淺析堆石混凝土壩施工質(zhì)量控制要點(diǎn)與檢測技術(shù)

楊燁然YANG Ye-ran；郭賓GUO Bin；顏昊YAN Hao

（①銅仁職業(yè)技術(shù)學(xué)院，銅仁 554300；②遵義澤黔水利水電建設(shè)有限公司，遵義 563000）

1 堆石混凝土壩應(yīng)用現(xiàn)狀

水利工程建設(shè)領(lǐng)域提出了利用自密實(shí)混凝土和預(yù)填堆石相結(jié)合，利用自密實(shí)混凝土的高填充性、變形性能和間隙通過性填充堆石孔隙，從而形成較為完整、強(qiáng)度更高的整體，這種新的施工壩型可稱為自密實(shí)堆石混凝土壩，簡稱堆石混凝土壩（RFC Dam）[1]。隨著堆石混凝土壩不斷的研究改良和應(yīng)用，目前堆石混凝土壩澆筑中每倉堆石占比約為0.55～0.60 左右，密度為2.45（t/m3）-2.55（t/m3），較混凝土重力壩而言，極大的減少了混凝土的使用，仍然滿足重力壩依靠壩體自重產(chǎn)生的抗滑力滿足穩(wěn)定的要求；在銅仁市軍屯水庫的每立方自密實(shí)混凝土中水泥用量為163kg、遵義綠塘水庫每立方自密實(shí)混凝土中水泥用量為142kg 和遵義富強(qiáng)水庫每立方自密實(shí)混凝土中水泥用量為138kg，折合每立方堆石混凝土壩中水泥用量約為62-73kg，水泥用量省，在自密實(shí)混凝土澆筑時(shí)，在夏季僅需進(jìn)行簡單溫控措施，在其他季節(jié)溫控措施可以取消；由于自密實(shí)混凝土具有防滲性能，清華大學(xué)水利水電工程系教授金峰提出在擋水壩上游側(cè)澆筑自密實(shí)混凝土防滲面板，澆筑時(shí)可以與堆石壩體一起澆筑，避免了不同混凝土之間的施工影響。

綜上所述，堆石混凝土壩技術(shù)優(yōu)點(diǎn)較常規(guī)混凝土重力壩、碾壓混凝土重力壩、漿砌石重力壩有免振搗、密實(shí)度高、施工效率高、水化合熱低、溫控措施簡單等特點(diǎn)（見表1）。雖然目前貴州開始推廣使用，但使用該技術(shù)的項(xiàng)目仍然有限，因而以貴州銅仁軍屯水庫、遵義道真富強(qiáng)水庫等實(shí)際案例，展開堆石混凝土壩工程質(zhì)量控制和檢測技術(shù)展開研究，為今后堆石混凝土壩在施工過程提供參考。

表1 常用筑壩材料的優(yōu)缺點(diǎn)分析

2 自密實(shí)混凝土技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

堆石混凝土技術(shù)是以自密實(shí)混凝土技術(shù)為核心技術(shù)研發(fā)出的新的筑壩技術(shù)，20 世紀(jì)80 年代，日本研究人員最先研究出無需振搗密實(shí)依靠自重作用充模密實(shí)成型的混凝土。由于自密實(shí)混凝土特點(diǎn)，隨后該領(lǐng)域的研究迅速成為混凝土材料研究熱點(diǎn)，通過大量的科學(xué)研究，自密實(shí)混凝土技術(shù)取得很大的進(jìn)步，廣泛用于各類工程建設(shè)中。較普通混凝土自密實(shí)混凝土性能特點(diǎn)突出：①優(yōu)良的變形性能和間隙通過性能，自密實(shí)混凝土能保持足夠變形和一定的流動性通過障礙物，持續(xù)流動直至填充滿空隙；②環(huán)保綠色，自密實(shí)混凝土由于減少了振搗過程，被認(rèn)為是低噪音的環(huán)?；炷敛牧?；③高抗離析性，自密實(shí)混凝土拌和物中各組分能保持均勻分散，自密實(shí)混凝土成型后能保證質(zhì)量均勻，不會產(chǎn)生普通混凝土由于振搗不充分而造成的蜂窩、麻面和內(nèi)部空洞等質(zhì)量缺陷[2-3]。

