自密實(shí)堆石混凝土重力壩施工技術(shù)與應(yīng)用研究

金正偉

（安徽水利開發(fā)有限公司，安徽 蚌埠 233000）

1 概述

近年來，國家加大了水資源匱乏地區(qū)的水利工程建設(shè)的投入，新建了一批水庫大壩工程進(jìn)行調(diào)蓄。堆石混凝土壩是比較常見的一種壩體，這種壩體混凝土占比達(dá)到60%～75%，施工過程中水化熱不易散失，壩體容易出現(xiàn)溫度裂縫和滲水，工程質(zhì)量不易保證；施工多以人工操作為主，過程中需要加強(qiáng)振搗以及對(duì)層間進(jìn)行鑿毛處理，工效較低，不利于環(huán)保。

為解決傳統(tǒng)堆石混凝土壩施工容易出現(xiàn)的問題，安徽水利開發(fā)有限公司通過在山西省沁水縣云首水庫工程對(duì)堆石混凝土壩施工技術(shù)進(jìn)行不斷改進(jìn)和總結(jié)，形成了一套成熟、高效的自密實(shí)堆石混凝土重力壩施工技術(shù)，該技術(shù)有效減少了混凝土用量、節(jié)省了人工，無需振搗和層間混凝土鑿毛，壩體層間防滲效果明顯，工程質(zhì)量和工效顯著提高。

2 工藝原理

針對(duì)傳統(tǒng)堆石混凝土壩需要大量人工操作、工效低且施工質(zhì)量不易控制的缺點(diǎn)，本技術(shù)利用專用自密實(shí)混凝土的自重流動(dòng)性和填注性能，采用機(jī)械化作業(yè)方式，在無需振搗的情況下，隨機(jī)、均勻地填注塊石壩體留下的空隙，通過對(duì)層間結(jié)合面設(shè)置凹槽防滲處理工藝，形成完整、密實(shí)、低水化熱、滿足強(qiáng)度要求的堆石混凝土壩體。

3 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程

施工準(zhǔn)備→基礎(chǔ)面處理→模板安裝→石料入倉（石料篩選及沖洗）→自密實(shí)混凝土生產(chǎn)、運(yùn)輸、澆筑→自密實(shí)堆石混凝土養(yǎng)護(hù)→混凝土面板施工→驗(yàn)收。

3.2 操作要點(diǎn)

（1）施工準(zhǔn)備

建立施工區(qū)域測(cè)量控制網(wǎng)，對(duì)壩體基面進(jìn)行測(cè)量定位，按照設(shè)計(jì)分縫要求放樣出壩體施工范圍線；掌握施工范圍內(nèi)水文、地質(zhì)及環(huán)境等資料，做好管理和作業(yè)人員教育、交底；對(duì)水泥、塊石、鋼筋及止水等原材料進(jìn)行檢測(cè)，確保原材料合格。

（2）基礎(chǔ)面處理

首先將基巖面上的松動(dòng)巖石進(jìn)行撬挖，清除浮石虛渣，用空壓機(jī)或高壓水槍將細(xì)渣清理干凈，倉內(nèi)積水排凈；砂礫石及土質(zhì)壩基開挖完成后進(jìn)行碾壓或夯實(shí)，經(jīng)承載力試驗(yàn)等檢測(cè)合格后澆筑混凝土墊層。

混凝土墊層上澆筑自密實(shí)混凝土，對(duì)倉面進(jìn)行鑿毛，以增加層面粘結(jié)力，防止產(chǎn)生冷縫；之后每層澆筑的混凝土頂面留有塊石棱角，且層間塊石棱角高于自密實(shí)混凝土頂面5～15cm，堆石混凝土施工縫只需作沖毛處理。

（3）模板安裝

優(yōu)先使用鋼模板，尺寸不小于0.6m×1.5m（寬×高），面板厚度大于2.5mm。模板安裝采取內(nèi)拉外頂方式，提前預(yù)埋上一層模板錨筋，模板與錨筋要連接加固好。模板與倉面縫隙用水泥砂漿或粘貼2cm 寬的雙面膠帶進(jìn)行封閉，以防漏漿。

