堆石混凝土重力壩施工方法及質(zhì)量控制研究

◎ 王俊杰 占雄鵬 中交河海工程有限公司

1.工程概況

本工程位于重慶市武隆區(qū)西部雙河鎮(zhèn)木根村上下瓦房附近，是一座以農(nóng)業(yè)灌溉、村鎮(zhèn)供水和灌區(qū)農(nóng)村人畜飲水等綜合利用功能的?。?）型水庫(kù)。大壩采取堆石自密實(shí)砼重力壩，壩頂高程1349.10m，最大壩高38.5m，壩軸線長(zhǎng)161.3m，壩頂寬6.0m。壩體采用自密實(shí)堆石砼，設(shè)計(jì)等級(jí)為C15，抗?jié)B等級(jí)W4；大壩基礎(chǔ)墊層為1.0m厚的C15常態(tài)砼；壩體上游面設(shè)0.6m厚的C25自密實(shí)砼防滲層，防滲面板直接接入基巖，抗?jié)B等級(jí)為W6，抗凍等級(jí)F150；溢流堰頭、閘墩及水流流速較大處為C25鋼筋砼；溢流壩段下游面砼設(shè)計(jì)等級(jí)為C30抗沖耐磨砼，抗?jié)B等級(jí)W6，抗凍等級(jí)F150。

2.施工總體安排

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，設(shè)置了采石場(chǎng)、拌合場(chǎng)、鋼筋加工棚、施工便道、蓄水池等臨時(shí)設(shè)施，堆石備料區(qū)設(shè)置于壩體上游面庫(kù)底，石料采用庫(kù)區(qū)爆破料，混凝土由拌合場(chǎng)經(jīng)拌合站運(yùn)輸?shù)缆?、施工便道，運(yùn)送至壩前，經(jīng)地泵入倉(cāng)澆筑。

壩基開挖驗(yàn)收完成之后，自下而上依次進(jìn)行大壩墊層、堆石混凝土、上游面防滲層、溢流壩段下游面防滲層、壩頂結(jié)構(gòu)混凝土等施工。隨著壩體升高，依次進(jìn)行排水廊道、取水管、無(wú)砂砼管等安裝工作。

3.施工方法及技術(shù)措施

堆石混凝土技術(shù)是指將大粒徑的塊石直接堆放入倉(cāng)，然后從堆石體的表面澆筑無(wú)需任何振搗的專用自密實(shí)混凝土，并利用專用自密實(shí)混凝土高流動(dòng)性、高穿透性的特點(diǎn)，依靠自重完全填充堆石的空隙，形成完整、密實(shí)、水化熱低、滿足強(qiáng)度要求的大體積混凝土。

3.1 試驗(yàn)段施工

為完善和優(yōu)化堆石混凝土施工工藝、驗(yàn)證堆石混凝土施工質(zhì)量、提高施工隊(duì)伍和管理人員施工技術(shù)水平，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況首先開展生產(chǎn)性試驗(yàn)，進(jìn)行試驗(yàn)段堆石混凝土澆筑?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)全過(guò)程必須有自密實(shí)混凝土專利方技術(shù)人員全程技術(shù)指導(dǎo)和監(jiān)督下進(jìn)行。

試驗(yàn)段目的：通過(guò)試驗(yàn)確定堆石料運(yùn)輸方法及運(yùn)輸設(shè)備配置，選擇合理保障堆石率方法，驗(yàn)證澆筑點(diǎn)間距，制定質(zhì)量保證具體措施，合理優(yōu)化施工方案。

試驗(yàn)段檢測(cè)內(nèi)容：現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè)內(nèi)容主要包括堆石混凝土澆筑密度檢測(cè)（鉆孔取芯、超聲波）、堆石混凝土芯樣力學(xué)性能檢測(cè)（鉆孔取芯）、堆石混凝土水化溫升檢測(cè)（預(yù)埋電阻式測(cè)溫元件）、堆石混凝土變形及裂縫觀測(cè)（水平變形觀測(cè)、試驗(yàn)塊）、堆石混凝土抗?jié)B性能檢測(cè)（鉆孔壓水試驗(yàn)）。