我國對自密實(shí)混凝土的研究及應(yīng)用雖然相對較晚，但是發(fā)展迅速，2004 年中國土木工程學(xué)會編制了中國第一部《自密實(shí)混凝土設(shè)計(jì)與施工指南》，后來又制定了地方或者行業(yè)技術(shù)規(guī)程。自此自密實(shí)混凝土大量在建筑、公路橋梁和水利工程中應(yīng)用。

3 堆石混凝土壩施工工藝

3.1 堆石混凝土壩施工準(zhǔn)備階段

根據(jù)大壩特點(diǎn)開展設(shè)備配置，如：堆石料運(yùn)輸車輛、挖掘機(jī)數(shù)量、拌合系統(tǒng)和輸送泵等。由于自密實(shí)混凝土流動性大，對模板要求極高，防止漏漿、爆漿。同時(shí)對模板壓力較大，對模板的支立嚴(yán)格把控。目前大部分模板系統(tǒng)采用鋼模板，模板與模板間縫隙采用雙面膠粘貼，確保小于2mm 縫隙的密閉性以防止漏漿的發(fā)生，支模時(shí)在模板涂刷脫模劑，確保外觀質(zhì)量。

3.2 自密實(shí)混凝土澆筑

堆石從料場開采出來需經(jīng)過2 次清洗、篩選才由自卸卡車運(yùn)輸?shù)絺}面集中點(diǎn)堆放，由挖掘機(jī)鋪擺塊石，層高約為1.5m。倉面堆石完成后，生產(chǎn)好的自密實(shí)混凝土通過輸送泵運(yùn)輸?shù)絺}面，使用泵管進(jìn)行布料澆筑，先澆筑上游面確保壩體防滲面板質(zhì)量，然后澆筑下游面，下游倉面澆筑高度比上游倉面高形成倒坡，[4]澆筑倉頂部堆石裸露10-15cm 時(shí)停止?jié)仓悦軐?shí)混凝土。待自密實(shí)混凝土達(dá)到初凝狀態(tài)時(shí)，開始使用高壓水槍沖毛、人工電鎬鑿毛和清洗處理。自密實(shí)混凝土澆筑完成后注意防曝曬，立即開展覆蓋作業(yè)。（圖1）

圖1 堆石混凝土壩澆筑施工工藝

4 堆石混凝土壩施工質(zhì)量控制和檢測技術(shù)幾點(diǎn)建議

堆石混凝土壩目前在國內(nèi)修建了90 多座，在貴州省修建10 余座，盡管在一些工程應(yīng)用中取得了一定質(zhì)量效益，但全部是中小型水庫，且主要集中在遵義市。說明堆石混凝土實(shí)踐應(yīng)用還是處于初步使用階段，不如普通混凝土那樣普遍應(yīng)用，堆石混凝土壩的工程質(zhì)量控制和檢測方法還不太成熟，依然是現(xiàn)階段研究的熱點(diǎn)。

今年李克強(qiáng)總理提出“水利工程是民生工程、發(fā)展工程、安全工程”，堆石混凝土壩作為一項(xiàng)水利工程建設(shè)新技術(shù)，施工質(zhì)量控制問題仍是重中之重。工程質(zhì)量控制不是一蹴而就得來的，而是不同崗位技術(shù)員、施工員按照要求完成工作職責(zé)，保證施工過程中每一道施工工藝準(zhǔn)確合規(guī)實(shí)施。根據(jù)《膠結(jié)顆粒料筑壩技術(shù)導(dǎo)則》（SL678-2014）（以下簡稱《技術(shù)導(dǎo)則》）和一些成熟質(zhì)量控制案例，以堆石混凝土壩施工工序?yàn)榛A(chǔ)梳理出堆石壩混凝土生產(chǎn)質(zhì)量控制、澆筑過程質(zhì)量控制監(jiān)測和澆筑后的質(zhì)量檢測3 個(gè)質(zhì)量控制階段和相應(yīng)的檢測注意事項(xiàng)。（圖2）

圖2 堆石混凝土壩各施工階段質(zhì)量控制要點(diǎn)

4.1 生產(chǎn)前質(zhì)量監(jiān)控

原材料是保證堆石混凝土施工質(zhì)量控制的最重要的因素，可以分為自密實(shí)混凝土和堆石料兩個(gè)方面。自密實(shí)混凝土的原材料中除外加劑采用專用外加劑外，其余均可使用本地生產(chǎn)的符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的原材料。在貴州水利工程目前是使用的自密實(shí)混凝土配合比是由外加劑廠商提供，該自密實(shí)混凝土配合比引用水粉體積比配合比參數(shù)，水粉體積比跟普通混凝土中水灰比不同。粉體材料不僅包括水泥、礦物摻和料，也包含粗細(xì)骨料中粉體材料。

