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(陜西省地下水管理監(jiān)測局，陜西 西安 710003)

自密實堆石混凝土在清油河水庫樞紐工程中的應(yīng)用

胡濱，李小冰

(陜西省地下水管理監(jiān)測局，陜西 西安 710003)

堆石混凝土技術(shù)是在自密實混凝土技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型大體積混凝土施工技術(shù)，其利用自密實混凝土的高流動抗離析性能，在粒徑較大的塊石內(nèi)充填自密實混凝土而形成混凝土堆石體，具有低水化熱、工藝簡便、施工速度快、綜合成本低廉、低碳環(huán)保等優(yōu)點。該技術(shù)已在水利水電工程上已有較多應(yīng)用并取得顯著成果。簡述了堆石混凝土技術(shù)的主要特點，介紹了堆石混凝土在清油河水庫樞紐中的應(yīng)用情況，并針對堆石混凝土和漿砌石以及碾壓混凝土三種筑壩材料進行比較，得出結(jié)論堆石混凝土更優(yōu)于另外兩種筑壩材料。總結(jié)該技術(shù)的先進性將有助于該技術(shù)的推廣并可為同類工程提供經(jīng)驗借鑒。

自密實堆石混凝土；水庫樞紐；重力壩；設(shè)計

自密實混凝土(Self-Compacting Concrete，簡稱SCC)是指在澆筑過程中無需施加任何振搗，僅依靠混凝土自重就能完全填充至模板內(nèi)任何角落和鋼筋間隙并且不發(fā)生離析泌水的混凝土，已在工民建行業(yè)應(yīng)用多年。

為了解決中小型工程中的大體積混凝土施工困難，科研人員利用自密實混凝土代替高流動砂漿充填堆石體施工工藝，研究出堆石混凝土工藝，即將一定粒徑的堆石直接入倉，形成有空隙的堆石體，然后從堆石體上部倒入自密實混凝土，利用自密實混凝土的高流動抗離析性能，使自密實混凝土依靠自重自動填充到堆石的空隙中，形成完整，密實，有較高強度的混凝土。該技術(shù)于2003年提出，并于2005年獲得國家發(fā)明專利的授權(quán)，目前為止已成功應(yīng)用于筑壩、防洪、基礎(chǔ)處理、出險加固等多個建設(shè)領(lǐng)域。例如山西清峪水庫工程、廣東長坑水庫工程、福建楊莊防洪堤工程、四川向家壩水電站沉井填芯工程等。在施工成本、質(zhì)量、效率、環(huán)境等方面得到了建設(shè)各方的認可與肯定。在2008年4月獲得了水利部科技成果鑒定。自密實堆石混凝土雖然在多處成功應(yīng)用，但目前國內(nèi)對該混凝土的研究和應(yīng)用還處于初期階段，且每項工程的施工條件、原料條件也都不盡相同，清油河水庫大壩是陜西省第一座使用自密實堆石混凝土的壩高超過50 m的大壩，因此結(jié)合工程實際開展自密實堆石混凝土技術(shù)研究非常必要。

1 自密實堆石混凝土技術(shù)

自密實混凝土的突出特點是拌合物具有良好的工作性能，即使在密集配筋和復(fù)雜形狀的條件下，僅依靠自重而無需振搗便能均勻密實填滿堆石的空隙，為施工操作帶來極大方便。同時，兼有提高混凝土質(zhì)量、改善施工環(huán)境、加快施工進度、提高勞動生產(chǎn)率、降低工程投資等技術(shù)先進性和創(chuàng)新性，自密實混凝土被稱為“近幾十年混凝土建筑技術(shù)最具有革命性的發(fā)展”。

自密實堆石混凝土(Rock Filled Concrete，簡稱RFC)，在粒徑較大的塊石(粒徑在300 mm以上)內(nèi)隨機充填自密實混凝土而形成的混凝土堆石體。堆石混凝土作為一種新型的混凝土施工工藝，特別適合大體積混凝土的施工。堆石混凝土的水泥用量與碾壓混凝土相當(dāng)，單方水泥用量一般為70～90 kg，具有施工簡單、水化熱溫升較低、質(zhì)量容易得到控制等特點。堆石混凝土除強度、彈模等基本力學(xué)性能與普通大體積混凝土相近外，在施工速度、質(zhì)量保證率、溫控措施及降低施工成本等方面比常規(guī)混凝土或碾壓混凝土都具有一定的優(yōu)勢。

1.1 低水泥用量與低水化熱

C15～C25堆石混凝土只需要70～100 kg水泥，與常態(tài)混凝土相比減少了70%左右，絕熱溫升僅15℃～17℃，工程實測的大體積混凝土實際水化溫升在10℃左右，可以減少甚至取消溫控措施。