試驗(yàn)段總結(jié)：試驗(yàn)段施工完成后，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并對(duì)施工機(jī)械、人工統(tǒng)計(jì)和功效進(jìn)行分析，為方案優(yōu)化提供基礎(chǔ)信息，為堆石混凝土綜合單價(jià)測(cè)算提供基礎(chǔ)信息。

3.2 主要施工方法和技術(shù)措施

（1）倉(cāng)面處理?；鶐r面清除松動(dòng)塊石，雜物、泥土等，沖洗干凈且無(wú)積水；施工倉(cāng)面，必須將混凝土軟弱部分完全剔除，包括浮漿、乳皮及澆筑產(chǎn)生的無(wú)強(qiáng)度泡沫。防滲層以微露小石為宜，非防滲層微露粗砂為宜。堆石混凝土常用鑿毛方式有風(fēng)鎬或風(fēng)砂槍鑿毛、高壓水槍沖毛、鋼釬人工鑿毛和鋼釘耙拉毛等。本工程堆石混凝土倉(cāng)面面積較大，采用高壓水槍沖毛，速度快，易控制質(zhì)量，待澆筑完成的混凝土終凝后進(jìn)行。

（2）堆石料選取。壩體石料存放在備料區(qū)，利用鋼篩進(jìn)行篩分，當(dāng)篩分石料附著較多泥土?xí)r，采取沖洗設(shè)備先清洗。篩分出粒徑30cm≤d≤120cm石料，選取新鮮完整、質(zhì)地堅(jiān)硬且無(wú)剝落層和裂紋的塊石，選取過(guò)程中人工配合沖洗石料表面附著的泥土，沖洗干凈的塊石料堆存?zhèn)溆?，無(wú)用料裝車卸至取料范圍以外。堆石料的飽和抗壓強(qiáng)度宜大于30MPa以上，堆石料要求含泥量不大于0.5%，泥塊含量不允許。

（3）堆石料入倉(cāng)。堆石入倉(cāng)方式主要有自卸車入倉(cāng)，具有堆石速度快，綜合單價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，在地形開闊，能夠修建上壩便道的工程均采用此方法；塔吊加吊斗入倉(cāng)，堆石質(zhì)量易控制，方便跳倉(cāng)堆石，但堆石速度較慢，無(wú)修筑上壩便道條件才考慮使用，多應(yīng)用場(chǎng)地狹小、倉(cāng)面較小的小型壩體；吊機(jī)加吊斗入倉(cāng)，不受地形條件限制，靈活機(jī)動(dòng)，但堆石速度慢，多應(yīng)用小型壩體加固。

堆石過(guò)程中要形成有空隙的堆石體，堆石分層厚度不超過(guò)2m，堆石體外露面所含有的粒徑小于200mm的石塊數(shù)量不得超過(guò)10塊/m，且不應(yīng)集中。塊石入倉(cāng)時(shí)，粒徑30cm～50cm塊石與粒徑50cm～120cm塊石分開適時(shí)堆放，保證堆石體空隙。堆石倉(cāng)內(nèi)的石塊遵循“下大上小、中大外小”的原則，對(duì)于不合格的石塊進(jìn)行清理。當(dāng)堆石體在靠近模板、止水帶等細(xì)部1m左右區(qū)域，應(yīng)選用粒徑小的石料，上游堆石體與模板之間應(yīng)保留不小于10cm的空隙作為保護(hù)層，邊角部位輔以人工平倉(cāng)，以避免機(jī)械堆石對(duì)模板和止水帶的沖擊。

本工程壩體堆石料通過(guò)庫(kù)底和邊坡修建臨時(shí)便道，使用自卸汽車運(yùn)輸，倉(cāng)內(nèi)使用反鏟挖機(jī)配合人工平倉(cāng)。運(yùn)輸通道隨壩體澆筑過(guò)程升高或降低，后期恢復(fù)。局部位置使用塔吊加吊斗吊運(yùn)塊石入倉(cāng)。

（4）模板支立。堆石混凝土模板可采用常規(guī)鋼模、木模等，也可使用漿砌石墻代替，模板必須具有良好的密封性，防止漏漿，側(cè)向壓力可按2.5倍水壓力計(jì)算，堆石體與模板之間應(yīng)留出約3cm空隙作為保護(hù)層。

