堆石重力壩自密實(shí)混凝土砌石施工

孫祖金

（望謨縣水務(wù)局，貴州 望謨 552300）

0 引言

堆石混凝土壩是我國擁有發(fā)明專利權(quán)的新型大壩，水庫堆石混凝土重力壩以民生工程為主，為周邊的村鎮(zhèn)、工業(yè)園區(qū)及農(nóng)田灌溉供水[1]。相較堆石混凝土技術(shù)，自密實(shí)混凝土獨(dú)特的施工方式在與常態(tài)混凝土和碾壓混凝土技術(shù)的相互競爭中，存在較多明顯的優(yōu)勢[2]。自密實(shí)混凝土促進(jìn)單元工程大體積塊石的堆放，同時(shí)，施工過程中取消了溫控措施與人工振搗或碾壓的過程，施工成本顯著降低。精細(xì)化的施工工藝和機(jī)械化的澆筑流程，不但大大提高了施工質(zhì)量，也減少了工程時(shí)間，有利于對整個(gè)過程施工質(zhì)量的有效控制，從而促進(jìn)堆石混凝土工藝在現(xiàn)場施工中的廣泛應(yīng)用[3]。本文基于水庫堆石混凝土重力壩的全過程施工期建設(shè)，對堆石混凝土進(jìn)行處理，開展重力壩的自密實(shí)混凝土澆筑。

1 堆石混凝土倉面處理

在壩體上游使用堆石自密實(shí)混凝土進(jìn)行澆筑，形成混凝土擋墻，下游采用堆石體作為防滲體的壩型，稱為堆石混凝土壩[4]。上游擋墻與下游防滲體的堆石體存在接觸累疊部分，能夠較好地抵擋上游水壓力帶來的影響。相較于心墻壩，上游面設(shè)立防滲板的壩型能夠大大縮減壩體體積，更易監(jiān)測擋墻部分的施工質(zhì)量[5]。

堆石混凝土是指先把大顆粒石子自然堆放倉面，再在堆石體表面澆注自密實(shí)混凝土，并通過自密實(shí)混凝土高速流動(dòng)的特點(diǎn)把堆石體內(nèi)部的孔隙全部填滿，從而產(chǎn)生完整密實(shí)的堆石混凝土[6]。堆石倉面處的壩基巖性表面干凈、無雜質(zhì)，且倉面無積水。自密實(shí)混凝土模板要求較常規(guī)水泥更為嚴(yán)格，對模板的穩(wěn)定、硬度、密實(shí)性能等要求尤為注意，如用漿砌塊磚替代模板，則必須根據(jù)漿砌塊磚建筑的施工技術(shù)來計(jì)算費(fèi)用。堆石開采利用的塊石料抗壓強(qiáng)度應(yīng)在90 MPa以上。在塊石運(yùn)輸上壩前，首先對計(jì)劃需求量使用鋼篩進(jìn)行篩分，除去300 mm以下粒徑的塊石。對合格塊石料使用消防高壓水槍沖洗干凈，堆石表面含泥量不大于0.20%。沖洗干凈的石料堆放在料場選定的位置上（地面混凝土已硬化），待塊石料表面無明顯水珠后，采用挖掘機(jī)裝車，自卸車運(yùn)輸至倉面或壩基附近堆料場[7]。石料場較近時(shí)，對倉面進(jìn)行堆碼整理；石料場較遠(yuǎn)時(shí)，用自卸車將塊石運(yùn)到壩基下游堆料場的位置后，直接運(yùn)輸入倉。堆石混凝土壩體上部難以修建施工道路時(shí)，可考慮采用纜索吊或塔吊吊運(yùn)入倉，人工堆碼整理。采用自卸汽車直接入倉時(shí)，需對自卸汽車進(jìn)行沖洗，防止車輪和車身上的污泥、水等雜質(zhì)帶入到倉面[8]。堆石混凝土倉面準(zhǔn)備工作完成后，直接進(jìn)行自密實(shí)混凝土的澆筑工作。

2 澆筑填充

混凝土細(xì)觀結(jié)構(gòu)通常由骨料、膠凝材料、界面層組成。自密實(shí)混凝土為三相復(fù)合材料，大壩工程施工建設(shè)中，堆石混凝土澆筑工序中省去振搗施工步驟，依靠自密實(shí)混凝土的性能流動(dòng)填充堆石體，內(nèi)部澆筑密實(shí)效果影響大壩整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和耐久性[9]。為了確定自密實(shí)混凝土澆筑填充質(zhì)量，澆筑前需要對其進(jìn)行檢測，全面掌握澆筑的情況。澆筑需要詳細(xì)記錄材料質(zhì)量、體積、密度，確定堆石混凝土的孔隙率?？紫堵蔄計(jì)算公式：