1.2 施工工藝簡便，施工快速，縮短工期

堆石混凝土施工過程簡單，最大限度地降低了混凝土倉面的施工人員和機械工作量，現(xiàn)場控制管理更加簡便易行；堆石混凝土免除了混凝土澆筑的振搗工序，減少溫控及層面處理措施，施工工藝簡單流暢。實際工程應(yīng)用表明，堆石混凝土技術(shù)采用機械化施工，能大幅提高大倉面素混凝土的施工效率，有效降低了工人技術(shù)水平和施工管理水平對工程質(zhì)量的影響，能有效縮短工期。

1.3 顯著降低施工成本

堆石混凝土使用了大量的塊石作為原材料減少了膠凝材料用量，且施工工藝簡單，其施工的綜合成本在相同條件下較常態(tài)混凝土可降低10%～20%。

1.4 綜合性能穩(wěn)定，安全系數(shù)高

堆石混凝土具有大塊巖石穩(wěn)定堆積構(gòu)成的骨架，具有優(yōu)良的體積穩(wěn)定性，體積收縮小，而自密實混凝土具有卓越的流動性能、充填性能和抗離析性能，使得堆石混凝土具有高密實度與高強度。

1.5 環(huán)境友好，使用面廣

堆石混凝土減少水泥用量和大功率的碾壓機械，可以減少溫室氣體排放和能量消耗，澆筑期間不需振搗，減少施工噪音，是一種環(huán)境友好的混凝土。國內(nèi)應(yīng)用十余年期間，已成功應(yīng)用于筑壩、防洪、基礎(chǔ)處理、出險加固等多個建設(shè)領(lǐng)域。

2 工程概況

清油河水庫樞紐工程是一座擬修建在清油河干流上游的水源工程，位于陜西省商南縣清油河鎮(zhèn)團坪村下游0.6 km處，距商南縣約18 km。清油河水庫壩址控制流域面積145 km2，總庫容984.00萬 m3，屬Ⅳ等小(一)型工程。工程樞紐主要由溢流壩段、非溢流壩段、引水孔和泄洪排沙洞等部分組成。最大壩高58.50 m，壩頂總長295.9 m，堆石砼重力壩體自左岸至右岸共分為12個壩段，主要工程量為：土石方開挖27.81萬 m3，現(xiàn)澆砼4.46萬 m3，自密實混凝土6.77萬 m3，堆石8.28萬 m3，固結(jié)灌漿6004 m，帷幕灌漿2 843 m。金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備安裝閘門7扇、電動蝶閥1個、啟閉機7臺，測壓系統(tǒng)2套，超聲波泥沙監(jiān)控儀一套，閘門及埋件總量合計約194.39 t。

3 堆石混凝土擋水壩設(shè)計

3.1 壩體設(shè)計

清油河水庫堆石混凝土重力壩采用上游面鉛直、下游面650.5高程以上部分鉛直，以下部分坡比采用1:0.7的結(jié)構(gòu)形式。壩頂長度295.9 m，最大壩高58.5 m，壩頂寬度6.0 m，壩底寬39.0 m。

3.2 大壩基礎(chǔ)處理

根據(jù)壩基巖體特性，結(jié)合重力壩設(shè)計和類似工程經(jīng)驗，大壩基礎(chǔ)座落在弱風(fēng)化巖體中部，即挖除全部的河床覆蓋層、強風(fēng)化巖體和部分弱風(fēng)化巖體。考慮到開挖可能使壩基巖石松動，為保證大壩基礎(chǔ)的整體完整性和承載能力，對壩基巖體進行固結(jié)灌漿處理，灌漿孔在壩基范圍內(nèi)均勻布置，孔向垂直于基巖面，灌漿孔深6.0 m，孔距3.0 m，梅花形布置。

為提高壩基接觸面強度，防止沿基礎(chǔ)接觸面滲漏，并增強表層固結(jié)灌漿效果，須進行接觸灌漿，接觸灌漿在混凝土和巖體接觸面上進行。

為保證壩體堆石混凝土與壩基巖石連接可靠和壩基固結(jié)灌漿的需要，在壩基設(shè)厚度1.0 m的C15常態(tài)混凝土墊層。

3.3 壩體、壩基防滲及排水

堆石混凝土重力壩采用高自密實性能混凝土防滲層作為大壩防滲體，防滲體厚度0.6 m，內(nèi)置φ12@200單層鋼筋網(wǎng)加強抗拉、抗裂和防滲性能。

為及時降低壩體滲透壓力，排除滲透水流，在壩體內(nèi)設(shè)排水系統(tǒng)。壩體排水管設(shè)置在高自密實性能混凝土防滲層后，設(shè)計采用無砂混凝土排水管，排水管將壩體排水匯集到基礎(chǔ)灌漿廊道的集水井內(nèi)，用水泵將集水抽排到壩體外。

