自密實堆石混凝土技術在永寧水庫工程中的應用

傅志達，王浩軍，鄭永鋒，徐海勇

(1.浙江省水利水電勘測設計院， 浙江 杭州 310002；2.浙江廣川建設有限公司， 浙江 諸暨 311800)

自密實混凝土(Self-compacting Concrete，簡稱SCC)，具有高流動性、不離析、均勻性和穩(wěn)定性好的特點，澆筑時依靠其自重流動，無需振搗而達到密實的混凝土。其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，只要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。而且兼有提高混凝土質量、改善施工環(huán)境、縮短施工工期、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革命性的發(fā)展”[1]。目前在水利工程中其廣泛的應用，均取得了較好的技術、經濟和社會效益[1-10]。

1 工程概況

永寧水庫位于諸暨市城關鎮(zhèn)東部，行政區(qū)屬楓橋鎮(zhèn)永寧村，壩址距諸暨市城關鎮(zhèn)26 km，距楓橋鎮(zhèn)9 km，有公路直通，交通極為便利。

壩址位于諸暨市楓橋鎮(zhèn)石砩自然村，水庫功能以防洪為主，結合供水，兼顧灌溉等綜合利用。壩址以上集水面積73.6 km2，水庫總庫容2 388 萬m3，正常蓄水位44 m，正常蓄水位以下庫容1 332 萬m3，壩頂高程51.0 m。根據規(guī)劃要求，永寧水庫建成后流域年均供水量為1 159 萬m3，灌溉農田820 ha2。工程主要建筑物由主壩(含泄水、供水和放水建筑物)、副壩及管理生活區(qū)等組成。主壩壩型為混凝土重力壩，1#副壩壩型采用自密實堆石混凝土重力壩，2#副壩壩型為常態(tài)混凝土重力壩。

2 設計應用

2.1 結構設計

按抗剪斷公式和材料力學方法對壩基抗滑穩(wěn)定及壩基面應力進行計算。計算結果表明：左岸1#壩段壩基應力最大值為0.25 MPa，小于強—全風化巖石承載力標準值0.50 MPa，各工況抗滑穩(wěn)定安全系數及壩基應力均滿足規(guī)范要求，計算成果見表1。

表1 1#副壩典型斷面穩(wěn)定及壩基應力計算成果表

1#副壩較原設計各項數據不變，包括高程、壩高、壩寬及上部結構等。根據現場情況，設計延長壩軸線的同時，僅對壩體、底板、刺墻及防滲面板的施工材料及施工方式進行了調整。調整后指標比較表見表2，1#副壩典型斷面見圖1。

表2 調整后指標比較表

圖1 1#副壩典型斷面圖

2.2 地基處理

根據壩基地質條件，1#副壩至主壩左岸壩肩高程40 m一線山脊上部基巖巖性為橄欖玄武巖，巖石風化劇烈，工程地質條件較差，接觸帶為強透水通道，存在壩基滲漏問題。

通過地質資料分析，壩基采用防滲帷幕，防滲帷幕孔布置于上游基礎面，1#副壩壩基及兩側岸坡帷幕灌漿孔設1排，孔距1.0 m。要求伸入相對隔水層(q≤5 Lu)以下5 m。左岸帷幕與山體相連，右岸帷幕與主壩左岸帷幕相連，形成封閉的防滲體系。

防滲處理的同時采用固結灌漿處理，范圍為整個壩基。固結灌漿孔的方向應根據現場裂隙形狀，使鉆孔方向盡量垂直于節(jié)理裂隙面。灌漿孔應呈梅花形布置，孔距及排距均為3.0 m，遇橫縫位置可做適當調整。

2.3 構造設計

1#副壩共設置4道橫縫，每道間距20 m。迎水側橫縫內設止水銅片一道，止水銅片鼻子內填SR填料，縫寬2 cm，內嵌聚乙烯閉孔低發(fā)泡塑料板。止水銅片底板伸入基巖內的止水坑內，采用C25W4細骨料微膨脹混凝土回填。止水處理斷面圖見圖2。

圖2止水處理斷面圖(單位：cm)

