自密實堆石混凝土在清油河水庫樞紐工程中的應用

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(陜西省地下水管理監(jiān)測局，陜西 西安 710003)

自密實堆石混凝土在清油河水庫樞紐工程中的應用

胡濱，李小冰

(陜西省地下水管理監(jiān)測局，陜西 西安 710003)

堆石混凝土技術是在自密實混凝土技術的基礎上發(fā)展起來的一種新型大體積混凝土施工技術，其利用自密實混凝土的高流動抗離析性能，在粒徑較大的塊石內充填自密實混凝土而形成混凝土堆石體，具有低水化熱、工藝簡便、施工速度快、綜合成本低廉、低碳環(huán)保等優(yōu)點。該技術已在水利水電工程上已有較多應用并取得顯著成果。簡述了堆石混凝土技術的主要特點，介紹了堆石混凝土在清油河水庫樞紐中的應用情況，并針對堆石混凝土和漿砌石以及碾壓混凝土三種筑壩材料進行比較，得出結論堆石混凝土更優(yōu)于另外兩種筑壩材料?？偨Y該技術的先進性將有助于該技術的推廣并可為同類工程提供經驗借鑒。

自密實堆石混凝土；水庫樞紐；重力壩；設計

自密實混凝土(Self-Compacting Concrete，簡稱SCC)是指在澆筑過程中無需施加任何振搗，僅依靠混凝土自重就能完全填充至模板內任何角落和鋼筋間隙并且不發(fā)生離析泌水的混凝土，已在工民建行業(yè)應用多年。

為了解決中小型工程中的大體積混凝土施工困難，科研人員利用自密實混凝土代替高流動砂漿充填堆石體施工工藝，研究出堆石混凝土工藝，即將一定粒徑的堆石直接入倉，形成有空隙的堆石體，然后從堆石體上部倒入自密實混凝土，利用自密實混凝土的高流動抗離析性能，使自密實混凝土依靠自重自動填充到堆石的空隙中，形成完整，密實，有較高強度的混凝土。該技術于2003年提出，并于2005年獲得國家發(fā)明專利的授權，目前為止已成功應用于筑壩、防洪、基礎處理、出險加固等多個建設領域。例如山西清峪水庫工程、廣東長坑水庫工程、福建楊莊防洪堤工程、四川向家壩水電站沉井填芯工程等。在施工成本、質量、效率、環(huán)境等方面得到了建設各方的認可與肯定。在2008年4月獲得了水利部科技成果鑒定。自密實堆石混凝土雖然在多處成功應用，但目前國內對該混凝土的研究和應用還處于初期階段，且每項工程的施工條件、原料條件也都不盡相同，清油河水庫大壩是陜西省第一座使用自密實堆石混凝土的壩高超過50 m的大壩，因此結合工程實際開展自密實堆石混凝土技術研究非常必要。

1 自密實堆石混凝土技術

自密實混凝土的突出特點是拌合物具有良好的工作性能，即使在密集配筋和復雜形狀的條件下，僅依靠自重而無需振搗便能均勻密實填滿堆石的空隙，為施工操作帶來極大方便。同時，兼有提高混凝土質量、改善施工環(huán)境、加快施工進度、提高勞動生產率、降低工程投資等技術先進性和創(chuàng)新性，自密實混凝土被稱為“近幾十年混凝土建筑技術最具有革命性的發(fā)展”。

自密實堆石混凝土(Rock Filled Concrete，簡稱RFC)，在粒徑較大的塊石(粒徑在300 mm以上)內隨機充填自密實混凝土而形成的混凝土堆石體。堆石混凝土作為一種新型的混凝土施工工藝，特別適合大體積混凝土的施工。堆石混凝土的水泥用量與碾壓混凝土相當，單方水泥用量一般為70～90 kg，具有施工簡單、水化熱溫升較低、質量容易得到控制等特點。堆石混凝土除強度、彈模等基本力學性能與普通大體積混凝土相近外，在施工速度、質量保證率、溫控措施及降低施工成本等方面比常規(guī)混凝土或碾壓混凝土都具有一定的優(yōu)勢。

