自密實堆石混凝土在水庫重建工程中的應用

郝 路

（ 中工武大設計研究有限公司，湖北 武漢 430205 ）

自密實堆石混凝土在水庫重建工程中的應用

郝 路*

（ 中工武大設計研究有限公司，湖北 武漢 430205 ）

自密實堆石混凝土具有高密實、水化溫升小、工藝簡單、能極大地降低對人工技術水平的要求、施工效率高、易于現(xiàn)場質量控制、工期短等特點，國內的重大項目中很多用到了自密實混凝土，并取得了良好的收效。本文通過分析自密實堆石混凝土的各項性能以及長坑三級水庫樞紐工程的具體結構特點，將自密實堆石混凝土應用在長坑三級水庫的重建工程中，給出了工程設計的具體方案、配合比設計以及施工流程。

自密實； 堆石； 混凝土； 重力壩

隨著城鄉(xiāng)建設的日益發(fā)展，混凝土是當代最主要的土木工程材料。目前，工程上對混凝土的高耐久性、高工作性、高強度和高體積穩(wěn)定性、保塑形等都有新的要求。高性能混凝土由于其具有這些優(yōu)點而受到建筑工程界的高度關注[1]。自密實混凝土，又稱為高流態(tài)混凝土，是指混凝土拌合物主要靠自重、不需振搗即可充滿模型和包裹鋼筋，屬于高性能混凝土的一種。與普通混凝土相比，自密實混凝土有高流動性、穿越能力、良好的穩(wěn)定性和抗離析能力[2]。自密實混凝土在水利工程中的應用是水利工程技術、工藝的重要突破。文獻[3]將自密實混凝土技術應用在黃沙坑水庫大壩中，施工后壩體外觀質量、透水率、抗壓強度、水化溫升等指標均滿足設計要求。文獻[4]根據船閘工程特殊部位的結構特點，對船閘工程中結構復雜、鋼筋密集、難以澆筑的特殊部位采用自密實混凝土進行澆筑，并得出控制混凝土澆筑過程中的水化熱升溫是自密實混凝土在船閘施工應用中的關鍵之一。國內外都有很多對自密實混凝土的研究報道。日本、瑞典、德國、新加坡、瑞士、荷蘭等國家也在廣泛使用自密實混凝土[5]。

長坑三級水庫位于中山市五桂山，工程建于1972年，原水庫主要功能為防洪、灌溉，兼有發(fā)電。現(xiàn)水庫主要任務為防洪和城鎮(zhèn)供水，防洪的主要對象為下游的城桂公路、國防訓練基地、和平村等；供水任務則主要是通過水庫蓄水以合理調配水資源，保證下游居民的供水安全。

受歷史原因和當時經濟、技術等條件的制約，長坑三級水庫樞紐工程建設標準較低，施工質量較差，水庫長期帶病運行，特別是大壩部分，長期以來發(fā)生嚴重滲漏現(xiàn)象，而且經多次加固，仍無好轉，嚴重影響著下游的防洪安全和水庫效益的發(fā)揮，擬拆除大壩進行重建。鑒于自密實堆石混凝土的諸多優(yōu)點，將其應用在長坑三級水庫的重建工程中，以確保砌石體的工程質量，加快工程的施工進度。

1.壩址區(qū)工程地質

壩址位于低山丘陵溝谷，壩址區(qū)附近分布地層有第四系人工填筑層()、第四系沖積層()、第四系殘積層()和燕山期侵入巖(r5)。各土層物理力學指標如表1所示。

表1 壩址區(qū)各巖土層地質參數建議值一覽表

2.工程設計

2.1.大壩斷面設計

大壩采用非溢流堆石重力壩，壩頂高程66.50m，壩底高程40.00m，最大壩高26.50 m，壩頂無通車要求。根據《混凝土重力壩設計規(guī)范》（SL319-2005），并結合本工程的實際情況，壩頂寬度定為5.5 m。上游壩面坡采用直立面；下游壩面坡采用上部直立的折面，下游壩面的下部坡比為1:0.65，折點高程為60.43m，大壩最大底寬為18.78m。壩基混凝土墊層設計厚度為1.0 m，設計強度等級為C20，設計抗?jié)B等級為S4。大壩上游面設置C20自密實混凝土防滲面板厚0.3m～0.5m，設計抗?jié)B等級為S4，表面配有φ12@180的抗裂鋼筋網；考慮美觀要求，大壩下游表面設置C20自密實混凝土厚0.3m。壩址區(qū)各巖土層地質參數建議值如圖1所示。