3 質量控制措施

(1) 基礎準備。建基面清理：巖石基礎建基面在破碎錘開挖清理后再用人工清理，高壓水泵沖洗，混凝土建基面用高壓水沖毛機沖毛，局部用人工手風鎬鑿毛。

(2) 砂石料系統。施工用粗骨料按二級配軋制，最大粒徑40 mm。在石料場開采加工，施工用砂在沙灘挖取后，經破碎、篩分和清洗后運到料場。

(3) 混凝土拌和系統。在1#副壩下游側空地布置強制式拌和站一座，配2臺拌和機，供自密實性混凝土拌制用。

(4) 垂直運輸。配置履帶式吊機一臺，混凝土裝入吊罐后用履帶吊入倉。

(5) 堆石料入倉?？紤]模板的配套，堆石混凝土分層厚度為2.0 m，在堆石入倉前根據防滲體厚度先在底板上放出堆石范圍的樣線，以保證混凝土防滲層的厚度。堆石入倉是制約堆石混凝土施工速度和控制成本的關健環(huán)節(jié)，而采用自卸汽車直接將堆石運至倉面是最為經濟的方式。施工第一層堆石采用修通施工道路以自卸車倒車入倉，要求盡量堆高，同時采用挖掘機平倉。第二層堆石由挖掘機進行入倉、平倉，靠近模板部位的堆石用人工堆放。堆石高度自下游向上游傾斜；將粒徑大的堆石布置在倉面的中下部，粒徑小的堆石布置在倉面的中上部。在堆石混凝土的施工過程中，堆石體部分的外露面其所含的粒徑需小于200 mm的石塊量不能超過10 塊/m2，同時不能集中。對于堆積在倉面的堆石塊粒徑小于200 mm的應將其清除。堆石面高度有適量塊石高出混凝土澆筑面50 mm～150 mm。

(6) 拌制。自密實混凝土采用強制式攪拌機拌制，混凝土的級配須嚴格按照試驗室的實驗數據(見表3)進行施工，并通過調整骨料粒徑、含水率以達到數據要求。生產過程中每個臺班應不小于二次測定含水率，當含水率發(fā)生變化時，需增加測定的次數，同時根據檢測的結果及時調整原來數據中的用水量及骨料用量，切不可毫無根據的調整配合比。與生產常規(guī)混凝土相比適當延長攪拌時間(一般為90 s左右，低溫時延長至120 s，高溫時可降低至60 s)。出機的自密實混凝土的坍落度一般控制在26 cm～28 cm，擴散度在65 cm～75 cm，V形漏斗通過時間7 s～25 s，泌水率≤1%，自密實性能穩(wěn)定性≥1 h。保證各項性能指標均達到設計要求。

表3 混凝土實驗材料用量表

(7) 自密實混凝土運輸。由于拌和站就布置在1#副壩邊，因此自密實混凝土的運輸采用拌和機出料→裝入泵車→泵送入倉。料斗中的自密實混凝土采用挖掘機挖裝入混凝土汽車泵泵斗中，嚴禁挖裝時向自密實混凝土加水。

(8) 自密實混凝土澆筑。

① 澆筑順序。自密實混凝土澆筑之前需檢查模板、支架及預埋件等的位置和尺寸，在確認正確無誤后才可進行澆筑。對于澆筑成型的堆石混凝土表面外觀有要求的部位，為了防止表面產生氣泡，澆筑時應在模板的外側進行輔助敲擊。運抵現場的混凝土自密實性能不滿足要求時不施工，需采取添加外加劑攪拌等已經試驗確認的可行方法來調整混凝土自密實的性能?；炷恋臐仓３诌B續(xù)性，澆筑速度保證在初凝前完成相鄰澆筑點混凝土覆蓋，澆筑時的最大自由落下高度不超過5 m。澆筑點應呈規(guī)則的均勻布置，澆筑點的間距需不超過3 m，其澆筑過程中需遵循單向逐點澆筑的原則，在每個澆筑點澆滿后方可移動至下一澆筑點澆筑，澆筑點的位置不可重復使用。施工現場的倉面澆筑原則為兩個：澆筑點距離不超過3 m；沿倉面短邊或從上游往下游進行“S”形路線澆筑。澆筑時防止模板、定位裝置等的移動和變形。