1.1 低水泥用量與低水化熱

C15～C25堆石混凝土只需要70～100 kg水泥，與常態(tài)混凝土相比減少了70%左右，絕熱溫升僅15℃～17℃，工程實測的大體積混凝土實際水化溫升在10℃左右，可以減少甚至取消溫控措施。

1.2 施工工藝簡便，施工快速，縮短工期

堆石混凝土施工過程簡單，最大限度地降低了混凝土倉面的施工人員和機械工作量，現場控制管理更加簡便易行；堆石混凝土免除了混凝土澆筑的振搗工序，減少溫控及層面處理措施，施工工藝簡單流暢。實際工程應用表明，堆石混凝土技術采用機械化施工，能大幅提高大倉面素混凝土的施工效率，有效降低了工人技術水平和施工管理水平對工程質量的影響，能有效縮短工期。

1.3 顯著降低施工成本

堆石混凝土使用了大量的塊石作為原材料減少了膠凝材料用量，且施工工藝簡單，其施工的綜合成本在相同條件下較常態(tài)混凝土可降低10%～20%。

1.4 綜合性能穩(wěn)定，安全系數高

堆石混凝土具有大塊巖石穩(wěn)定堆積構成的骨架，具有優(yōu)良的體積穩(wěn)定性，體積收縮小，而自密實混凝土具有卓越的流動性能、充填性能和抗離析性能，使得堆石混凝土具有高密實度與高強度。

1.5 環(huán)境友好，使用面廣

堆石混凝土減少水泥用量和大功率的碾壓機械，可以減少溫室氣體排放和能量消耗，澆筑期間不需振搗，減少施工噪音，是一種環(huán)境友好的混凝土。國內應用十余年期間，已成功應用于筑壩、防洪、基礎處理、出險加固等多個建設領域。

2 工程概況

清油河水庫樞紐工程是一座擬修建在清油河干流上游的水源工程，位于陜西省商南縣清油河鎮(zhèn)團坪村下游0.6 km處，距商南縣約18 km。清油河水庫壩址控制流域面積145 km2，總庫容984.00萬 m3，屬Ⅳ等小(一)型工程。工程樞紐主要由溢流壩段、非溢流壩段、引水孔和泄洪排沙洞等部分組成。最大壩高58.50 m，壩頂總長295.9 m，堆石砼重力壩體自左岸至右岸共分為12個壩段，主要工程量為：土石方開挖27.81萬 m3，現澆砼4.46萬 m3，自密實混凝土6.77萬 m3，堆石8.28萬 m3，固結灌漿6004 m，帷幕灌漿2 843 m。金屬結構設備安裝閘門7扇、電動蝶閥1個、啟閉機7臺，測壓系統(tǒng)2套，超聲波泥沙監(jiān)控儀一套，閘門及埋件總量合計約194.39 t。

3 堆石混凝土擋水壩設計

3.1 壩體設計

清油河水庫堆石混凝土重力壩采用上游面鉛直、下游面650.5高程以上部分鉛直，以下部分坡比采用1:0.7的結構形式。壩頂長度295.9 m，最大壩高58.5 m，壩頂寬度6.0 m，壩底寬39.0 m。

3.2 大壩基礎處理

根據壩基巖體特性，結合重力壩設計和類似工程經驗，大壩基礎座落在弱風化巖體中部，即挖除全部的河床覆蓋層、強風化巖體和部分弱風化巖體?？紤]到開挖可能使壩基巖石松動，為保證大壩基礎的整體完整性和承載能力，對壩基巖體進行固結灌漿處理，灌漿孔在壩基范圍內均勻布置，孔向垂直于基巖面，灌漿孔深6.0 m，孔距3.0 m，梅花形布置。

為提高壩基接觸面強度，防止沿基礎接觸面滲漏，并增強表層固結灌漿效果，須進行接觸灌漿，接觸灌漿在混凝土和巖體接觸面上進行。

為保證壩體堆石混凝土與壩基巖石連接可靠和壩基固結灌漿的需要，在壩基設厚度1.0 m的C15常態(tài)混凝土墊層。

3.3 壩體、壩基防滲及排水

堆石混凝土重力壩采用高自密實性能混凝土防滲層作為大壩防滲體，防滲體厚度0.6 m，內置φ12@200單層鋼筋網加強抗拉、抗裂和防滲性能。

為及時降低壩體滲透壓力，排除滲透水流，在壩體內設排水系統(tǒng)。壩體排水管設置在高自密實性能混凝土防滲層后，設計采用無砂混凝土排水管，排水管將壩體排水匯集到基礎灌漿廊道的集水井內，用水泵將集水抽排到壩體外。

