自密實堆石混凝土在圍灘水電站中的應用

王冰

（山西省水利水電科學研究院，太原 030002）

自密實混凝土（Self-Compacting Concrete，簡稱 SCC）是指在澆筑過程中無需任何振搗，僅依靠混凝土自重就能完全填充至模板內(nèi)任何角落和鋼筋間隙的混凝土。在傳統(tǒng)的混凝土坍落度試驗中，自密實混凝土能夠達到260mm以上的坍落度、600mm以上擴展度，并且沒有離析、泌水現(xiàn)象的發(fā)生。自密實堆石混凝土（以下簡稱“堆石混凝土”）是采用初步篩選的塊石直接入倉，然后澆筑自密實混凝土，利用自密實混凝土的高流動性能，使其填充到堆石的空隙中，形成完整、密實、有較高強度的混凝土砌石體。堆石混凝土與埋石混凝土或拋石混凝土的主要差異在于含石量和施工工藝。堆石混凝土含石量大，施工時，先堆石后澆混凝土，無需振搗，而埋石混凝土或拋石混凝土則恰好相反。

1 圍灘水電站工程概況

圍灘水電站位于晉城市的丹河干流上，是晉城市城市生活和工業(yè)用水的水源地之一。樞紐壩址以上控制流域面積2 418.5km2。圍灘水電站工程任務是以發(fā)電、城市生活和工業(yè)供水為主，兼顧生態(tài)旅游等綜合利用；工程建設內(nèi)容包括蓄水工程、供水工程、水電站工程及交通工程四部分。

圍灘水電站大壩原設計為漿砌石重力壩，壩體為M10小石子砂漿砌石，上游設1.5m厚C25鋼筋混凝土防滲面板，下游設1.0m厚C25鋼筋混凝土護面，壩高59.0m。溢流面壩底最大寬度52.45m，壩頂寬8m，溢流堰凈寬40m，堰頂高49.0m（從建基面算起）。漿砌石壩體施工速度慢，質(zhì)量與混凝土壩相比相差較多，加之受地形條件限制，施工難度較大。根據(jù)上述情況，為了加快施工進度、提高工程質(zhì)量，圍灘水電公司通過對我省正在施工的恒山水庫、清峪水庫堆石混凝土壩的調(diào)研，特提出將圍灘水電站漿砌石壩變更為C15堆石混凝土壩的方案。方案變更后，壩體的結(jié)構(gòu)尺寸不變，可大大加快施工進度，提高壩體質(zhì)量。

2 原理

“堆石混凝土”是清華大學發(fā)明的專利技術(shù)，已通過水利部科技成果鑒定，列入《2008年度水利先進實用技術(shù)重點推廣指導目錄》，獲得了水利先進實用技術(shù)推廣證書。

堆石混凝土施工首先將大粒徑的石塊入倉、形成有空隙的堆石體，然后從堆石體上部澆入堆石混凝土專用的自密實混凝土，利用其特有的高流動、抗離析、強填充粘結(jié)性能，依靠自重完全充填堆石空隙，形成完整、密實、有較高強度和低水化熱的大體積混凝土。

我省的恒山水庫及清峪水庫均采用了堆石混凝土施工技術(shù)，實踐證明堆石混凝土技術(shù)具有經(jīng)濟高效、質(zhì)量可靠、節(jié)能環(huán)保及大幅度提高施工速度的優(yōu)勢。圍灘水電站大壩采用堆石混凝土技術(shù)是必要的和可行的。

3 堆石混凝土施工方法

（1）基礎(chǔ)面及施工縫處理。清除巖基上的雜物、泥土及松動巖石，并清洗。清洗后的基礎(chǔ)巖面在堆石混凝土澆筑前應保持潔凈和濕潤。堆石混凝土清基與普通混凝土清基要求基本一致。不同澆筑層之間一般可不進行鑿毛處理，因堆石混凝土表面一般有塊石棱角出露，有利于澆筑層間的結(jié)合，但若表面有混凝土乳皮，應予以清除；若表面出現(xiàn)大面積自密實混凝土覆蓋（即倉面未有塊石棱角露出時），應進行鑿毛處理。澆筑至倉面時可采用小塊石拋填，以露出塊石棱角。

