淺談堆石混凝土施工中的質(zhì)量控制

張媛媛，周琦莙，范麗虹

（1.陜西省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710004；2.北京華石納固科技有限公司，北京 100089）

堆石混凝土（RFC）技術(shù)具有低碳環(huán)保、低水化熱、工藝簡便、造價(jià)低廉、施工速度快等特點(diǎn)[1]。堆石混凝土是指將滿足一定粒徑要求的塊石或卵石自然堆滿倉面，然后在堆石體表面澆筑滿足特殊要求的自密實(shí)混凝土（SCC），無需振搗儀依靠其自重充填堆石體的空隙，所形成完整密實(shí)的混凝土。堆石混凝土施工主要包括兩道工序：堆石入倉和高自密實(shí)性能混凝土的生產(chǎn)澆筑[2]。通過合理的施工組織設(shè)計(jì)，兩道工序均可通過大規(guī)模的機(jī)械化施工來完成，減小了人工的參與，避免了人為的干擾[3]。

1 質(zhì)量檢測方法概述

堆石混凝土的工程質(zhì)量檢測主要包括三個(gè)部分： （1）原材料的性能檢測，包括自密實(shí)混凝土的原材料和堆石料；（2）自密實(shí)混凝土的性能檢測；（3）堆石混凝土澆筑質(zhì)量的檢測。

其中（1）、（2）部分與傳統(tǒng)混凝土的檢測要求基本一致，而在堆石混凝土的澆筑質(zhì)量檢測方面需要借助現(xiàn)有的技術(shù)手段進(jìn)一步進(jìn)行探索。

堆石混凝土的澆筑質(zhì)量主要包括密實(shí)度、堆石混凝土強(qiáng)度和抗?jié)B性能，其中密實(shí)度可通過孔內(nèi)電視、孔內(nèi)聲波檢測和挖坑法等方法檢測；堆石混凝土澆筑強(qiáng)度工程檢測則需要通過鉆孔取芯對(duì)芯樣的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行檢測；堆石混凝土的工程抗?jié)B性能檢測則需要通過鉆孔壓水試驗(yàn)方法進(jìn)行檢測。

孔內(nèi)電視檢測是專門針對(duì)堆石混凝土密實(shí)度檢測提出的方法，可以通過鉆孔或者預(yù)埋管的方式獲得檢測孔，檢測孔應(yīng)穿過層間結(jié)合帶以反映澆筑層間的密實(shí)度情況。通過對(duì)孔內(nèi)表觀照片的分析得到堆石混凝土內(nèi)部的缺陷率，參考我國目前規(guī)范要求碾壓混凝土的密實(shí)度為98%以上的標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合堆石混凝土工程實(shí)踐，缺陷率應(yīng)小于1%。

利用超聲波檢測堆石混凝土內(nèi)部密實(shí)度可以通過單孔或者對(duì)孔的方法檢測，根據(jù)波速的高低與離散性綜合評(píng)定堆石混凝土的密實(shí)度，具體方法可參考《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（SL 352-2006）[4]中超聲波檢測混凝土內(nèi)部缺陷的相關(guān)方法。

挖坑法參考了漿砌石壩的澆筑質(zhì)量檢查的相關(guān)規(guī)定，主要用于評(píng)價(jià)堆石混凝土的密度、堆石與混凝土的比例和空隙率。盡管挖坑法能夠檢測堆石混凝土的密實(shí)度以及各部分、空隙比例，但是堆石混凝土含石量高、強(qiáng)度高，在實(shí)際挖坑中很難開挖，并且測量精度偏低，因此采用此法檢測的工程并不多。

澆筑完成的堆石混凝土的強(qiáng)度可以通過對(duì)取芯芯樣的檢測來評(píng)定，取芯時(shí)應(yīng)盡量使用套管的方式，確保芯樣在取出過程中不受到扭轉(zhuǎn)、彎折等損傷，同時(shí)芯樣的直徑不宜過小，應(yīng)客觀評(píng)價(jià)由于堆石分布不均勻所帶來的離散性。芯樣抗壓強(qiáng)度試件應(yīng)按照《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（SL 352-2006）中混凝土芯樣強(qiáng)度試驗(yàn)的相關(guān)規(guī)定制作，芯樣直徑不宜小于219 mm，其中塊石體積含量在55%±20%的試塊定義為堆石混凝土芯樣試件，全部為自密實(shí)混凝土的試件定義為自密實(shí)混凝土芯樣試件，其余芯樣不必加工成試件。