為提高壩基滲透穩(wěn)定，保證大壩安全，在重力壩基礎進行帷幕灌漿。帷幕灌漿采用單排孔，其深度原則上深入透水率q<3 Lu的相對不透水層下3 m，帷幕灌漿最大深度20.5 m，帷幕灌漿孔距1.5 m，在重力壩左岸設長25 m，右岸設長50 m的帷幕灌漿平洞，以增加繞壩滲流的滲徑。

為減小壩基揚壓力，提高壩基穩(wěn)定性，在帷幕后設置排水孔，排水孔孔距3.0 m，排水孔最大孔深10 m。基礎灌漿廊道內設置排水井，內置排水泵將水抽至下游河道。

3.4 壩體混凝土

根據國內工程成功經驗，本工程堆石混凝土壩體材料采用C15W4F50高自密實性能混凝土，壩體上游采用C25W8F100高自密實性能混凝土作為防滲層，基礎墊層采用C15常態(tài)混凝土，溢流面、閘墩等結構采用C25常態(tài)混凝土。

3.5 壩體廊道和壩頂結構

根據灌漿、大壩監(jiān)測、排水需要，按照簡化壩體集中布置的原則，在壩基600m高程及壩坡設置1層多功能基礎灌漿廊道。廊道設置在高自密實性能混凝土防滲層后，基礎灌漿廊道斷面尺寸為2.5 m×3.5 m，為圓拱直墻結構，襯砌為厚度0.8 m的C25鋼筋混凝土襯砌。

重力壩壩頂高程655.50 m，壩頂上、下游側均設置1.2 m高鋼制欄桿，壩頂泄洪孔頂設工作橋，作為壩頂交通之用。

4 方案比選

清油河水庫樞紐重力壩根據筑壩材料的不同，主要選擇自密實堆石混凝土、漿砌石和碾壓混凝土三種筑壩材料進行比較，樞紐結構布置均采用壩頂溢流的形式，布置相對集中緊湊，泄洪和引水建筑物均集于壩體內，管理運行較為方便。附近料場均能滿足工程需要，且交通便利。

表1 筑壩材料比較表

自密實堆石混凝土重力壩、漿砌石重力壩和碾壓混凝土重力壩方案在結構布置、壩基要求、壩體結構尺寸等方面基本相同，三種筑壩材料各有利弊，但是堆石混凝土施工快、造價較低、溫度易于控制且環(huán)境友好。基于以上考慮，設計最終推薦自密實堆石堆石混凝土壩方案。

清油河水庫自密實堆石混凝土重力壩，利用自密實混凝土充填大粒徑塊石，形成強度高，結構穩(wěn)定的整體構件。堆石混凝土低水泥用量的特點降低了工程造價，節(jié)約資源，并且降低混凝土施工過程中的水化溫升，通過分倉分層施工減少單次澆筑量。在保證堆石入倉能力和混凝土生產能力的基礎上，可形成連續(xù)循環(huán)澆筑，極大的提高施工進度。

5 結語

堆石混凝土技術作為一種新型的大體積混凝土施工技術，由于其自身顯著的特點和優(yōu)勢，目前已開始在不同的工程建設領域中推廣應用。用自密實堆石混凝土建造的重力壩在工程造價、施工進度、溫控、環(huán)保等方面有許多優(yōu)越性。但目前堆石混凝土的研究和應用還處于初期階段，在水利水電工程大壩尤其是高壩中應用較少，缺少實踐經驗。清油河水庫樞紐工程設計通過方案比選采用該技術，縮短了施工工期，節(jié)約了工程投資，為今后堆石混凝土施工及類似工程的設計施工提供經驗和借鑒。

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1004-1184(2017)05-0191-03

2017-06-08

胡濱(1980-)，男，陜西涇陽人，工程師 ，主要從事水利工程設計等方面工作。