李 琦，俞維民，鄧文業(yè)

(1.長江水利委員會水文局，湖北 武漢 430010；2.長江設計集團有限公司，湖北 武漢 430010；3.福建省金鷹建設工程有限公司，福建 漳州 363100)

0 引言

2022年冬奧會及冬殘奧會延慶賽區(qū)，即國家高山滑雪中心，位于北京市延慶區(qū)張山營鎮(zhèn)小海陀山地區(qū)。延慶賽區(qū)造雪引水系統(tǒng)是國家高山滑雪中心的重要組成部分，通過新建塘壩、水池、泵站、輸水管線，將外部調(diào)水輸送到造雪系統(tǒng)前調(diào)蓄水池，為國家高山滑雪中心的順利造雪提供水源保障。工程范圍包括1290m高程蓄水池、1050m高程塘壩及泵站、900m高程塘壩及泵站、調(diào)水輸水管線、基流輸水管線等。

1050m高程塘壩、900m高程塘壩采用了堆石混凝土。本文以1050m高程塘壩為例介紹堆石混凝土應用。1050m高程塘壩在海拔高程1050m附近佛峪口溝左側一支溝上修建，用于調(diào)蓄通過管廊輸送到賽區(qū)的造雪用水。水庫總庫容9.9萬m3，正常蓄水位以下庫容9.3萬m3，死庫容0.15萬m3。1050m塘壩是冬奧供水的主干建筑物之一，主要擋水建筑物為堆石混凝土重力壩，最大壩高為58m，建筑物等級為3級。1050m高程塘壩混凝土總量52330m3，其中C15堆石混凝土38885m3。

為確保2019年冬季滑雪測試賽的按期舉行，采用了3m厚層RFC澆筑工藝[1]，只用5.1個月時間完成全壩混凝土澆筑。堆石混凝土快速筑壩技術在1050m高程塘壩得到了充分展現(xiàn)。

1 宜材適構的工程設計

(1)1050m塘壩位于奧運村以北佛峪口溝左側一支溝，屬于中山狹谷地貌。該溝谷主要走向NE，屬于“V”形谷，溝谷長約3.4km，谷底縱坡約18.8%，流域面積約1.7km2。壩址處溝谷地面高程約1005～1020m，溝谷兩側山體形態(tài)不對稱。兩岸山體巖性以燕山晚期侵入花崗巖為主。

(2)由于1050m高程塘壩庫區(qū)為小支溝，庫容較小，而土石壩體積較大，若采用土石壩壩型則會進一步縮小庫容，無法滿足調(diào)蓄容量要求。本工程位于松山國家自然保護區(qū)試驗區(qū)周邊，生態(tài)環(huán)境保護要求較高。若采用土石壩壩型，大量土石料開挖會破壞山體，污染環(huán)境。所以不適合土石壩壩型。

(3)混凝土壩為大體積混凝土，若采用常規(guī)混凝土筑壩，為減少水化熱需采用三級配或四級配大骨料，且應增加骨料預冷、加冰拌和、壩體通水冷卻等溫控措施。由于拌和系統(tǒng)粉塵、污水、噪音排放較大，出于環(huán)境保護的要求，工程區(qū)內(nèi)不允許新建拌和樓。工程區(qū)周邊現(xiàn)有拌和樓只能生產(chǎn)二級配以下常溫混凝土，即城市建設中常用規(guī)格的混凝土。對現(xiàn)有拌和樓進行改建、擴建以增加大骨料預冷混凝土拌制功能不切合實際，且難以通過審批。工程區(qū)為干旱缺水地區(qū)，唯一的水源是佛峪口溝水，為保證佛峪口溝的生態(tài)流量，禁止從溝中取水。施工用水需從工程區(qū)10km外用酒水車運達。如果實施壩體通水冷卻，需安裝冷水機組，并大幅增加施工用水，從而增加施工成本。所以不適合常規(guī)混凝土壩型。