（4）堆石入倉

塊石在料場經(jīng)挖掘機(jī)篩選后裝入自卸車后運(yùn)往沖洗點(diǎn)，由高壓沖洗設(shè)備對(duì)車內(nèi)塊石自動(dòng)沖洗；在塊石入倉前再次使用水管進(jìn)行沖洗，并將自卸汽車的車輪沖洗干凈，通過兩次沖洗有效洗掉塊石表面的石粉、泥土等雜物，保持入倉塊石干凈。

塊石采用自卸汽車運(yùn)輸入倉；模板、止水帶、大壩分縫部位附近0.5～1.0m 位置輔以人工堆石入倉，盡量選用粒徑較小的塊石，且保持堆石與模板面15～40cm 的距離。

每層堆石倉面高度根據(jù)壩體澆筑要求以及工藝試驗(yàn)確定：堆石高度一般控制在1.0～1.5m 之間，最大堆石高度不超過2m；大壩背水側(cè)每層堆石按照臺(tái)階狀進(jìn)行施工，臺(tái)階寬度控制在1m，以增加與混凝土面板的結(jié)合；堆石率控制在0.55～0.58 體積，堆石結(jié)束后封閉預(yù)留的通道模板。

塊石入倉完成后，采用挖掘機(jī)或裝載機(jī)平倉，局部采用人工配合平倉，倉內(nèi)的塊石體積應(yīng)“下大上小，中大外小”。堆石平倉完成經(jīng)自檢和監(jiān)理工程師驗(yàn)收后，再進(jìn)行自密實(shí)混凝土澆筑。

（5）自密實(shí)混凝土生產(chǎn)

檢測(cè)進(jìn)場的粗細(xì)骨料的密度、含水率、含泥量及堅(jiān)固性等指標(biāo)，確保各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)標(biāo)。按照理論配合比在施工現(xiàn)場進(jìn)行試拌驗(yàn)證，通過驗(yàn)證后，根據(jù)最優(yōu)施工配合比進(jìn)行自密實(shí)混凝土拌制；水膠比變化誤差范圍控制在-0.02～0.01 內(nèi)。自密實(shí)混凝土由拌和站集中拌制，攪拌時(shí)間約60s，拌制完成經(jīng)混凝土流動(dòng)度和擴(kuò)散度檢測(cè)合格后出機(jī)運(yùn)輸。

（6）自密實(shí)混凝土的運(yùn)輸

采用混凝土攪拌車運(yùn)輸，正?？刂圃?0min 內(nèi)卸料完畢，最長時(shí)間不能超過60min。

（7）自密實(shí)混凝土澆筑

自密實(shí)混凝土澆筑前檢查模板、支架及預(yù)埋件的位置、尺寸，確定無誤后方可進(jìn)行澆筑?；炷翝仓捎帽盟头绞饺雮}，提前澆筑1～3m3的自密實(shí)砂漿，保持輸送泵管潤滑通暢，30min 內(nèi)完成澆筑。

自密實(shí)混凝土澆筑要保持連續(xù)性；澆筑倉面較大時(shí)，采取多點(diǎn)澆筑且均勻布置方法：一般采取9m2布置一個(gè)澆筑點(diǎn)，澆筑點(diǎn)間距不大于3m。施工時(shí)做到單向逐點(diǎn)澆筑順序，由遠(yuǎn)及近，不可在倉面重復(fù)澆筑?？刂坪没炷翝仓母叨?，混凝土面一般要低于堆石面，同時(shí)混凝土澆筑頂面不采用人工鑿毛，以加強(qiáng)層面結(jié)合。

每層混凝土澆筑時(shí)，沿壩體橫斷面頂部多澆筑高0.1m、寬0.2m 的混凝土，使壩體每層斷面形成一個(gè)凹槽，以延長滲徑，提高防滲效果；澆筑上層自密實(shí)混凝土前只需對(duì)下層兩側(cè)多澆筑的混凝土鑿毛即可。整個(gè)倉面澆筑完成，混凝土強(qiáng)度達(dá)到2.5MPa以后，才能進(jìn)行下一倉面施工。