堆石混凝土壩抗?jié)B性能的檢測應(yīng)通過鉆孔壓水檢測方法進(jìn)行，當(dāng)透水率高于5 Lu時(shí)應(yīng)進(jìn)行灌漿補(bǔ)強(qiáng)，對(duì)于中高壩或?qū)節(jié)B性能要求較為嚴(yán)格的工程可提高相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

2 工程概況

佰佳水電站作為陜西省的第一個(gè)堆石混凝土壩，不僅打開了陜西省的堆石混凝土市場，也填補(bǔ)了堆石混凝土在雙曲拱壩中應(yīng)用的空白。

佰佳水電站位于陜西省安康市鎮(zhèn)坪縣境內(nèi)南江河干流上，電站以發(fā)電為主，兼顧防洪、養(yǎng)殖、旅游等綜合利用效益。電站為混合式水電站，電站總裝機(jī)容量4.9 萬kW，年發(fā)電量1.68 億°，年銷售收入5070 萬，總投資3.83 億。

電站樞紐由大壩、引水系統(tǒng)、發(fā)電廠房和升壓站組成。大壩壩頂高程789 m，最大壩高69 m，壩頂厚度5 m，外弧長200.885 m，壩頂中心角99.4°，壩底厚度17.065 m，底拱中心角46.36°。大壩采用3 孔溢流表孔和2 孔泄洪底孔聯(lián)合泄洪。三表孔布置在頂拱中央，表孔堰頂高程779 m，單孔單孔孔口尺寸14 m×8 m；兩底孔與三表孔相間布置，底板高程743 m，出口尺寸5 m×5 m。正常蓄水位787 m高程，死水位770 m高程，總庫容2285 萬m3，調(diào)節(jié)庫容1452 萬m3，為不完全年調(diào)節(jié)。

這里選取2013年大壩澆筑量為研究對(duì)象，2013.01.07～2013.12.24完成了720 m～750 m高程的澆筑，現(xiàn)場的原材料按照C9020 W8 F100 的設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)設(shè)計(jì)，堆石混凝土（RFC）總澆筑量48508 m3，自密實(shí)混凝土（SCC）的澆筑量22506 m3，填充率45.48%。

這是主要介紹質(zhì)量檢測的第三部分堆石混凝土澆筑質(zhì)量的檢測。

（1）超聲波檢測堆石混凝土密實(shí)度

使用ZBL-U520 儀器，對(duì)5 個(gè)壩段分別進(jìn)行超聲波檢測，每個(gè)壩段選擇6 個(gè)～7 個(gè)鉆孔進(jìn)行檢測，得到縱波波速。對(duì)每個(gè)壩段的檢測結(jié)果加工成縱波等值線圖，見圖1～圖5。

圖1 縱波等值線圖(V=1800 m/s～4400 m/s)

圖2 縱波等值線圖(V=1800m/s～4000m/s)

圖3 縱波等值線圖(V=1600 m/s～5000 m/s)

圖4 縱波等值線圖(V=2400 m/s～3400 m/s)

圖5 縱波等值線圖 (V=1800 m/s～4400 m/s)

圖中橫坐標(biāo)表示水平距離（m），縱坐標(biāo)表示鉆孔深度（m）,已知縱波波速：巖石Vc=4000 m/s～5500 m/s；混凝土Vp=3500 m/s～4500 m/s； 水Vw=1500 m/s；空氣Va=340 m/s 。從圖中可以看到，波速均在1600 m/s以上，即表明其中沒有空氣，堆石混凝土內(nèi)部不存在缺陷。

依據(jù)《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（SL 352-2006），堆石混凝土的密實(shí)度滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）鉆孔取芯檢測堆石混凝土澆筑強(qiáng)度