② 澆筑層面處理。堆石混凝土在收倉時，應達到結構物所設計的頂面之外，同時自密實混凝土的澆筑應使適量的塊石高出澆筑面約5 cm～15 cm，澆筑頂不宜采取人工平整，以達到加強層面結合的目的。堆石混凝土抗壓強度在達到2.5 MPa之前，不能進行下一倉面的準備工作。若有防滲要求的堆石混凝土，在新老混凝土結合的基礎倉面上，需對混凝土乳皮清除、包括表層裂縫以及由于泌水造成的低強混凝土(砂漿)和嵌入表面的松動堆石，同時用高壓水沖毛或進行有效的鑿毛，鑿毛深度達到監(jiān)理要求后再進行下一道工序。倉面清理完成后，保證倉面的清潔，無積水存在。

(9) 溫控與防裂措施。

① 自密實混凝土的配合比設計應合理減少水泥用量。宜采用中、低熱水泥。

② 施工中應避免薄塊長間歇，澆筑塊體不宜早期過水。

③ 無須布置冷卻水管。在夏季高溫施工時，可在工作面采取必要的輔助溫控措施，亦可選在夜間等相對低溫時段進行施工。

(10) 養(yǎng)護。

① 施工過程中，倉面應保持濕潤。若遇光照強烈或大風干燥時，應對工作面進行噴霧或表面水分補償的施工措施，保持表面不發(fā)白。

② 正在施工或剛碾壓完畢的倉面，應防止外來水流入。

③ 施工間歇期間，堆石料終凝后即應開始保濕養(yǎng)護。對施工縫，養(yǎng)護工作應持續(xù)到上一層堆石開始鋪筑為止；對永久暴露面，養(yǎng)護時間不宜少于28 d，有特殊要求的部位宜適當延長養(yǎng)護時間。

4 質量檢測

為檢測堆石混凝土的施工質量，分別進行了試塊抗壓強度、抗?jié)B性能、抗凍性能的檢測[11-12]。按照《水工混凝土實驗規(guī)程》[13](SL 352—2006)中的相關實驗方法進行檢測，其檢測結果見表4～表6。所檢測內容，均取得了良好的效果。

表4 混凝土試塊抗壓強度檢測成果匯總表

表5 混凝土試塊抗?jié)B性能檢測成果匯總表

表6 混凝土試塊抗凍性能檢測成果匯總表

5 施工效益簡評

采用常態(tài)混凝土作為壩體填筑材料的施工技術成熟，工程實例較多，且無需開采大量的塊石，但其施工過程水泥用量很大，特別是本工程大體積混凝土的澆筑，有著水化熱影響顯著、施工過程中溫控措施要求高、施工質量控制難度較大等不利因素，從而加大工程總投資的缺點。

采用堆石混凝土作為壩體材料，能較好的解決常態(tài)混凝土施工過程中的問題。因堆石混凝土是利用高流動性、抗分離性能好、穿透能力強的高自密性能混凝土充填堆石空隙形成密實的混凝土，具有低水化熱、施工質量控制簡便有效、澆筑過程速度相對較快、節(jié)能低碳等特點，從而節(jié)約工程總投資。近幾年國內眾多水利工程都采用堆石混凝土作為建筑物材料，工程完工后均運行良好。

1#副壩投入使用自密實堆石混凝土表明，在加強對施工的組織和管理以及質量控制的條件下，采用堆石混凝土技術能夠達成質量優(yōu)、快施工、降投資的工程理想效果，同時又有良好的經濟效益。工程投資比較表見表7，綜合分析見表8。

表7 工程投資比較表

表8 綜合分析表

6 結 語

自密實堆石混凝土技術優(yōu)勢明顯，在保證混凝土強度的同時，可避免常規(guī)大體積混凝土澆筑的溫控風險，加快施工工期，減少工程投資。永寧水庫1#副壩作為浙江省第一例采用自密實堆石混凝土技術的工程，填補了該項技術在浙江省應用的空白。本工程的設計，對研究浙江省建設工程采用堆石混凝土有非常重要的意義，為堆石混凝土技術在浙江地區(qū)建設領域的應用提供了經驗借鑒。

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