（8）自密實(shí)堆石混凝土養(yǎng)護(hù)

自密實(shí)混凝土澆筑完成后根據(jù)氣溫變化及時(shí)采取灑水及保溫等養(yǎng)護(hù)措施，混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間不宜少于7d。

（9）混凝土面板施工

根據(jù)放樣定位在各倉面上將插筋預(yù)埋至自密實(shí)堆石混凝土內(nèi)；預(yù)埋插筋梅花型布置，深入堆石壩體內(nèi)1m。面板鋼筋提前預(yù)制，采用坡面運(yùn)輸臺(tái)車按綁扎、焊接先后順序運(yùn)送至倉內(nèi)拼裝。

止水安裝前，基座表面先進(jìn)行干燥處理，采用噴燈等進(jìn)行烘烤，然后在其表面涂刷3mm 厚瀝青乳膠，邊涂刷邊進(jìn)行PVC 橡膠墊片粘貼，用特制木掌輕輕在其表面錘擊，以便粘貼牢固、緊密、平整。橡膠墊片每隔5m 采用水泥釘固定，以防止其下墜。

采用鋼木組合模板和定型鋼組合支撐，模板高度嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)面板厚度進(jìn)行控制?；２捎眯弯摱ㄖ?，試滑試驗(yàn)無誤后將滑模由壩頂滑至坡腳就位。每倉架設(shè)主溜槽1 條，安裝完成后，進(jìn)行清倉和沖倉處理，做好驗(yàn)倉、開倉準(zhǔn)備。

混凝土由攪拌車運(yùn)輸至集料斗卸料，溜槽垂直運(yùn)輸至倉面。澆筑時(shí)首先進(jìn)行面板周邊三角區(qū)混凝土和底部第一層混凝土的澆筑；面板混凝土每層厚度為25～40cm 為宜，第一層混凝土布料振搗密實(shí)后，立即布料第二層混凝土，每澆完一層混凝土滑升高度約25～30cm。混凝土澆筑完成后及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于28d。

4 材料與設(shè)備

4.1 材料

水泥：選用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度不低于42.5MPa；水泥復(fù)檢按同品種、同強(qiáng)度、同批號(hào)不大于400t 作一批次進(jìn)行檢測(cè)。

碎石、砂：按進(jìn)場不大于600t 作一批次進(jìn)行檢測(cè)。

粉煤灰：采用的粉煤灰不低于Ⅱ級(jí)；粉煤灰復(fù)檢按同品種同等級(jí)同批號(hào)不大于200t 作一批次進(jìn)行檢測(cè)。

水：拌和用水應(yīng)滿足《水工混凝土施工規(guī)范》（SL677-2014）要求。

外加劑：符合《水工混凝土外加劑技術(shù)規(guī)程》（DL/T5100-2014）要求。

塊石：采用毛石、塊石或粗料石、卵石，石料粒徑不小于30 cm，且不大于1.0m；堆石料應(yīng)新鮮、完整，質(zhì)地堅(jiān)硬，無分化；堆石料不允許含有泥塊，含泥量小于0.5%。

4.2 設(shè)備（見表1）

表1 自密實(shí)堆石混凝土重力壩施工設(shè)備類型及參數(shù)表

5 施工注意事項(xiàng)

5.1 質(zhì)量控制

（1）現(xiàn)場生產(chǎn)性工藝試驗(yàn)：確定最優(yōu)施工配合比、分層厚度、澆筑及養(yǎng)護(hù)時(shí)間控制等施工技術(shù)參數(shù)；確定施工機(jī)械的種類和數(shù)量以及施工組織形式和人員配備等。

（2）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10 塊/m2，且不得集中；石塊露出澆筑面的高度為50～150mm 且不超過石塊高度的1/3，保證與周邊混凝土的結(jié)合；縱縫在模板拆除后采用人工鑿毛，鑿毛面積≥90%，鑿毛深度≥3cm。