圖1 壩址區(qū)各巖土層地質參數建議值

2.2.壩體材料選擇

壩型確定后，在對壩體材料、施工技術進行了大量調查的基礎上，根據新材料、新技術的發(fā)展情況，本工程設計提出采用自密實混凝土、塊石作為主要筑壩材料的堆石混凝土重力壩方案，通過與碾壓混凝土方案的經濟、技術比較，確定壩體材料。

2.2.1.投資

從工程量及投資上比較，碾壓混凝土方案工程量較大，堆石混凝土方案相對較優(yōu)。二者主體工程相差514.7萬元，占主體工程投資的5.4%。

2.2.2.施工

碾壓混凝土要求大倉面、重型機械碾壓，適合較大的工程項目。但廊道、洞身等部位無法機械碾壓，需人工振搗，受人為因素影響大，工期相對較長。

堆石混凝土采用自密實混凝土澆筑，靠自身重力填充空隙，對混凝土配比要求更為嚴格，具有碾壓混凝土不可替代的優(yōu)點，具體如下：

（1）施工過程簡單，最大限度地降低了混凝土倉面的施工人員和機械工作量，現(xiàn)場控制管理更加簡便易行。

（2）避免了混凝土振搗密實的過程，消除了人為的不利干擾，施工質量和穩(wěn)定性更加容易保證。

（3）施工工藝簡單，能夠提高大倉面混凝土的施工效率、縮短工期。

（4）單位體積堆石混凝土的水泥含量少，水化溫升小，溫控比較容易；

（5）具有大塊巖石穩(wěn)定堆積構成的骨架，具有優(yōu)良的體積穩(wěn)定性，體積收縮??；

（6）可減少或免除鑿毛工序，提高施工速度。

2.2.3.管理

碾壓混凝土方案所需骨料均可從當地石料場購買，減少了部分征地手續(xù)，價格也相對便宜；自密實混凝土方案由于塊石料無法外購，必須自采，增加了部分料場征地，操作相對麻煩，棄料也比碾壓混凝土方案稍多。

設計考慮到一般性的漿砌石壩施工速度慢、漿砌石質量難以保證的因素，考察學習了國內已運用堆石混凝土壩，并和業(yè)主及北京華實水木科技有限公司多次溝通討論，決定本工程大壩采用堆石混凝土新材料，即在與除壩基墊層、防滲面板及下游表面外，其他壩體材料均采用堆石混凝土。堆石混凝土設計含石量為45%，設計容許壓應力為6.0Mpa，要求塊石的寬度、高度不宜小于0.25m，飽和抗壓強度不小于50Mpa，堆石混凝土采用自密實混凝土充填，自密實混凝土的設計標號為C20。

2.3.大壩基礎和防滲處理

長坑三級水庫最大壩高26.5m，設計將重力壩基礎置于中風化巖面上，并對大壩基礎進行全面固結灌漿，灌漿孔、排距均為3.0m，入巖孔深5.0m，共7排，梅花形布置。為增強壩基防滲能力，壩軸線上游2.5 m布置一排防滲帷幕，灌漿深度要求伸入相對不透水層以下（5 Lu）3m，孔距2.0m。

3.自密實堆石混凝土配合比設計

北京華實水木科技有限公司華實RFC研究院根據試驗材料，進行了試驗研究，確定了理論配比如表2所示。外加劑為堆石混凝土專用外加劑，由北京華實水木科技有限公司生產提供。

表2 長坑三級水庫C20自密實混凝土理論配合比

由于現(xiàn)場砂石材料與當時試驗砂石料差別較大，現(xiàn)場碎石大部分不滿足自密實混凝土配比要求。在對現(xiàn)場材料提出重行調整變化后（改變碎石粒徑），2010年2月1日在錦標混凝土公司試驗室重新進行現(xiàn)場配比試驗，調整后配合比如表3所示。