式中：Vz為施工水庫重力壩的體積；MD為堆石擺放的質(zhì)量；ρD為堆石混凝土的密度；Vscc為拌合生產(chǎn)的混凝土方量。

澆筑檢測需要在堆石結(jié)構(gòu)復(fù)雜的地方預(yù)先埋設(shè)PVC 管，澆筑自密實(shí)混凝土后，待強(qiáng)度達(dá)到一定值，抽取PVC 管，使堆石混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成1 條觀察孔，將紅外攝像頭放進(jìn)觀察孔內(nèi)，獲得內(nèi)壁清晰、無重復(fù)且完整的孔內(nèi)照片。埋管件檢測方法有效避免了對檢查孔的損傷，其孔隙率值可以用來評價(jià)堆石混凝土試驗(yàn)段的填充密實(shí)效果。澆筑一般采用混凝土輸送泵管接布料機(jī)直接入倉澆筑，堆石混凝土壩澆筑的原材料主要有水泥、粉煤灰、砂石料及外加劑。由于工程現(xiàn)場破碎生產(chǎn)的砂石料，其材料性質(zhì)受多種因素影響，開倉澆筑前，需對砂石料進(jìn)行檢測篩分，主要包括砂樣的含水率檢測、篩分及粗骨料的級配情況[10]?，F(xiàn)場砂樣含水率檢測頻率正常為每天早晚各1 次，單元工程施工時(shí)增加檢測次數(shù)，砂樣最大含水率值為6.50%，最小含水率值為1.73%，砂樣的含水率波動(dòng)較大。由于施工時(shí)為多雨天氣，使得料場的砂樣含水率值偏大，偶爾天氣放晴又使料場的砂樣含水率值降低，導(dǎo)致單元工程澆筑過程中，料場砂樣的含水率值不斷波動(dòng)。自密實(shí)混凝土澆筑一般采用Z型澆筑法，見圖1。

圖1 澆筑路線

如圖1 所示，從上游壩面防滲墻一端的第一個(gè)點(diǎn)開始澆筑，每3.00 m 隔—個(gè)點(diǎn)沿上游壩面澆筑15.00 m，再換到下游3.00 m 點(diǎn)回頭澆筑，走Z型路線，直至下游壩面完成澆筑。澆筑工程現(xiàn)場要提前對砂樣進(jìn)行含水率檢測，根據(jù)檢測結(jié)果，攪拌站及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)配合比中水的用量，保證自密實(shí)混凝土工作性能穩(wěn)定。同時(shí)，為了避免同一單元工程澆筑時(shí)，發(fā)生砂樣含水率波動(dòng)過大的問題，現(xiàn)場對料場的砂樣提前進(jìn)行足量儲(chǔ)備，采用同一批次、同一環(huán)境下的原材料。為保證堆石混凝土的施工質(zhì)量，規(guī)范中對砂和粗骨料的粒徑級配情況進(jìn)行了相關(guān)要求，人工砂中需要保證粒徑75 um及以下的粉體材料微粒含量。水洗后得到損失用料計(jì)算公式：

式中：Q為水洗后粉體材料微粒含量；G1為水洗過程中損失的砂樣質(zhì)量；G為水洗前烘干的砂樣質(zhì)量。

3 堆石砌石施工

堆石砌石施工前期，需要對不同部位的混凝土芯樣進(jìn)行外觀觀察。正常堆石砌石部位的芯樣外觀光滑，塊石與自密實(shí)混凝土的接觸縫密實(shí)，且石子在自密實(shí)混凝土中均勻分布，膠結(jié)效果理想。小粒徑塊石部位的芯樣及鉆孔內(nèi)壁存在較大空洞，且鉆孔中的空洞位置分布在澆筑面的10 cm以下，可見滿足施工要求的自密實(shí)混凝土無法完全流動(dòng)填充小塊石之間的空隙，導(dǎo)致塊石與自密實(shí)混凝土的膠結(jié)效果差，不滿足堆石砌石混凝土技術(shù)的施工要求。小直徑塊石分布集中，且堆石砌石高度較高，因此，施工過程中不挑選芯樣，表面用清水沖洗干凈，擦干芯樣表面的水分。大多數(shù)芯樣中的自密實(shí)混凝土與塊石體的接觸縫密實(shí)、無空隙、表面光滑、粗骨料分布均勻，少部分芯樣結(jié)合面處存在缺陷，自密實(shí)混凝土部分位置呈現(xiàn)蜂窩狀，分布著小體積孔洞。整體上堆石砌石混凝土填充效果較好。

