌時間根據環境溫度和原材料溫度嚴格控制，時間的長短對混凝土和易性產生較大的影響；層間結合部位和施工縫關系著大壩的穩定性、抗傾覆，同時還涉及滲漏、抗剪切等諸多問題。

（三）堆石過程中渣石、粉塵的處理

在施工過程中，無論采取什么的施工方式，巖石之間的碰撞是不可避免的發生，巖石碰撞就會產生渣石和粉塵，大多分布于層間結合部位及堆石表面。雖然在施工過程中一直大力清除渣石、粉塵，但堆石料位置處渣石、粉塵仍然沒有辦法清理。雖然少量的渣石、粉塵對工程的質量影響不大，但對層間結合、抗剪、抗滲還是有一定的影響。

五、工程建設問題的探討

（一）堆石施工技術改進的探討

堆石施工技術有很多種，不同倉面選用不同的堆石措施，不管選用哪一種堆石措施，均會產生渣石、粉塵。研發單位能否研制出像人的手那樣的抓鏟，能高效抓取大石塊、小石塊，能大量減少粉塵、又能提高生產效能。

（二）結合部位質量控制的探討

層間結合部位和施工縫位置處是工程的薄弱環節，處理難度大，處理效果不是很理想，為能更好地保證工程的質量，能不能像碾壓混凝土壩那樣采取接縫灌漿，對結合部位的表面涂環氧樹脂等方式進行處理，以增強結合部位粘結、抗滲、抗剪等想能指標。

（三）專用外加劑摻合料的優化問題探討

施工地點離外加劑工廠較遠，每次都是大量的購買儲存使用，在施工過程中，如突遇較大持續降溫天氣或天氣變化提前到來，造成原外加劑已不適應當前的溫度，可能會造成浪費或窩工現象。研發單位能不能對外加劑摻合料進一步優化和改進，經過現場指導人員簡單處理下，在幾個小時內能解決問題。

（四）混凝土溫度變形的問題探討

結合對打鼓臺水庫工程的觀測來看，堆石混凝土受溫度變形有一定影響，能不能采取什么措施或者改變某種摻合料的用量或優化施工方案，使得堆石混凝土受溫度敏感度降低，混凝土受溫度變形減小。

六、結語

打鼓臺水庫工程使用堆石混凝土施工技術利用了大量堆石，混凝土中堆石的體積比例可以達到50%～60%，充分利用石料或開挖料中的大塊石，最大限度地降低了膠凝材料的用量。使用當地豐富的石料資源，含石率高、節省約40%的水泥用量，節約了投資成本，降低用工量，提高工效同時縮短施工工期，實現了固廢綜合利用等優勢。同時，堆石混凝土施工技術還在骨料破碎、混凝土生產澆筑等施工環節上大大得節約了能源，減少了二氧化碳的排放。另外，在施工建設過程中，建立了由項目法人、施工單位、勘測設計單位、質監單位、監理單位等參與的微信群，針對堆石混凝土新技術在本工程出現的不同情況時時進行意見交流，為該技術在貴州的推廣應用積累了一定的經驗。

參考文獻：

[1]金峰，安雪暉，石建軍，等.堆石混凝土及堆石混凝土大壩[J].水利學報，200636（11）：13471352.

[2]金峰，安雪暉.堆石混凝土大壩施工方法：中國，03102674[P].2003.

[3]安雪暉，佐藤文則.日本技術在中國：自密實混凝土在大壩建設中的應用[J].日經建筑（日語），2006（6）：2224.

作者簡介：梁仕超（1986），男，苗族，貴州遵義余慶縣人，本科，助理工程師，研究方向：水利水電工程；梁明健（1988），男，漢族，貴州遵義余慶縣人，本科，助理工程師，研究方向：水利水電工程。