根據(jù)模板加固方式不同，大致可分為內(nèi)拉式、外撐式、懸臂式、漿砌石墻等。外撐式模板，模板內(nèi)側(cè)無(wú)預(yù)埋件，便于堆石，但安裝過(guò)程復(fù)雜，不便于高處安裝，模板底部需注意加固密封；內(nèi)拉式模板，高處安裝方便，但內(nèi)側(cè)拉筋過(guò)多，堆石過(guò)程易損壞拉筋，堆石過(guò)程中需保護(hù)拉筋；懸臂式模板，密封性好，不需拉筋固定，便于堆石，需機(jī)械配合安裝，支模速度快，預(yù)埋螺栓需定位準(zhǔn)確；漿砌石墻代替模板，主要用于上游防滲層與下游壩體交接處，效率較低，需控制漿砌石質(zhì)量。

本工程主要使用內(nèi)拉式，堆石過(guò)程中，易對(duì)內(nèi)拉筋產(chǎn)生破壞，且堆石后拉筋修復(fù)不便，模板外側(cè)需單獨(dú)設(shè)置操作平臺(tái)，安全風(fēng)險(xiǎn)較大。條件允許情況下，建議優(yōu)先選用懸臂大模板，支模速度快，脫模后外觀較好，無(wú)需另設(shè)操作平臺(tái)。

（5）混凝土澆筑。在澆筑過(guò)程中澆筑點(diǎn)均勻布置整個(gè)倉(cāng)面，取澆筑點(diǎn)間距3m，澆筑順序應(yīng)遵循單向逐點(diǎn)澆筑，從上游面開始，沿短邊進(jìn)行澆筑，澆筑點(diǎn)不得重復(fù)使用，澆筑時(shí)要防止模板、定位裝置的移動(dòng)和變形。澆筑頂面應(yīng)有大量塊石露出砼頂面，塊石露出高度高于自密實(shí)砼表面5cm-15cm為限，且不超過(guò)塊石自身高度的1/3，并確保埋入石塊及周邊混凝土的密實(shí)度。

堆石混凝土倉(cāng)面常用澆筑方式有泵送澆筑、溜槽澆筑、罐車自卸澆筑、吊罐澆筑等，采取天泵澆筑，靈活方便，移動(dòng)范圍大，易控制澆筑點(diǎn)移動(dòng)，但單價(jià)較高；采取地泵澆筑較為靈活，綜合單價(jià)低，拆卸管復(fù)雜，建議倉(cāng)面設(shè)布料機(jī)易于控制澆筑點(diǎn)；采取溜槽澆筑方便快捷，綜合單價(jià)低，受場(chǎng)地限制較大，適合高程低的倉(cāng)面；采用罐車自卸澆筑方便快捷，綜合單價(jià)低，受場(chǎng)地限制較大，適合高程低的倉(cāng)面；采取塔吊加吊罐澆筑適用于小倉(cāng)面澆筑，速度較慢。

本工程大壩不設(shè)縱縫，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙壩段橫縫位置，分層通倉(cāng)澆筑。每倉(cāng)混凝土由上游面向下游面方向進(jìn)行澆筑。混凝土采用泵送和溜槽形式入倉(cāng)，地泵設(shè)在溢流壩段上游庫(kù)底位置，砼經(jīng)攪拌車運(yùn)送至地泵，通過(guò)地泵輸送入倉(cāng)。

（6）養(yǎng)護(hù)。砼施工過(guò)程中，倉(cāng)面應(yīng)保持濕潤(rùn)；光照強(qiáng)烈或大風(fēng)干燥時(shí)，應(yīng)進(jìn)行噴霧或進(jìn)行表面水分補(bǔ)償，保持表面不發(fā)白；正在施工和剛碾壓完畢的倉(cāng)面，應(yīng)防止外來(lái)水流入。對(duì)長(zhǎng)間歇面和永久外露面應(yīng)優(yōu)先采用不間斷流水養(yǎng)護(hù)和表面蓄水養(yǎng)護(hù)。收倉(cāng)面可采用人工灑水養(yǎng)護(hù)、機(jī)械灑水、花管不間斷流水養(yǎng)護(hù)。垂直面或斜面可掛設(shè)花管進(jìn)行流水養(yǎng)護(hù)?？v縫鍵槽面宜采用人工灑水養(yǎng)護(hù)。澆筑完畢6～18h內(nèi)應(yīng)開始養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不小于28d。

