堆石混凝土在清峪水庫(kù)的應(yīng)用

沈煥珍

（山西省臨汾市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山西臨汾041000）

1 工程概述

1.1 工程概況

清峪水庫(kù)位于山西省鄉(xiāng)寧縣城以西的鄂河一級(jí)支流清川河上，水庫(kù)總庫(kù)容233萬(wàn)m3，是一座以防洪、城市及工業(yè)供水為主，兼顧農(nóng)業(yè)灌溉的小型水庫(kù)。原設(shè)計(jì)水庫(kù)大壩為混凝土重力壩，最大壩高38.3 m，壩頂總長(zhǎng)203 m，左、右岸非溢流壩段壩頂寬5.5 m，迎、背水坡度分別為1∶0.15和1∶0.75；溢流壩段布置在主河床上，迎水坡度1∶0.15，下游為泄槽段與挑流消能設(shè)施；輸水灌溉孔、泄洪排沙洞位于大壩偏左岸下部，依次為?1.0 m的鋼管、4 m×4 m鋼筋混凝土方洞。設(shè)計(jì)大壩現(xiàn)澆混凝土方量6.3萬(wàn)m3。

1.2 問(wèn)題的提出

清峪水庫(kù)2007年底開工后即面臨三大問(wèn)題：①混凝土澆筑溫度控制：按常規(guī)，大體積混凝土澆筑可采用粗骨料預(yù)冷、加冰拌和等措施來(lái)降低混凝土澆筑溫度，或采用澆筑層中埋設(shè)冷卻水管的方法來(lái)降低混凝土水化熱溫升，其施工工藝繁瑣，溫度控制環(huán)節(jié)多，加上施工、監(jiān)理均缺少該方面經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量不易控制；②粗骨料供應(yīng)：縣域內(nèi)碎石料廠（灰?guī)r）均位于縣城東南，距離工程區(qū)約40～60 km，且生產(chǎn)量遠(yuǎn)不能滿足水庫(kù)筑壩要求，而工程區(qū)附近儲(chǔ)有大量砂巖；③勞動(dòng)力問(wèn)題：鄉(xiāng)寧縣為山區(qū)縣，又是山西省煤礦開采主區(qū)，勞動(dòng)力缺乏、人員工資高出附近市縣20%左右。造成的結(jié)果：一是工程造價(jià)可能增加20%～25%，主要是原材料、人員工資、溫度控制費(fèi)用；二是若水化熱溫升控制不當(dāng)，冷縮裂縫可能使壩體滲漏水。在清華大學(xué)水利系的技術(shù)指導(dǎo)下，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及主管部門同意，變更為堆石混凝土壩體、外包厚1.2 m鋼筋混凝土的混凝土重力壩。

2 堆石混凝土的特點(diǎn)

2.1 堆石混凝土定義

堆石混凝土是將滿足一定粒徑要求的堆石直接入倉(cāng)，形成有空隙的堆石體，然后在堆石體表面澆筑滿足特點(diǎn)要求的自密實(shí)混凝土，形成一種完整、密實(shí)、水化熱溫升小的大體積混凝土。

2.2 堆石混凝土特點(diǎn)

清峪水庫(kù)堆石混凝土施工具有四個(gè)特點(diǎn)：①堆石混凝土的堆石占總體積的55%，堆石采用當(dāng)?shù)貎?chǔ)藏量豐富、質(zhì)地堅(jiān)硬、新鮮的砂巖，加上水泥、混凝土骨料用量減少，與灰?guī)r作粗骨料的常態(tài)混凝土相比，原材料成本降低13.8元/m3，綜合單價(jià)降低21%；②堆石混凝土的自密實(shí)混凝土占總體積的45%，水泥用量少，僅為90 kg/m3，施工采用礦渣硅酸鹽水泥，水化熱溫升7～10℃，僅為常態(tài)混凝土水化熱溫升的一半左右，無(wú)需采用溫控設(shè)施即可防止堆石混凝土冷縮裂縫，施工工藝簡(jiǎn)單化，節(jié)約了溫控成本，易于現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制；③自密實(shí)混凝土中摻入了一定比例的聚羧酸系高性能減水外加劑，大大提高了混凝土流動(dòng)性，充填過(guò)程中也未發(fā)生離析泌水現(xiàn)象，依靠混凝土自重達(dá)到密實(shí)，施工工藝簡(jiǎn)單化，質(zhì)量有保證；④堆石混凝土不設(shè)縱向伸縮縫，只需間隔20～30 m設(shè)橫向伸縮縫或誘導(dǎo)縫，分層澆筑厚度1.5 m左右，與常態(tài)混凝土相比，有作業(yè)面積大、單次澆筑方量大的特點(diǎn)，便于機(jī)械化施工，勞動(dòng)力減少一半以上，施工進(jìn)度加快。