選取堆石與混凝土膠結(jié)部位進(jìn)行圓柱體抗壓強(qiáng)度試件加工,鉆孔取芯位置為兩孔在廊道靠上游一側(cè)（靠上游約3 m，靠廊道約2 m），孔的高程為727.0 m～739.3 m，本次鉆孔口徑為165 mm。鉆孔取芯芯樣抗壓強(qiáng)度數(shù)值見表1。

表1 鉆孔取芯芯樣抗壓強(qiáng)度數(shù)

芯樣的抗壓強(qiáng)度最小值為21.6 MPa；最大值為29.1 MPa；平均值為24.7 MPa。RFC芯樣強(qiáng)度大于C20 的設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)，滿足工程要求。

（3）鉆孔壓水檢測堆石混凝土抗?jié)B性能

堆石混凝土壩抗?jié)B性能采用鉆孔壓水試驗(yàn)檢測，檢測方法按照《水利水電工程鉆孔壓水試驗(yàn)規(guī)程》（SL 31-2003）[5]中的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。本次鉆孔口徑為70 mm。

本次壓水試驗(yàn)共設(shè)置4 個(gè)孔，1 號(hào)孔設(shè)在2#拱壩段左壩肩，2、3、4 號(hào)孔均勻分布在3#拱壩段。其中1 號(hào)孔的鉆孔深度6 m，段長5.20 m,段頂高程為749.50 m, 段底高程為744.30 m；2 號(hào)孔的鉆孔深度12 m，段長11.45 m,段頂高程為739.04 m, 段底高程為727.59 m；3 號(hào)孔的鉆孔深度12 m，段長11.60 m,段頂高程為738.80 m, 段底高程為727.20 m；4 號(hào)孔的鉆孔深度1.5 m，段長1.17 m,段頂高程=739.10 m, 段底高程=737.93 m。再經(jīng)過洗孔，設(shè)備校核，壓水，記錄數(shù)據(jù)后進(jìn)行計(jì)算。

透水率按下式計(jì)算：

式中：Q為壓入流量，L/min；P為作用于試段內(nèi)的全部壓力，MPa；L為試段長度，m。

計(jì)算過程見表2。

《混凝土拱壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 282 -2018）規(guī)定：壩高在100 m以上的，q=1 Lu～3 Lu；壩高在50 m～100 m的，q=3 Lu～5 Lu；壩高50 m以下的，q≤5 Lu。

佰佳水電站壩高69 m，其q在3 Lu～5 Lu以下即為合格。壓水結(jié)果表明，最大透水率為2.23 Lu，最小透水率為0.89 Lu，平均值為1.6 Lu。由此說明RFC的抗?jié)B性能十分優(yōu)異，工程質(zhì)量有保障。

表2 壓水?dāng)?shù)據(jù)

3 結(jié)語

通過對(duì)堆石混凝土進(jìn)行超聲波檢測、芯樣抗壓強(qiáng)度檢測、鉆孔壓水檢測等，證明在佰佳水電站施工中，堆石混凝土具有良好的密實(shí)度，同時(shí)滿足抗?jié)B要求，具有良好的抗?jié)B性能，達(dá)到了工程的質(zhì)量要求，進(jìn)一步論證了堆石混凝土技術(shù)在佰佳水電站項(xiàng)目上的可行性和優(yōu)越性。

堆石混凝土的工藝要求高自密實(shí)性能混凝土填充堆石體空隙，堆石混凝土的密實(shí)度、強(qiáng)度和抗?jié)B性是檢驗(yàn)其質(zhì)量的重要指標(biāo)。通過對(duì)堆石混凝土的質(zhì)量檢測，尤其是澆筑質(zhì)量檢測，對(duì)堆石混凝土綜合性能指標(biāo)的嚴(yán)格把關(guān)，對(duì)堆石混凝土的原材料、配合比、施工各主要環(huán)節(jié)及施工后的質(zhì)量進(jìn)行控制和檢查，工程的質(zhì)量是可以保證的。