(4)堆石混凝土是利用高自密實性能混凝土填注堆石體的空隙，形成完整、密實、具有設計強度的大體積混凝土，是一種新型筑壩材料。依據(jù)SL 678—2014《膠結顆粒料筑壩技術導則》，堆石混凝土有足夠的強度和抗凍抗?jié)B性能，適用于中小型水利水電工程，一般壩高在70m以下，超過70m時須進行專題論證；堆石混凝土由于膠凝材料用量低，絕熱溫升低，可不采用預冷骨料、加冰拌和、壩內(nèi)埋冷卻水管等溫控措施[2]。本工程為庫容小于10萬m3的塘壩工程，且最大壩高為58m，可直接采用堆石混凝土。本工程壩基開挖可獲得質地較好的花崗巖大塊石，用作堆石體，不足部分可從工程區(qū)外的采石場購買。高自密實性能混凝土屬于一級配常溫混凝土，工程區(qū)周邊現(xiàn)有拌和樓可以生產(chǎn)。根據(jù)建筑物功能要求，壩址區(qū)的地形、地質條件，以及現(xiàn)場施工條件，設計選用堆石混凝土重力壩壩型。

(5)壩體中間主體部分采用C15(R90W4F150)堆石混凝土。為增強壩體穩(wěn)定和抗?jié)B性能，壩基墊層采用2m厚C25(R90W10F300)二級配素混凝土，迎水面、背水坡均采用1m厚C25(R90W10F300)二級配鋼筋混凝土面板。迎水面1020m高程以上為直立面，迎水面1020m高程以下為1∶0.20坡面。背水面1043m高程以下為1∶0.75坡面，背水面1043m高程以上由圓弧過渡到直立面。壩頂長度77m，壩頂寬度5m，不設縱縫，設2條橫縫，分3個壩段。壩面不過流，水庫通過溢洪豎井和溢洪洞溢流。

2 快速高效的壩體施工

2.1 澆筑層厚選擇

2.1.1生產(chǎn)性試驗開展

2019年4月23日，1050塘壩建基面通過聯(lián)合驗收，具備首倉混凝土備倉條件。由于測試賽的要求，1050塘壩混凝土必須在2019年9月底完工。僅5個多月時間需完成58m壩高的混凝土澆筑，壩體平均每月上升高度將超過11m，工期非常緊。技術導則中建議堆石鋪填分層厚度宜為1.5～2.0m，因為層厚大于2m的工程經(jīng)驗不多[2]。若按此厚度施工難以按期完成。為提高堆石混凝土壩的施工速度，需開展生產(chǎn)性試驗，研究在不影響質量、安全的前提下提高堆石混凝土升層厚度的可行性。

選擇最初施工的3倉堆石混凝土作為試驗倉，升層厚度分別設置為2.0、2.5、3.0m。通過對其密實度和綜合性能的原位檢測、對比與評價，論證厚層澆筑工藝的可行性。此外，通過試驗倉澆筑，對現(xiàn)場試驗的生產(chǎn)效率、機械人工配置等進行統(tǒng)計，為后續(xù)進度計劃安排提供依據(jù)，為測算堆石混凝土施工綜合成本提供基礎數(shù)據(jù)，為壩體正式施工奠定基礎。

2.1.2試驗倉的質量驗證

試驗倉澆筑時，在倉面埋設土壓力盒，測量高自密實性能混凝土在澆筑過程中對倉面作用力變化情況，并根據(jù)實時監(jiān)測的數(shù)據(jù)分析倉面澆筑混凝土的密實度及澆筑質量。預埋壩體溫度計對堆石混凝土內(nèi)部水化溫升進行監(jiān)測，得到堆石混凝土試驗段水化溫升的實測數(shù)據(jù)。

堆石混凝土硬化后進行鉆孔檢測，主要包括壓水試驗、孔內(nèi)電視、孔內(nèi)聲波及混凝土芯樣檢測?？傘@孔長度為30m，壓水試驗檢測堆石混凝土抗?jié)B性，孔內(nèi)電視、孔內(nèi)超聲波檢測堆石混凝土密實性。經(jīng)對混凝土芯樣觀察和檢驗，骨料分布均勻密實，局部有0.3mm的氣泡，塊料周圍結合緊密，抗壓強度滿足設計要求。對粉塵、石塊碼放等影響因素最不利的部位進行堆石混凝土試驗塊(2.4m×1.2m×1.2m)取樣檢驗，用繩鋸切割查看其內(nèi)部情況。通過觀察，骨料分布均勻，石料周圍包裹嚴密，快易收口網(wǎng)兩側結合密實。

總體上，3個試驗倉各項質量檢測指標均符合設計要求。試驗結果表明，在施工資源配置滿足要求的條件下，采用3m升層澆筑堆石混凝土能保證施工質量，且每倉混凝土的循環(huán)作業(yè)時間為5天，能保證施工進度。