表3 長坑三級水庫RFC試驗段C 20自密實混凝土理論配合比

4.自密實堆石混凝土的施工流程

在自密實堆石混凝土施工中，施工單位同設計等參建單位一起積極探索和研究相關課題，不斷改進施工工藝，熟悉掌握施工技術，在工程實踐中積累了一定的施工經驗。綜合應用的堆石混凝土施工流程如下：

（1）堆石的選?。核x取的碎卵石粒徑不應小于30 cm，根據堆石的運輸及入倉能力，可選取盡可能大的塊石。

（2）清理倉面與清洗石塊：塊石及混凝土倉面的處理只需滿足常規(guī)要求，保證泥土含量不超標即可，無特殊要求。

（3）支立模板或砌筑石墻：模板的支立較普通混凝土而言更加嚴格，須保證更好的穩(wěn)定性、剛度和密閉性；如對外觀無特殊要求亦可采用30cm厚的砌石墻替代模板，該方法能有效解決模板的剛度、強度以及密封等問題。

（4）堆石入倉：堆石入倉形成自然堆積狀態(tài)即可，輔以人工碼放會使其更加密實，經濟性更加突出。

（5）自密實混凝土的生產與澆注：使用拌和樓生產自密實混凝土，在90分鐘內運抵現(xiàn)場直接澆注，無須振搗即可密實；自密實混凝土的最佳澆注方式為使用泵車澆注，若不具備條件在現(xiàn)場使用挖掘機、吊罐等方案同樣能滿足技術要求。

（6）連續(xù)循環(huán)施工澆注實現(xiàn)多層澆注：每層堆石混凝土的澆注高度不宜超過150cm，但是能夠連續(xù)循環(huán)施工，即在首層堆石混凝土澆注完成后的四個小時內循環(huán)堆石入倉澆注自密實混凝土的過程，在堆石入倉能力和混凝土生產能力有保證的情況下，可連續(xù)循環(huán)施工以大大提升混凝土的上升高度。

5.結語

自密實混凝土的高流動性、免振搗等特性，解決了鋼筋密、振搗空間狹窄等結構部位澆筑困難等問題。本文將自密實堆石混凝土應用于長坑三級水庫的重建工程中，從建設過程和成果來看，效果較好。但其中存在的缺陷仍需進一步解決，如外加劑屬于專利產品，價格偏高；另外，自密實混凝土對用水量比較敏感，用水量的波動會導致離析泌水或流動性降低等。隨著工程問題的出現(xiàn)和不斷解決、工藝的改進、經驗的積累以及科研水平、施工技術水平的不斷提高，自密實堆石混凝土技術將會取得進一步的發(fā)展，并應用于更廣闊的建筑領域。

[1] 湛陽.高性能混凝土的應用與發(fā)展[J].銅仁學院學報，2011，13（2）：139-141.

[2] 余志剛.自密實混凝土簡述[J].安徽建筑，2014，（4）：89-91.

[3] 鄭慶喜.自密實混凝土在黃沙坑水庫大壩中的應用[J].水利科技，2015，（2）：23-25.

[4] 吳星，楊斌.自密實混凝土的特性及在船閘工程中的應用[J].水利規(guī)劃與設計，2015，（2）：72-75.

[5] 王國清，程利平.自密實混凝土的發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀[J].中國水運，2011，11（1）：240-243.

Application of Self Compacting Rock-fill Concretein Reconstruction Project of Reservior

HAO Lu*
( CAMCE WHU Design and Research Corporation Limited, Wuhan, Hubei 430205, China )

Self-compacting rock-fill concrete has the merits of high density, small hydration temperature rising, and simple process. Furthermore it is easy to control the field quality, and require lower technology for workers. The projects using it have high construction efficiency and short duration. So it is widely used in major project of country. Various performance of self-compacting rock-fill concrete and the definite characteristics for the construction of Changkeng three stage reservoir are respectively analyzed. Self-compacting rock-fill concrete is applied in the reconstruction project of Changkeng three stage reservoir. The definite proposal of engineering designing is given. And the mix proportion of concrete and construction process are finished.

the self-study examination of higher education, education quality, evaluation index

TV5

A

1673-9639 (2016) 04-0125-04

（責任編輯 毛 志）（責任校對 印有家）

2016-03-18

郝 路（1984-），女，湖北十堰人，工程師，研究方向：水利水電工程規(guī)劃設計。

*通訊作者：郝 路，E-mail：361243929@qq.com。