4.施工質(zhì)量控制

堆石混凝土質(zhì)量控制重點(diǎn)為堆石入倉(cāng)、自密實(shí)混凝土生產(chǎn)及混凝土澆筑過(guò)程，根據(jù)本工程實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，在此提出幾點(diǎn)質(zhì)量控制要點(diǎn)的建議。

4.1 堆石入倉(cāng)過(guò)程質(zhì)量控制

堆石入倉(cāng)過(guò)程可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題及控制措施主要如下：①塊石粒徑過(guò)小，過(guò)度集中；造成的質(zhì)量隱患：混凝土澆筑不密實(shí)，鉆孔取芯芯樣有空洞；控制措施：料源處控制，未過(guò)篩的石料禁止入倉(cāng)，入倉(cāng)時(shí)，可在倉(cāng)內(nèi)空余處設(shè)卸料點(diǎn)，利用挖機(jī)等設(shè)備堆料。②塊石沖洗不充分；造成的質(zhì)量隱患：混凝土與塊石粘結(jié)不良，存在滲水通道且鉆芯取樣易斷裂，強(qiáng)度不合格；控制措施：設(shè)置沖洗平臺(tái)，提高沖洗管道流量及沖洗時(shí)間，保證塊石清洗干凈后才可入倉(cāng)。③自卸車等機(jī)械入倉(cāng)污染倉(cāng)面；造成的質(zhì)量隱患：混凝土層間結(jié)合不良，存在滲水通道；控制措施：入倉(cāng)口鋪設(shè)鋼格柵或碎石墊層，清洗輪胎。④在倉(cāng)面沖洗石塊，或邊沖洗邊堆石；造成的質(zhì)量隱患：混凝土層間結(jié)合不良，有泥水夾層，存在滲水通道；控制措施：堅(jiān)決禁止在倉(cāng)面沖洗塊石和邊沖洗邊堆石行為。⑤倉(cāng)面卸料點(diǎn)碎渣清理不干凈；造成的質(zhì)量隱患：混凝土層間結(jié)合不良，存在滲水通道；控制措施：堆石過(guò)程中，加強(qiáng)清掃力度，專人清掃卸料點(diǎn)。⑥堆石不夠飽滿；造成的質(zhì)量隱患：堆石率低，增加混凝土用量，增加施工成本；控制措施：開倉(cāng)澆筑前進(jìn)行驗(yàn)收，堆石率不達(dá)要求的倉(cāng)面補(bǔ)充堆石。⑦倉(cāng)面上游堆石高，下游堆石低；造成的質(zhì)量隱患：澆筑時(shí)，會(huì)造成上游傾向下游的斜面，影響壩體抗滑穩(wěn)定；控制措施：堆石過(guò)程，按照下游堆石略高于上游的原則控制，澆筑時(shí)應(yīng)向上游面傾斜。⑧倉(cāng)面卸料點(diǎn)分布不合理；造成的質(zhì)量隱患：清理工作量大，不易清洗干凈，層間結(jié)合不良，存在滲水通道；控制措施：在倉(cāng)面靠近下游處設(shè)置固定卸料點(diǎn)。⑨有風(fēng)化石入倉(cāng)；造成的質(zhì)量隱患：混凝土強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)；控制措施：塊石篩選環(huán)節(jié)加強(qiáng)控制，風(fēng)化石不予采用。