堆石料符合《技術(shù)導(dǎo)則》中3.1.2 的要求，堆石料用量大，對堆石料的粒徑由要求，在開采時(shí)宜開展開采試驗(yàn)，保證粒徑符合要求。在堆石料開采場可增加篩分設(shè)備，經(jīng)過篩分的塊石經(jīng)清洗后（清洗設(shè)備可以按照在水源充足、運(yùn)輸方便處）分別入倉堆放，有效的提高了施工效率，保證工程質(zhì)量。

在進(jìn)行堆石混凝土澆筑前，應(yīng)開展堆石混凝土試驗(yàn)倉澆筑，試驗(yàn)?zāi)康模?/p>

①通過生產(chǎn)性試驗(yàn)，檢驗(yàn)機(jī)械設(shè)備工作情況，可進(jìn)一步優(yōu)化生產(chǎn)過程，提高施工效率；

②復(fù)核高自密實(shí)性能混凝土初步配合比，并成型相應(yīng)的抗壓、抗?jié)B、抗凍試塊，獲得混凝土不同齡期強(qiáng)度數(shù)據(jù)、容重、擴(kuò)展度、V 漏斗時(shí)間、出機(jī)溫度等技術(shù)參數(shù)；

③通過澆筑試驗(yàn)倉，獲得堆石混凝土生產(chǎn)效率、澆筑效率、填充率等參數(shù)；利用挖坑試驗(yàn)等方法可直觀評測堆石混凝土內(nèi)部密實(shí)度是否滿足設(shè)計(jì)要求。

綜上所訴，儲備的原材料重在監(jiān)測控制，嚴(yán)格控制砂的細(xì)度模數(shù)和石子級配，定期對粗細(xì)骨料的細(xì)度模數(shù)、顆粒級配、含水量進(jìn)行檢測。同時(shí)，通過堆石混凝土試驗(yàn)倉澆筑幫助參建各方人員對堆石混凝土的施工工藝及施工技術(shù)要求加深理解，從而為下階段大壩堆石混凝土生產(chǎn)性澆筑摸索和積累經(jīng)驗(yàn)。（表2）

表2 原材料的主要檢測項(xiàng)目、頻次和控制標(biāo)準(zhǔn)

4.2 澆筑過程質(zhì)量控制監(jiān)測

堆石入倉前，要檢查自密實(shí)混凝土鑿毛或沖毛處理是否合格、倉面是否干凈、是否有積水、是否有泥土、渣石；堆石經(jīng)清洗除去塵后可由汽車直接運(yùn)輸入倉，運(yùn)輸車輛入倉道路需有清洗臺對車輪進(jìn)行沖洗，堆石撞擊產(chǎn)生的渣石和粉塵要即使清掃，倉面禁止使用水沖洗，防止倉底沉渣。為減少對大壩結(jié)構(gòu)的影響在倉面設(shè)堆石集中點(diǎn)，控制運(yùn)輸車輛和挖掘機(jī)的工作路線，一般在距上游面板2/3 處、下游面板1/3 處作業(yè)。

自密實(shí)混凝土每次生產(chǎn)前需對砂石含水量、含泥、細(xì)度模數(shù)進(jìn)行檢測，然后再根據(jù)配合比調(diào)整優(yōu)化進(jìn)行生產(chǎn)。新生產(chǎn)自密實(shí)混凝土要對自密實(shí)性能狀態(tài)進(jìn)行檢測，主要是塌落度檢測、擴(kuò)展度檢測和V 型漏斗通過時(shí)間檢測[3]。自密實(shí)混凝土澆筑狀態(tài)必須實(shí)施監(jiān)測，一般每隔4 小時(shí)進(jìn)行一次自密實(shí)混凝土工作性能指標(biāo)檢測。若出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)自密實(shí)混凝土應(yīng)立即停止?jié)仓?，再次澆筑時(shí)需自密實(shí)混凝土各項(xiàng)指標(biāo)檢測合格，已澆筑的不合格自密實(shí)混凝土應(yīng)立即處理。自密實(shí)混凝土生產(chǎn)技術(shù)員需有專業(yè)的素質(zhì)和素養(yǎng)，能針對原材料的變化適當(dāng)對自密實(shí)混凝土配合比優(yōu)化，確保自密實(shí)混凝土的性能指標(biāo)符合要求，能在攪拌過程中觀察判斷自密實(shí)混凝土的好壞。同時(shí)，通過堆石混凝土實(shí)驗(yàn)倉的澆筑確定了堆石率，從而確定每倉所需石料和自密實(shí)混凝土的方量，每倉澆筑時(shí)現(xiàn)場入倉料都記錄，可以作為判斷自密實(shí)混凝土填充質(zhì)量好壞的參考。

