堆石混凝土技術(shù)在打鼓臺水庫的應(yīng)用與探索

曾 旭，何濤洪，張全意，張文勝

(遵義水利水電勘測設(shè)計研究院，貴州 遵義 563000)

1 工程概述

堆石混凝土技術(shù)是一種全新的混凝土材料與建造施工技術(shù)，具有工藝簡便、施工快速、溫控易行、成本低廉、環(huán)境友好和高強(qiáng)耐久等特點。其施工工藝是將粒徑大于300mm的塊石或卵石直接入倉，形成有自然空隙的堆石體，利用無需振搗的高自密實性能混凝土(High Self-Compacting Concrete，簡稱HSCC)，依靠其自重充填堆石體空隙，形成完整、密實的混凝土[1- 3]。堆石混凝土技術(shù)從2005年進(jìn)入工程應(yīng)用以來，已在20余個省市自治區(qū)建設(shè)了超過60座堆石混凝土壩[4- 5]。

打鼓臺水庫位于烏江支流敖溪河左岸一級支流后溪溝上，地處余慶縣境內(nèi)，壩址距余慶縣城63.0km。大壩為堆石混凝土重力壩，壩頂高程799.00m，最大壩高41.0m，壩頂寬度6.0m，壩底最大寬度33.94m，壩頂長198.0m。壩體上游面設(shè)有厚0.5m的C9015自密實混凝土防滲面板，壩基設(shè)置厚1.0m的二級配C15混凝土墊層，兩壩肩未設(shè)置混凝土墊層，大壩主體材料采用C9015堆石混凝土，防滲面板與大壩主體同步澆筑上升[6]。為減少施工干擾，加快施工進(jìn)度，考慮大壩基礎(chǔ)巖性不均勻，僅在大壩基礎(chǔ)巖性顯著變化處(樁號壩0+030.54、壩0+164.54)設(shè)置了2條橫縫，中間壩段長134.0m。另外，大壩防滲面板分別于樁號壩0+030.54、壩0+058.54、壩0+086.54、壩0+112.54、壩0+138.54、壩0+164.54處設(shè)置6條橫縫，最大縫距28.0m。縫內(nèi)距上游壩面0.2m處設(shè)置一道銅片止水，并采用聚乙烯閉孔泡沫板材填縫[6- 7]。

混凝土骨料利用三迭系下統(tǒng)茅草鋪組(T1m)薄至中厚層灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r進(jìn)行破碎獲得，水泥采用P.O 42.5水泥，粉煤灰采用Ⅱ級粉煤灰，外加劑采用HSNG-T自密實混凝土專用外加劑性，工程設(shè)計配合比和實際實施配合比見表1。

模板采用組合鋼模，由300×1500×4mm和100×1500×4mm輕型鋼模交錯支立而成，采用外綁DN50mm鋼管和倉內(nèi)拉Φ20、Φ10鋼筋固定方式。石料自料場開采后，挖掘機(jī)篩選，高壓水槍沖洗，采用自卸車運(yùn)輸至倉面，挖掘機(jī)配合人工堆石。自密實混凝土采用罐車運(yùn)輸至壩前，泵送至倉面后采用泵管配合布料機(jī)或泵管直接入倉兩種澆筑方式。

表1 專用自密實混凝土配合比

2 堆石混凝土實際水化溫升

為了解壩體堆石混凝土施工期和運(yùn)行期的溫度變化情況，在溢流壩段布設(shè)一個溫度監(jiān)測斷面，如圖1所示。769.00m高程布置了溫度計3支(T1、T2、T3)，于2016年10月10日埋設(shè)完成，埋設(shè)時氣溫23℃；從圖2可知，779.00m高程布置溫度計2支(T4、T5)，于2016年11月24日埋設(shè)完成，埋設(shè)時氣溫12℃；789.00m高程布置溫度計1支(T6)，于2017年3月8日埋設(shè)完成，埋設(shè)時氣溫11℃。壩體溫度監(jiān)測成果見表2。

圖1 打鼓臺堆石混凝土重力壩溫度監(jiān)測斷面示意圖

表2 打鼓臺壩體堆石混凝土溫度監(jiān)測成果表

壩體溫度監(jiān)測結(jié)果表明：壩體堆石混凝土澆筑兩周之內(nèi)，因受水化溫升影響，其溫度達(dá)到最高，然后開始緩慢下降，實測壩體堆石混凝土最大溫升值小于10℃，在類似工程應(yīng)用中，可簡化分縫設(shè)計。