3 堆石混凝土施工工藝流程

堆石混凝土施工工藝流程包括：模板支撐、堆石入倉(cāng)、自密實(shí)混凝土澆筑等。

3.1 模板支撐

模板支撐采用外撐式，從模板剛度、密封性、支撐強(qiáng)度及穩(wěn)定性考慮，采用普通鋼模板和曲面竹膠模板，利用露出壩體表面的預(yù)埋鐵件和鋼模板背后的固定點(diǎn)，用鋼筋連接固定，支撐時(shí)要求模板底部低于倉(cāng)面0.2～0.3 m，模板接縫寬不大于1 mm且要密封，以防止?jié)仓r(shí)發(fā)生模變及漏跑漿事故，并要求在堆石入倉(cāng)完畢后、自密實(shí)混凝土澆筑前對(duì)模板進(jìn)行校正。

3.2 堆石入倉(cāng)

堆石入倉(cāng)是在倉(cāng)面堆石混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到2.5 MPa以上、模板支撐基本完成后進(jìn)行，采用自卸汽車運(yùn)輸、挖掘機(jī)平倉(cāng)，使堆石自然堆積。在入倉(cāng)口前的適當(dāng)位置設(shè)清洗臺(tái)，用壓力水管沖洗汽車等設(shè)備、輪胎等，防止泥塊帶入倉(cāng)內(nèi)。根據(jù)堆石高度，距離模板不小于1.0 m采用人工碼放堆石，以免機(jī)械施工造成模板損傷。

3.3 自密實(shí)混凝土澆筑

自密實(shí)混凝土采用電子配料機(jī)配料，0.75 m3雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)拌制，拌制時(shí)間2 min，攪拌機(jī)出料后通過(guò)溜槽進(jìn)入混凝土泵的料斗內(nèi)，混凝土泵加壓后通過(guò)?125 mm鋼管送至倉(cāng)面，要求運(yùn)輸時(shí)間不大于60 min，以保證自密實(shí)混凝土的澆筑質(zhì)量。當(dāng)停泵時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，要及時(shí)清理泵管中的混凝土，重新澆筑。

自密實(shí)混凝土結(jié)合運(yùn)輸采用泵管澆筑，分層澆筑厚度1.5 m，倉(cāng)面澆筑點(diǎn)要均勻布置，間距不超過(guò)3 m，必須單向逐點(diǎn)澆筑，上個(gè)澆筑點(diǎn)澆滿后方可移至下一個(gè)澆筑點(diǎn)，澆筑點(diǎn)不得重復(fù)使用。澆筑時(shí)應(yīng)注意：①澆筑面應(yīng)使適量石塊高出澆筑物50～150 mm，以加強(qiáng)層面結(jié)合；②混凝土澆筑中斷4 h以上時(shí)，應(yīng)先澆筑同配比的自密實(shí)砂漿，使其完全覆蓋堆石體內(nèi)已喪失流動(dòng)性的混凝土表面，再澆筑自密實(shí)混凝土；③遇強(qiáng)雨、中雨時(shí)要停止施工，并對(duì)倉(cāng)面采取防水保護(hù)和排水設(shè)施。夏季澆筑混凝土?xí)r，要選在夜間等相對(duì)低溫時(shí)段。