為提高壩基滲透穩(wěn)定，保證大壩安全，在重力壩基礎(chǔ)進行帷幕灌漿。帷幕灌漿采用單排孔，其深度原則上深入透水率q<3 Lu的相對不透水層下3 m，帷幕灌漿最大深度20.5 m，帷幕灌漿孔距1.5 m，在重力壩左岸設(shè)長25 m，右岸設(shè)長50 m的帷幕灌漿平洞，以增加繞壩滲流的滲徑。

為減小壩基揚壓力，提高壩基穩(wěn)定性，在帷幕后設(shè)置排水孔，排水孔孔距3.0 m，排水孔最大孔深10 m?；A(chǔ)灌漿廊道內(nèi)設(shè)置排水井，內(nèi)置排水泵將水抽至下游河道。

3.4 壩體混凝土

根據(jù)國內(nèi)工程成功經(jīng)驗，本工程堆石混凝土壩體材料采用C15W4F50高自密實性能混凝土，壩體上游采用C25W8F100高自密實性能混凝土作為防滲層，基礎(chǔ)墊層采用C15常態(tài)混凝土，溢流面、閘墩等結(jié)構(gòu)采用C25常態(tài)混凝土。

3.5 壩體廊道和壩頂結(jié)構(gòu)

根據(jù)灌漿、大壩監(jiān)測、排水需要，按照簡化壩體集中布置的原則，在壩基600m高程及壩坡設(shè)置1層多功能基礎(chǔ)灌漿廊道。廊道設(shè)置在高自密實性能混凝土防滲層后，基礎(chǔ)灌漿廊道斷面尺寸為2.5 m×3.5 m，為圓拱直墻結(jié)構(gòu)，襯砌為厚度0.8 m的C25鋼筋混凝土襯砌。

重力壩壩頂高程655.50 m，壩頂上、下游側(cè)均設(shè)置1.2 m高鋼制欄桿，壩頂泄洪孔頂設(shè)工作橋，作為壩頂交通之用。

4 方案比選

清油河水庫樞紐重力壩根據(jù)筑壩材料的不同，主要選擇自密實堆石混凝土、漿砌石和碾壓混凝土三種筑壩材料進行比較，樞紐結(jié)構(gòu)布置均采用壩頂溢流的形式，布置相對集中緊湊，泄洪和引水建筑物均集于壩體內(nèi)，管理運行較為方便。附近料場均能滿足工程需要，且交通便利。

表1 筑壩材料比較表

自密實堆石混凝土重力壩、漿砌石重力壩和碾壓混凝土重力壩方案在結(jié)構(gòu)布置、壩基要求、壩體結(jié)構(gòu)尺寸等方面基本相同，三種筑壩材料各有利弊，但是堆石混凝土施工快、造價較低、溫度易于控制且環(huán)境友好?；谝陨峡紤]，設(shè)計最終推薦自密實堆石堆石混凝土壩方案。

清油河水庫自密實堆石混凝土重力壩，利用自密實混凝土充填大粒徑塊石，形成強度高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的整體構(gòu)件。堆石混凝土低水泥用量的特點降低了工程造價，節(jié)約資源，并且降低混凝土施工過程中的水化溫升，通過分倉分層施工減少單次澆筑量。在保證堆石入倉能力和混凝土生產(chǎn)能力的基礎(chǔ)上，可形成連續(xù)循環(huán)澆筑，極大的提高施工進度。

5 結(jié)語

堆石混凝土技術(shù)作為一種新型的大體積混凝土施工技術(shù)，由于其自身顯著的特點和優(yōu)勢，目前已開始在不同的工程建設(shè)領(lǐng)域中推廣應(yīng)用。用自密實堆石混凝土建造的重力壩在工程造價、施工進度、溫控、環(huán)保等方面有許多優(yōu)越性。但目前堆石混凝土的研究和應(yīng)用還處于初期階段，在水利水電工程大壩尤其是高壩中應(yīng)用較少，缺少實踐經(jīng)驗。清油河水庫樞紐工程設(shè)計通過方案比選采用該技術(shù)，縮短了施工工期，節(jié)約了工程投資，為今后堆石混凝土施工及類似工程的設(shè)計施工提供經(jīng)驗和借鑒。

[1]JGJ/T283-2012 自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程.

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1004-1184(2017)05-0191-03

2017-06-08

胡濱(1980-)，男，陜西涇陽人，工程師 ，主要從事水利工程設(shè)計等方面工作。