淺談堆石混凝土施工中的質(zhì)量控制

張媛媛，周琦莙，范麗虹

（1.陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院，陜西 西安 710004；2.北京華石納固科技有限公司，北京 100089）

堆石混凝土（RFC）技術(shù)具有低碳環(huán)保、低水化熱、工藝簡便、造價低廉、施工速度快等特點[1]。堆石混凝土是指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筑滿足特殊要求的自密實混凝土（SCC），無需振搗儀依靠其自重充填堆石體的空隙，所形成完整密實的混凝土。堆石混凝土施工主要包括兩道工序：堆石入倉和高自密實性能混凝土的生產(chǎn)澆筑[2]。通過合理的施工組織設(shè)計，兩道工序均可通過大規(guī)模的機械化施工來完成，減小了人工的參與，避免了人為的干擾[3]。

1 質(zhì)量檢測方法概述

堆石混凝土的工程質(zhì)量檢測主要包括三個部分： （1）原材料的性能檢測，包括自密實混凝土的原材料和堆石料；（2）自密實混凝土的性能檢測；（3）堆石混凝土澆筑質(zhì)量的檢測。

其中（1）、（2）部分與傳統(tǒng)混凝土的檢測要求基本一致，而在堆石混凝土的澆筑質(zhì)量檢測方面需要借助現(xiàn)有的技術(shù)手段進(jìn)一步進(jìn)行探索。

堆石混凝土的澆筑質(zhì)量主要包括密實度、堆石混凝土強度和抗?jié)B性能，其中密實度可通過孔內(nèi)電視、孔內(nèi)聲波檢測和挖坑法等方法檢測；堆石混凝土澆筑強度工程檢測則需要通過鉆孔取芯對芯樣的抗壓強度進(jìn)行檢測；堆石混凝土的工程抗?jié)B性能檢測則需要通過鉆孔壓水試驗方法進(jìn)行檢測。

孔內(nèi)電視檢測是專門針對堆石混凝土密實度檢測提出的方法，可以通過鉆孔或者預(yù)埋管的方式獲得檢測孔，檢測孔應(yīng)穿過層間結(jié)合帶以反映澆筑層間的密實度情況。通過對孔內(nèi)表觀照片的分析得到堆石混凝土內(nèi)部的缺陷率，參考我國目前規(guī)范要求碾壓混凝土的密實度為98%以上的標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合堆石混凝土工程實踐，缺陷率應(yīng)小于1%。

利用超聲波檢測堆石混凝土內(nèi)部密實度可以通過單孔或者對孔的方法檢測，根據(jù)波速的高低與離散性綜合評定堆石混凝土的密實度，具體方法可參考《水工混凝土試驗規(guī)程》（SL 352-2006）[4]中超聲波檢測混凝土內(nèi)部缺陷的相關(guān)方法。

挖坑法參考了漿砌石壩的澆筑質(zhì)量檢查的相關(guān)規(guī)定，主要用于評價堆石混凝土的密度、堆石與混凝土的比例和空隙率。盡管挖坑法能夠檢測堆石混凝土的密實度以及各部分、空隙比例，但是堆石混凝土含石量高、強度高，在實際挖坑中很難開挖，并且測量精度偏低，因此采用此法檢測的工程并不多。

澆筑完成的堆石混凝土的強度可以通過對取芯芯樣的檢測來評定，取芯時應(yīng)盡量使用套管的方式，確保芯樣在取出過程中不受到扭轉(zhuǎn)、彎折等損傷，同時芯樣的直徑不宜過小，應(yīng)客觀評價由于堆石分布不均勻所帶來的離散性。芯樣抗壓強度試件應(yīng)按照《水工混凝土試驗規(guī)程》（SL 352-2006）中混凝土芯樣強度試驗的相關(guān)規(guī)定制作，芯樣直徑不宜小于219 mm，其中塊石體積含量在55%±20%的試塊定義為堆石混凝土芯樣試件，全部為自密實混凝土的試件定義為自密實混凝土芯樣試件，其余芯樣不必加工成試件。

堆石混凝土壩抗?jié)B性能的檢測應(yīng)通過鉆孔壓水檢測方法進(jìn)行，當(dāng)透水率高于5 Lu時應(yīng)進(jìn)行灌漿補強，對于中高壩或?qū)節(jié)B性能要求較為嚴(yán)格的工程可提高相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

2 工程概況

佰佳水電站作為陜西省的第一個堆石混凝土壩，不僅打開了陜西省的堆石混凝土市場，也填補了堆石混凝土在雙曲拱壩中應(yīng)用的空白。

佰佳水電站位于陜西省安康市鎮(zhèn)坪縣境內(nèi)南江河干流上，電站以發(fā)電為主，兼顧防洪、養(yǎng)殖、旅游等綜合利用效益。電站為混合式水電站，電站總裝機容量4.9 萬kW，年發(fā)電量1.68 億°，年銷售收入5070 萬，總投資3.83 億。

電站樞紐由大壩、引水系統(tǒng)、發(fā)電廠房和升壓站組成。大壩壩頂高程789 m，最大壩高69 m，壩頂厚度5 m，外弧長200.885 m，壩頂中心角99.4°，壩底厚度17.065 m，底拱中心角46.36°。大壩采用3 孔溢流表孔和2 孔泄洪底孔聯(lián)合泄洪。三表孔布置在頂拱中央，表孔堰頂高程779 m，單孔單孔孔口尺寸14 m×8 m；兩底孔與三表孔相間布置，底板高程743 m，出口尺寸5 m×5 m。正常蓄水位787 m高程，死水位770 m高程，總庫容2285 萬m3，調(diào)節(jié)庫容1452 萬m3，為不完全年調(diào)節(jié)。