4 堆石混凝土施工質(zhì)量控制

4.1 原材料質(zhì)量控制

（1）堆石：清峪水庫(kù)堆石混凝土工程量5.4萬(wàn)m3，需堆石實(shí)方量約3.0萬(wàn)m3，雖然當(dāng)?shù)厣皫r儲(chǔ)藏量豐富，但石料場(chǎng)不正規(guī)且產(chǎn)量少，故采用工地現(xiàn)場(chǎng)收料。要求堆石粒徑不小于250 mm，質(zhì)地堅(jiān)硬、新鮮、完整，不得有剝落層及裂紋，含泥量小于5%，不允許含有泥塊。堆石入倉(cāng)前要用壓力水管對(duì)其進(jìn)行沖洗，并剔除不合格產(chǎn)品。在堆石入倉(cāng)期，要求每天檢測(cè)一次含泥量、泥塊量。

（2）水泥：采用袋裝礦渣硅酸鹽水泥，嚴(yán)禁使用凝結(jié)速度快的水泥。進(jìn)入工地的每一批水泥須有生產(chǎn)廠家的合格證及品質(zhì)試驗(yàn)報(bào)告，要求每200～300 t水泥抽檢一次，抽檢內(nèi)容包括：細(xì)度、安全性、標(biāo)準(zhǔn)稠度、用水量、凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度等級(jí)。水泥堆放處要通風(fēng)防潮，堆放高度不超過(guò)15袋，距離地面、墻邊不小于0.3 m，下部設(shè)防潮層，上部設(shè)防雨設(shè)施，周邊設(shè)排水溝。

（3）碎石：用破碎、過(guò)篩的灰?guī)r作粗骨料，最大粒徑20 mm，針片狀顆粒含量不超過(guò)8%，含泥量不大于1%，不允許含有泥塊。在混凝土澆筑期，要求每天檢測(cè)一次。

（4）砂子：采用黃河水洗砂，要求質(zhì)地堅(jiān)硬、級(jí)配良好，含泥量不大于0.5%，不允許含有泥塊，含水量不大于6%。在混凝土澆筑期，除含水量每4 h檢測(cè)一次外，其余每天檢測(cè)一次。

4.2 自密實(shí)混凝土質(zhì)量控制

自密實(shí)混凝土的配合比根據(jù)工程所采用原材料通過(guò)試驗(yàn)優(yōu)選確定，并經(jīng)審批后方可使用。清峪水庫(kù)單方混凝土材料用量為：水泥200 kg、碎石0.82 m3、砂子0.46 m3、粉煤灰285 kg、水180 kg、聚羧酸系外加劑6 kg。

自密實(shí)混凝土在攪拌機(jī)出料口取樣，通過(guò)試驗(yàn)來(lái)檢測(cè)其質(zhì)量，要求每4 h檢測(cè)一次。其中：塌落度試驗(yàn)用來(lái)檢測(cè)混凝土流動(dòng)性能，要求塌落度250～280 mm、塌落擴(kuò)展度630～750 mm；V形漏斗試驗(yàn)用來(lái)檢測(cè)混凝土的粘性及抗離析性，要求通過(guò)時(shí)間為7～25 s；自密實(shí)性能穩(wěn)定性也需通過(guò)試驗(yàn)檢測(cè)，要求不小于1 h。

混凝土澆筑溫度測(cè)量要求：100 m2不少于一個(gè)測(cè)點(diǎn)，且每一澆筑層不少于3個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)在倉(cāng)面上均勻分布，澆筑期每4 h測(cè)量一次。

4.3 堆石混凝土質(zhì)量檢驗(yàn)

主要采用挖坑法來(lái)檢測(cè)堆石混凝土的容重、孔隙率、密實(shí)性，要求壩高1/3以下時(shí)每5～8 m高挖探坑一組，壩高1/3以上時(shí)每8～12 m高挖探坑一組。堆石混凝土的抗壓強(qiáng)度采用鉆孔取芯法進(jìn)行檢測(cè)，芯樣直徑不小于200 mm。對(duì)于堆石混凝土的內(nèi)部缺陷，可采用水泥灌漿的方式進(jìn)行修補(bǔ)。■