堆石砌石施工過程中，由于相鄰塊石的擺放方式不同，以及小體積塊石與大體積塊石之間的縫隙不同，在單元工程堆石內(nèi)部容易形成不同的堆石結(jié)構(gòu)，在一定程度上影響著自密實(shí)混凝土的流動(dòng)填充。工程項(xiàng)目中，自密實(shí)混凝土的粗骨料粒徑通常在5～20 mm，這是因?yàn)槎咽Y(jié)構(gòu)空隙過小時(shí)，粗骨料的通過性較差，容易引起堵塞現(xiàn)象，導(dǎo)致堆石體內(nèi)部存在填充不密實(shí)的現(xiàn)象。因此，需要對堆石結(jié)構(gòu)空隙較小的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行布設(shè)，在堆石入倉期間做好儀器的埋設(shè)，并對設(shè)備線路進(jìn)行有效的保護(hù)。

堆石入倉過程中，在靠近上下游模板的位置擺放大體積塊石，塊石間的空隙過大，有利于自密實(shí)混凝土的流動(dòng)填充，因此，監(jiān)測點(diǎn)位置重點(diǎn)放在倉面中間區(qū)域。另外，考慮到堆石結(jié)構(gòu)等因素的影響，根據(jù)監(jiān)測點(diǎn)位置周圍塊石分布的特點(diǎn)，將堆石結(jié)構(gòu)主要分為堆石空隙、直徑塊石集中處、堆石空隙與空隙連通處（空喉）和層間結(jié)合面。當(dāng)單元工程倉面體積較小時(shí)，塊石入倉過程應(yīng)減少大粒徑塊石的集中堆放，增加滿足規(guī)范要求的小粒徑塊石用量，避免塊石間產(chǎn)生較大的空隙。下游面模板與堆石的預(yù)留寬度過大時(shí)，可以在開倉澆筑后，人工拋擲小體積塊石至自密實(shí)混凝土內(nèi)部，提高整體的堆石率。

4 實(shí)例分析

將本文設(shè)計(jì)的施工工藝應(yīng)用到實(shí)際的工程中，布設(shè)監(jiān)測儀器，測試堆石重力壩混凝土砌石施工工藝的實(shí)用性。

4.1 工程概況

以某水庫的堆石重力壩段為例，水庫正常水位263.50 m，防洪水位260.50 m，死水位242.01 m，設(shè)計(jì)洪水位268.29 m，校核水位總庫容103.77 億m3。大壩為普通混凝土重力壩，壩頂高程269.49 m，最大壩高94.51 m，壩頂長1 068.20 m?；炷吝x擇C20 混凝土堆石壩體基體，彈性模量為E25.5 GPa，泊松比為0.167，密度為24 003 kg/m。堆石混凝土中的大粒徑塊石通常就地取材或者巖石爆破而來，取材方便、造價(jià)低，且能大大提升堆石混凝土的力學(xué)性能。為了更好地記錄砌石布設(shè)位置及自密實(shí)混凝土的流動(dòng)位置，預(yù)先在重力壩四周繪制10 cm×10 cm 的網(wǎng)格線條，利用攝像頭對整個(gè)試驗(yàn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)錄像，記錄儀器的感應(yīng)時(shí)間及自密實(shí)混凝土的流動(dòng)填充高度。自密實(shí)混凝土分3 次充填，每次填充后測量混凝土的液面高度值，整個(gè)充填過程持續(xù)40 min。將第1，2，3 次澆筑自密實(shí)混凝土后的儀器感應(yīng)情況用X，Y，Z表示，方便計(jì)算施工所耗時(shí)間。

4.2 應(yīng)用結(jié)果

將本文設(shè)計(jì)的方法應(yīng)用于水庫堆石重力壩，應(yīng)用結(jié)果見表1。

表1 應(yīng)用結(jié)果d

由表1 可知，應(yīng)用本文采用的自密實(shí)混凝土砌石施工工藝耗時(shí)更少，可以減少工程量和工程需要的成本，有一定的實(shí)用價(jià)值。

5 結(jié)語

本文針對自密實(shí)混凝土的特點(diǎn)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并將研究成果應(yīng)用于實(shí)際的混凝土重力壩工程，通過實(shí)際工程分析證明，自密實(shí)混凝土砌石施工工藝耗時(shí)更少，可以減少工程量和成本，實(shí)用價(jià)值較高。但在實(shí)際施工過程中，還需要對自密實(shí)混凝土的原材料加以把關(guān)，減水劑的摻量和水泥、礦物摻合料的配比應(yīng)滿足實(shí)際場地的施工需求。通過此次研究，可以為堆石混凝土壩提高填充密實(shí)質(zhì)量和澆筑率提供參考，為水庫自密實(shí)混凝土重力堆石壩的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供一定的技術(shù)支持。