（2）堆石入倉。塊石入倉前應先進行沖洗，保持塊石干凈，以達到漿砌石規(guī)范要求。塊石粒徑原則上應控制在300～1 000mm，最小粒徑不得小于150mm。同時還應控制小顆粒石料不得集中或大量分布在底層。有效地控制塊石粒徑級配并進行人工調(diào)整，避免表層堆石空隙過大，盡量將堆石的空隙率控制在40%左右。倉位周邊采用漿砌石砌筑邊墻作模板。使用機械將塊石自然堆放入倉，然后由人工輔助調(diào)整堆積狀態(tài)，并剔除不滿足要求的小粒徑石料。每倉堆石厚度控制在1.5m左右，一般根據(jù)塊石粒徑的大小控制堆積層數(shù)不超過4層。

（3）自密實混凝土澆筑。澆筑自密實混凝土時，由大壩前拌和站拌制混凝土，通過混凝土泵運至澆筑現(xiàn)場，在每一澆筑點的自密實混凝土填滿后移至下一澆筑點澆筑，澆筑順序應做到單向順序，不可在倉面上往復澆筑。澆筑過程應連續(xù)，間隔時間應小于混凝土的初凝時間。每一倉（層）的澆筑頂面應留有塊石棱角，塊石棱角的高度應高于自密實混凝土頂面約50mm，以便與下一倉連接。

（4）堆石混凝土養(yǎng)護。澆筑完成后的堆石混凝土，根據(jù)天氣情況及時灑水進行養(yǎng)護，養(yǎng)護方法及標準參照普通混凝土的養(yǎng)護要求。

4 堆石混凝土施工質(zhì)量檢測

圍灘水電站工程中大量使用漿砌石及混凝土砌石，在實際建設過程中，存在施工效率較低及施工質(zhì)量影響因素多的情況。清華大學專利技術(shù)--堆石混凝土技術(shù)具有工藝簡便、施工效率高、質(zhì)量均勻穩(wěn)定且綜合成本相對低廉等優(yōu)點，能夠有針對性地解決砌石技術(shù)中存在的諸多問題。為了驗證堆石混凝土技術(shù)在圍灘水電站大壩中應用的可行性，經(jīng)業(yè)主、設計單位和清華大學水利系協(xié)商在大壩現(xiàn)場進行了堆石混凝土現(xiàn)場試驗?，F(xiàn)場使用的是千業(yè)牌礦渣硅酸鹽32.5水泥。

4.1 自密實混凝土配合比

自密實混凝土的性能與原材料的性能密切相關(guān)，經(jīng)試配，得到大壩自密實混凝土配合比見表1，自密實混凝土性能檢測結(jié)果見表2，由表1和表2可知，可滿足堆石混凝土技術(shù)要求。

表1 C15自密實混凝土配合比

表2 自密實混凝土性能檢測結(jié)果

4.2 堆石混凝土綜合性能的檢測

4.2.1 試坑容重檢測

試坑容重檢測是堆石混凝土現(xiàn)場試驗的檢測內(nèi)容之一，其檢測結(jié)果能夠直觀快速地判定堆石混凝土的質(zhì)量，其檢測標準為堆石混凝土密度大于2 350kg/m3，該密度即為設計參數(shù)。由堆石混凝土試坑外觀可知，其內(nèi)部密實，混凝土與塊石粘結(jié)良好。表3給出了堆石混凝土的試坑檢測數(shù)據(jù)。由表3可知，堆石混凝土的干密度能夠滿足設計要求。

表3 堆石混凝土試坑容重檢測數(shù)據(jù)

4.2.2 混凝土強度的檢測

自密實混凝土強度的檢測采用的是現(xiàn)場澆注時取樣，用100mm×100mm×100mm的試模直接從澆注現(xiàn)場取樣，試塊在自然條件下養(yǎng)護，得出檢測數(shù)據(jù)如表4。

表4 混凝土強度檢測數(shù)據(jù)

5 結(jié)語

通過以上對自密實混凝土性能的介紹，可以看出自密實混凝土有它自身難以取代的優(yōu)勢和特點，結(jié)合堆石混凝土的施工工藝，可以解決大體積混凝土水化熱帶來的負面影響（避免大體積混凝土因高水化熱產(chǎn)生裂縫），加快工期，同時由于采用堆石工藝可以大大節(jié)省混凝土用量，由于它施工簡便，施工流程較少，可以節(jié)約大量人力與機械，節(jié)約工程投資，為工程帶來巨大的效益。

綜上所述，自密實堆石混凝土有它無可替代的優(yōu)勢，但是由于它是新型的澆注工藝，在某些方面還有自身的缺陷。比如為了加大它的流動性和緩凝時間，外加劑的摻量較大，對某些場地較小的工程，堆石入倉不能完全機械化，需要人工擺放，相信隨著國內(nèi)對自密實堆石混凝土的深入研究，一定可以解決這些難題，使自密實堆石混凝土更好地服務于水利水電施工中。