堆石混凝土水化熱較低，可以使用簡單的溫控措施，但自密實(shí)混凝土澆筑時(shí)受溫度影響，自密實(shí)混凝土夏季施工措施跟普通混凝土一樣需要，高溫時(shí)自密實(shí)混凝土的工作性能會降低。

4.3 澆筑后的檢查

①養(yǎng)護(hù)措施檢查。堆石混凝土澆筑后要進(jìn)行防曝曬的覆蓋作業(yè)，6-18h 內(nèi)要開始灑水養(yǎng)護(hù)，連續(xù)養(yǎng)護(hù)28 天。②拆模后對堆石混凝土表面進(jìn)行外觀檢查，自密混凝土外觀缺陷跟普通混凝土一樣。若有缺陷要對其進(jìn)行分析，提出合理的處理措施或方案，對缺陷進(jìn)行處理。③堆石混凝土壩澆筑質(zhì)量的評價(jià)方法?！都夹g(shù)導(dǎo)則》（SL678-2014）中7.3.4提出關(guān)于堆石混凝土檢測方法有孔內(nèi)電視檢測層間密實(shí)度方法、超聲波檢測檢測堆石混凝土內(nèi)部密實(shí)度、挖坑法檢測密實(shí)度（堆石混凝土密度和強(qiáng)度高，施工難度大，誤差大[4]），鉆芯法檢測混凝土強(qiáng)度、壓水實(shí)驗(yàn)。孔內(nèi)電視通過鉆孔或者預(yù)埋管道孔內(nèi)成像，通過圖像能夠真實(shí)反應(yīng)石混凝土澆筑質(zhì)量，判斷準(zhǔn)確度高。缺點(diǎn)是觀測孔保護(hù)不當(dāng)容易堵孔。

超神波檢測法是利用脈沖波在不同介質(zhì)間傳播時(shí)發(fā)生信號變化反應(yīng)出混凝土澆筑的質(zhì)量[5]。堆石混凝土壩55%-60%堆石占比且堆石粒徑不一，可以認(rèn)為堆石混凝土壩是一種不均勻的材料，其脈沖信號變化幅度大，不利于對堆石混凝土壩澆筑質(zhì)量的分析。

鉆芯法是有一種微破損法或局部破損檢測方法，具有科學(xué)、直觀、實(shí)用等特點(diǎn)。貴州大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)統(tǒng)計(jì)貴州地區(qū)堆石混凝土壩相關(guān)工程質(zhì)量檢測報(bào)告[3]，打鼓臺水庫、綠塘水庫等8 座芯樣強(qiáng)度均大于設(shè)計(jì)壩體堆石混凝土等級，但離散型較大，其原因塊石含量對芯樣抗壓強(qiáng)度起到關(guān)鍵影響[6]，其中純自密實(shí)混凝土芯樣強(qiáng)度值最低。雖然芯樣可以直觀、準(zhǔn)確的展現(xiàn)出堆石混凝土壩澆筑質(zhì)量，但仍要注意鉆孔的數(shù)量對壩體結(jié)構(gòu)的影響。

壩體抗?jié)B性能的主要檢測技術(shù)是壓水試驗(yàn)，通過在大壩各處開展現(xiàn)場試驗(yàn)，測得各孔的透水率，來判斷堆石混凝土層間結(jié)合的好壞，透水率越小說明堆石混凝土膠結(jié)程度越緊密。

5 結(jié)語

堆石混凝土筑壩技術(shù)作為一種新的筑壩技術(shù)，特點(diǎn)突出，前景廣闊。目前，堆石混凝土壩技術(shù)處在初步發(fā)展階段，本文梳理堆石混凝土壩幾個(gè)施工階段的質(zhì)量控制要點(diǎn)和檢測方法的特點(diǎn)，供大家參考。堆石混凝土重力的質(zhì)量控制隨著技術(shù)的發(fā)展仍有很大改進(jìn)空間，檢測的方法還有更先進(jìn)、合理的手段。