3 堆石混凝土壩體施工質(zhì)量

為了解堆石混凝土澆筑質(zhì)量，在壩體上布置3個進(jìn)行鉆孔取芯、抗壓強(qiáng)度試驗和容重檢測，布置2個鉆孔進(jìn)行壓水試驗，如圖2所示。由圖2可知，1#取芯孔布置在右壩段，2#號、3#號取芯孔布置在左壩段，選用Φ219mm金剛石鉆頭旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，所取芯樣直徑200mm，詳見表3。實際芯樣照片見圖3。J2壓水試驗鉆孔布置在左壩段，選用Φ73mm金剛石鉆頭旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，成孔直徑76mm。

圖2 打鼓臺堆石混凝土重力壩芯樣鉆孔、壓水試驗鉆孔布置示意圖

表3 取芯鉆孔統(tǒng)計表

圖3 打鼓臺堆石混凝土重力壩芯樣照片

鉆孔取芯累計進(jìn)尺80.57m，所取柱狀芯樣長78.05m，芯樣獲得率96.87%，其中1#號取芯孔進(jìn)尺20.12m，所取柱狀芯樣19.36m，芯樣獲得率96.22%；2#號取芯孔進(jìn)尺25.45m，所取柱狀芯樣24.84m，芯樣獲得率97.6%；3#號取芯孔進(jìn)尺35m，所取柱狀芯樣33.85m，芯樣獲得率96.71%。所取芯樣共有斷口197個，其中機(jī)械、人工折斷斷口29個，占14.72%；澆筑層面折斷斷口24個，占12.18%；自密實混凝土與堆石膠結(jié)面折斷斷口95個，占48.22%；堆石接觸面折斷斷口49個，占24.87%。以上數(shù)據(jù)表明，堆石混凝土澆筑層面、自密實混凝土與堆石膠結(jié)面為其薄弱環(huán)節(jié)。芯樣試驗結(jié)果見表4。

壩體堆石混凝土芯樣抗壓強(qiáng)度及容重試驗成果>表明，1#鉆孔堆石混凝土芯樣抗壓強(qiáng)度檢測值25.6～31.9MPa，平均值28.15MPa；芯樣容重檢測值2340～2570kg/m3，平均值2483kg/m3。2#鉆孔堆石混凝土芯樣抗壓強(qiáng)度檢測值25.9～32.1MPa，平均值29.56MPa；芯樣容重檢測值2440～2610kg/m3，平均值2509kg/m3。3#鉆孔堆石混凝土芯樣抗壓強(qiáng)度檢測值26.5～30.6MPa，平均值28.37MPa；芯樣容重檢測值2330～2610kg/m3，平均值2480kg/m3。由此可知，堆石混凝土抗壓強(qiáng)度檢測值超出設(shè)計值約91%，工程應(yīng)用中可結(jié)合不同的摻合料優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計。

表4 打鼓臺堆石混凝土芯樣抗壓強(qiáng)度及容重試驗成果表

表5 J1鉆孔壓水試驗成果表

表6 J2鉆孔壓水試驗成果表

鉆孔壓水試驗成果見表5—6。

由表5、表6現(xiàn)場壓水試驗成果可知：壩體透水率小于1Lu，堆石混凝土自身抗?jié)B性較好，中低壩可取消防滲面板。

4 結(jié)論及建議

壩體溫度監(jiān)測成果、壩體堆石混凝土芯樣抗壓強(qiáng)度及容重試驗成果、壩體現(xiàn)場壓水試驗成果和蓄水運(yùn)行情況表明，堆石混凝土技術(shù)在打鼓臺水庫的應(yīng)用是成功的，主要結(jié)論與建議如下：

(1)堆石混凝土實際水化溫升較低，打鼓臺堆石混凝土壩體實測最大溫升值小于10℃，在類似工程中應(yīng)用，可簡化分縫設(shè)計。

(2)堆石混凝土澆筑層面、自密實混凝土與堆石膠結(jié)面為其薄弱環(huán)節(jié)，在工程應(yīng)用中應(yīng)加強(qiáng)上述部位的質(zhì)量控制。

(3)堆石混凝土抗壓強(qiáng)度檢測值超出設(shè)計值約91%，自密實混凝土配合比可結(jié)合不同的摻合料優(yōu)化。

(4)壩體透水率小于1Lu，堆石混凝土自身抗?jié)B性較好，中低壩可取消防滲面板。