（3）開倉前對(duì)自密實(shí)混凝土配合比、拌合物塌落度、塌落擴(kuò)展度等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，每4h 檢測(cè)不少于1 次。

5.2 安全措施

（1）開工前，項(xiàng)目分級(jí)做好技術(shù)、安全交底，交底內(nèi)容應(yīng)明確操作要點(diǎn)及安全注意事項(xiàng)，各工種操作人員須培訓(xùn)合格后持證上崗；落實(shí)安全保障措施，現(xiàn)場采取封閉施工，設(shè)置安全警示標(biāo)志；向施工作業(yè)人員發(fā)放安全帽、安全帶、口罩、手套等勞動(dòng)保護(hù)用品。

（2）施工電源主要采用外部系統(tǒng)電源，現(xiàn)場配備發(fā)電機(jī)作為備用電源；做好臨電、機(jī)電設(shè)備檢查和調(diào)試，定期檢查其完好性。

（3）施工腳手架的搭設(shè)應(yīng)符合安全要求，驗(yàn)收合格后方可使用，每班施工前要進(jìn)行安全檢查。

（4）高邊坡、施工道路交叉口、轉(zhuǎn)彎處等必須設(shè)置警示、慢行等標(biāo)識(shí)、標(biāo)牌；施工車輛的行駛速度≤20km/h。

5.3 環(huán)保措施

（1）健立健全環(huán)保管理組織機(jī)構(gòu)，編制環(huán)境保護(hù)和水土保持方案指導(dǎo)施工。對(duì)施工存在的污染源進(jìn)行評(píng)估，確定工程施工過程中存在的污染源等級(jí)。對(duì)于重大污染源制定防治預(yù)案并編制演練計(jì)劃。

（2）施工區(qū)域設(shè)置自動(dòng)噴淋系統(tǒng)；拌和站水泥輸送采取全封閉形式；施工噪聲控制在限值范圍內(nèi)。

（3）施工區(qū)域內(nèi)污水必須通過沉淀池處理后才能排放；固體廢棄物通過集中運(yùn)輸至指定地點(diǎn)作無害化處理；施工機(jī)械廢氣排放必須符合環(huán)保要求。

（4）施工區(qū)域設(shè)置良好的排水系統(tǒng)，防止水土流失，施工過程中特別是惡劣天氣（強(qiáng)降雨）要加強(qiáng)巡視檢查。

6 項(xiàng)目成果及效益分析

6.1 項(xiàng)目成果

通過山西沁水縣云首水庫工程實(shí)踐，總結(jié)有以下特點(diǎn)：壩體每立方米混凝土體積占比為0.42～0.45，混凝土用量減少，綜合造價(jià)降低；堆石入倉和混凝土澆筑可采用機(jī)械化作業(yè)，提高工效的同時(shí)避免減少人為因素造成的施工質(zhì)量不穩(wěn)定現(xiàn)象。以沁水縣云首水庫大壩為例（混凝土4.89 萬m3)，壩體采用C20 自密實(shí)堆石混凝土（混凝土占比為0.45）與傳統(tǒng)堆石混凝土（混凝土占比為0.65）相比，通過測(cè)算可節(jié)約成本約273 萬元；由于工效提高，縮短了工期，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

6.2 社會(huì)效益

自密實(shí)堆石混凝土施工技術(shù)成功解決了大體積混凝土容易出現(xiàn)施工裂縫的難題，提高了混凝土耐久性，以及傳統(tǒng)堆石混凝土施工中容易出現(xiàn)的滲漏問題；通過利用大量經(jīng)濟(jì)且容易獲得的塊石或卵石作為原材料，可就地取材，顯著減少了水泥用量和二氧化碳排放；混凝土澆筑無需振搗，有效減少了施工噪音污染，節(jié)能環(huán)保效果顯著。同時(shí)該技術(shù)施工方便，既縮短了工期，又降低了施工成本，對(duì)中小型水庫大壩、公路和市政工程中的擋墻、防洪堤以及建筑物加固等建設(shè)有很好的指導(dǎo)意義和應(yīng)用價(jià)值，具有良好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益