4.2 堆石混凝土生產(chǎn)質(zhì)量控制

本項(xiàng)目為自建攪拌站，堆石混凝土所需的高性能自密實(shí)混凝土由自建攪拌站生產(chǎn)，堆石混凝土生產(chǎn)過(guò)程可能出現(xiàn)的問題及控制措施主要如下：①出機(jī)狀態(tài)變化大，有泌水、離析現(xiàn)象；原因分析：砂石料含水率偏大、砂石含粉量降低、外加劑用量偏高；控制措施：原材料未發(fā)生變化時(shí)嚴(yán)格按生產(chǎn)配合比施工；原材料發(fā)生變化，通過(guò)減小用水量，提高砂率，降低外加劑用量等方法重新設(shè)計(jì)配合比。②出機(jī)正常運(yùn)輸后至倉(cāng)面有離析、泌水現(xiàn)象；原因分析：攪拌時(shí)間不足90s、氣溫偏低、外加劑保塑性能過(guò)強(qiáng)。③出機(jī)流動(dòng)狀態(tài)變差；原因分析：砂石料含水率較之前降低、砂石含粉量增加、砂石含泥量大；控制措施：原材料狀態(tài)變化時(shí)，重新計(jì)算施工配合比，適當(dāng)增加外加劑用量，控制原材料含泥量。④出機(jī)正常，運(yùn)輸后流動(dòng)性變差；原因分析：運(yùn)輸?shù)却龝r(shí)間過(guò)長(zhǎng)、外加劑保塑性不足、氣溫過(guò)高；控制措施：控制運(yùn)輸時(shí)間，更換外加劑型號(hào)，對(duì)罐車灑水降溫，遮蓋泵管。⑤外加劑用量較大；原因分析：砂石料含粉量大，砂石料含泥量大，粉煤灰燒失量變化，或由原狀灰變?yōu)槟ゼ?xì)灰會(huì)增加需水量和外加劑量氣溫低，外加劑吸附性低；控制措施：檢測(cè)砂石含粉量，重新計(jì)算施工配合比，替換含泥不符合要求的砂石料，更換粉煤灰，要求二級(jí)原狀灰，低溫天氣適當(dāng)延長(zhǎng)攪拌時(shí)間。

4.3 堆石混凝土澆筑質(zhì)量控制

堆石混凝土澆筑時(shí)，不需振搗，如對(duì)外觀較高的要求部位，可在澆筑時(shí)輔助敲擊模板外側(cè)，澆筑時(shí)，最大自由下落高度不宜超過(guò)1.5m。澆筑時(shí)，澆筑點(diǎn)應(yīng)遵循自上游至下游“S”型布置，澆筑點(diǎn)間距不宜超3m，單向逐點(diǎn)沿短邊澆筑，即每個(gè)澆筑點(diǎn)澆滿后移動(dòng)至下一點(diǎn)，澆筑點(diǎn)不得重復(fù)使用。分層連續(xù)澆筑時(shí)，需要在下一層混凝土初凝前將上一層混凝土澆筑完畢，故需預(yù)先考慮混凝土供應(yīng)強(qiáng)度能否達(dá)到要求?；炷潦諅}(cāng)時(shí)，應(yīng)將塊石適當(dāng)外露澆筑面50～150mm，增強(qiáng)層間抗剪和抗滑能力，降低表層純混凝土開裂風(fēng)險(xiǎn)，降低純混凝土用量，提升經(jīng)濟(jì)性。

澆筑冷縫處理：在澆筑過(guò)程中如因停電、降雨或機(jī)械故障、跑模等原因而中止（4h以上），出現(xiàn)澆筑冷縫，中斷后重新開始澆時(shí)，移動(dòng)澆注點(diǎn)澆筑5～10方高自密實(shí)性能砂漿，完全覆蓋中斷所留下的施工冷縫，然后澆筑HSCC，高自密實(shí)性能砂漿能夠填充微小的空隙，能夠提高界面的粘結(jié)力。

5.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本工程實(shí)踐，堆石混凝土技術(shù)運(yùn)用在重力壩施工中，具有施工工藝簡(jiǎn)單、施工速度快、質(zhì)量便于控制、水化熱升溫低、節(jié)省水泥用量等優(yōu)點(diǎn)，但在自密實(shí)混凝土生產(chǎn)配合比調(diào)整、堆石質(zhì)量控制方面，受場(chǎng)地條件、作業(yè)人員水平影響較大，缺乏一套標(biāo)準(zhǔn)化流程。堆石混凝土重力壩一般上游設(shè)置40～60cm厚純自密實(shí)混凝土面板，若標(biāo)號(hào)與下游主體不同，建議在滿足《水利工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性條文》的要求下，優(yōu)化為同標(biāo)號(hào)，可一次澆筑成型，大大減少模板安拆工作量，可進(jìn)一步提高施工效率。