這里選取2013年大壩澆筑量為研究對象，2013.01.07～2013.12.24完成了720 m～750 m高程的澆筑，現(xiàn)場的原材料按照C9020 W8 F100 的設(shè)計標(biāo)號設(shè)計，堆石混凝土（RFC）總澆筑量48508 m3，自密實混凝土（SCC）的澆筑量22506 m3，填充率45.48%。

這是主要介紹質(zhì)量檢測的第三部分堆石混凝土澆筑質(zhì)量的檢測。

（1）超聲波檢測堆石混凝土密實度

使用ZBL-U520 儀器，對5 個壩段分別進(jìn)行超聲波檢測，每個壩段選擇6 個～7 個鉆孔進(jìn)行檢測，得到縱波波速。對每個壩段的檢測結(jié)果加工成縱波等值線圖，見圖1～圖5。

圖1 縱波等值線圖(V=1800 m/s～4400 m/s)

圖2 縱波等值線圖(V=1800m/s～4000m/s)

圖3 縱波等值線圖(V=1600 m/s～5000 m/s)

圖4 縱波等值線圖(V=2400 m/s～3400 m/s)

圖5 縱波等值線圖 (V=1800 m/s～4400 m/s)

圖中橫坐標(biāo)表示水平距離（m），縱坐標(biāo)表示鉆孔深度（m）,已知縱波波速：巖石Vc=4000 m/s～5500 m/s；混凝土Vp=3500 m/s～4500 m/s； 水Vw=1500 m/s；空氣Va=340 m/s 。從圖中可以看到，波速均在1600 m/s以上，即表明其中沒有空氣，堆石混凝土內(nèi)部不存在缺陷。

依據(jù)《水工混凝土試驗規(guī)程》（SL 352-2006），堆石混凝土的密實度滿足設(shè)計要求。

（2）鉆孔取芯檢測堆石混凝土澆筑強度

選取堆石與混凝土膠結(jié)部位進(jìn)行圓柱體抗壓強度試件加工,鉆孔取芯位置為兩孔在廊道靠上游一側(cè)（靠上游約3 m，靠廊道約2 m），孔的高程為727.0 m～739.3 m，本次鉆孔口徑為165 mm。鉆孔取芯芯樣抗壓強度數(shù)值見表1。

表1 鉆孔取芯芯樣抗壓強度數(shù)

芯樣的抗壓強度最小值為21.6 MPa；最大值為29.1 MPa；平均值為24.7 MPa。RFC芯樣強度大于C20 的設(shè)計標(biāo)號，滿足工程要求。

（3）鉆孔壓水檢測堆石混凝土抗?jié)B性能

堆石混凝土壩抗?jié)B性能采用鉆孔壓水試驗檢測，檢測方法按照《水利水電工程鉆孔壓水試驗規(guī)程》（SL 31-2003）[5]中的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。本次鉆孔口徑為70 mm。

本次壓水試驗共設(shè)置4 個孔，1 號孔設(shè)在2#拱壩段左壩肩，2、3、4 號孔均勻分布在3#拱壩段。其中1 號孔的鉆孔深度6 m，段長5.20 m,段頂高程為749.50 m, 段底高程為744.30 m；2 號孔的鉆孔深度12 m，段長11.45 m,段頂高程為739.04 m, 段底高程為727.59 m；3 號孔的鉆孔深度12 m，段長11.60 m,段頂高程為738.80 m, 段底高程為727.20 m；4 號孔的鉆孔深度1.5 m，段長1.17 m,段頂高程=739.10 m, 段底高程=737.93 m。再經(jīng)過洗孔，設(shè)備校核，壓水，記錄數(shù)據(jù)后進(jìn)行計算。

透水率按下式計算：

式中：Q為壓入流量，L/min；P為作用于試段內(nèi)的全部壓力，MPa；L為試段長度，m。

計算過程見表2。

《混凝土拱壩設(shè)計規(guī)范》（SL 282 -2018）規(guī)定：壩高在100 m以上的，q=1 Lu～3 Lu；壩高在50 m～100 m的，q=3 Lu～5 Lu；壩高50 m以下的，q≤5 Lu。

佰佳水電站壩高69 m，其q在3 Lu～5 Lu以下即為合格。壓水結(jié)果表明，最大透水率為2.23 Lu，最小透水率為0.89 Lu，平均值為1.6 Lu。由此說明RFC的抗?jié)B性能十分優(yōu)異，工程質(zhì)量有保障。

表2 壓水?dāng)?shù)據(jù)

3 結(jié)語

通過對堆石混凝土進(jìn)行超聲波檢測、芯樣抗壓強度檢測、鉆孔壓水檢測等，證明在佰佳水電站施工中，堆石混凝土具有良好的密實度，同時滿足抗?jié)B要求，具有良好的抗?jié)B性能，達(dá)到了工程的質(zhì)量要求，進(jìn)一步論證了堆石混凝土技術(shù)在佰佳水電站項目上的可行性和優(yōu)越性。

堆石混凝土的工藝要求高自密實性能混凝土填充堆石體空隙，堆石混凝土的密實度、強度和抗?jié)B性是檢驗其質(zhì)量的重要指標(biāo)。通過對堆石混凝土的質(zhì)量檢測，尤其是澆筑質(zhì)量檢測，對堆石混凝土綜合性能指標(biāo)的嚴(yán)格把關(guān)，對堆石混凝土的原材料、配合比、施工各主要環(huán)節(jié)及施工后的質(zhì)量進(jìn)行控制和檢查，工程的質(zhì)量是可以保證的。