2.1.3壩體分層

根據(jù)試驗結果，同意最大分層厚度為3m?？紤]澆筑工藝、結構尺寸轉折點、特殊部位等因素，將壩體共分為25層，其中第1層為墊層，第25層為1m厚常態(tài)混凝土覆蓋層，平均層厚2.32m，最大層厚3m。在廊道底部、復雜建筑物底部都進行了分層，為構筑物施工提供方便。

2.1.4注意事項

寬度較窄的結構部位(如寬度小于3m)不宜采用3m厚層澆筑。為避免大塊石緊貼模板或快易收口網(wǎng)，堆石體四周不可能垂直堆碼，有一定坡度，即留有空隙。堆石越高則空隙越大，從而減少堆石率，增大水化熱，可能產(chǎn)生混度裂縫。

2.2 預制混凝土廊道拱圈施工

壩體內(nèi)布置有基礎灌漿廊道。若大塊石直接堆碼在廊道拱形鋼模或木模上，堆石過程可能撞擊模板致其變形，而且大塊石緊貼模板可能造成拆模后塊石外露。若現(xiàn)澆一定厚度的常規(guī)混凝土廊道拱圈，待拱圈達到足夠強度后在其周圍進行堆石混凝土施工，則拱圈的備倉、澆筑、等強、拆模需占用直線工期。本工程在場外預制鋼筋混凝土廊道拱圈，預制構件吊裝到位并固定后，直接在其周圍進行堆石混凝土施工，大幅縮短了廊道混凝土施工時間。

2.3 資源配置及組織管理

堆石料采用自卸車運輸，人工配合反鏟、蓮花抓入倉作業(yè)，每小時入倉可達90m3。采用2座180攪拌樓拌制高自密實性能混凝土，單樓自密實混凝土生產(chǎn)能力為45m3/h?？紤]堵車影響配備18臺混凝土攪拌運輸車。配備3臺混凝土泵(2臺地泵、1臺天泵)，1臺倉內(nèi)布料機，混凝土澆筑量70m3/h。層面沖毛采用3臺沖毛機，沖毛35m2/h。鋼筋和模板安裝幾乎不占關鍵線路時間。平均每倉混凝土的循環(huán)作業(yè)時間為5d。

監(jiān)理每日對施工機械及作業(yè)人員配置情況進行巡視檢查，督促施工單位加強施工設備的維護和管理，確保堆石料運輸、入倉、堆碼，高自密實性能混凝土生產(chǎn)、運輸、入倉、澆筑等各工序連續(xù)作業(yè)。同時，加強施工安全管理，避免意外事件中斷施工。

2019年4月26日，1050塘壩開始澆筑首倉混凝土。2019年9月28日，1050m高程塘壩全線澆筑至壩頂高程1053.4m。僅用5.1個月時間完成全壩混凝土澆筑，平均每月上升11.4m，筑壩速度為國內(nèi)領先。

3 精益求精的質量控制

3.1 強化培訓考核

(1)監(jiān)理機構定期組織監(jiān)理人員進行工程技術和業(yè)務技能培訓，確保每位監(jiān)理人員熟練掌握設計技術要求、質量控制指標、控制程序和控制方法。

(2)監(jiān)理機構督促施工單位開展質檢員培訓和考核，并對質檢員的工作成效進行跟蹤評價，促使其切實履行質量控制職責。

3.2 堆石質量控制

(1)堆石混凝土所用的堆石料必須質地堅硬、新鮮，不得有水銹、夾泥或裂紋。其物理力學指標要求容重大于26.5kN/m3，飽和抗壓強度大于等于40MPa，軟化系數(shù)大于0.8。石料使用前，應對外觀進行檢查，并對有關物理力學指標進行檢測。

(2)堆石料粒徑不能小于300mm，堆石料最大粒徑不應超過結構斷面最小邊長的1/4和澆筑層厚。

(3)堆石料無片狀、板狀巖塊。

(4)堆石料不允許有泥塊，同時表面含泥量不應大于0.2%。堆石料若存在含泥量超標則入倉前必須清洗干凈并晾干。堆石入倉過程中，應盡量減少碰撞與破碎，及時清理倉內(nèi)的遜徑石塊、石渣、泥土等，清理方式可用吸塵器和鋼刷。堆石料入倉后嚴禁用水沖洗倉面和塊石。

在對建筑工程進行建設的過程中，水電安裝這一工程是非常重要的，在建筑工程中水電安裝這項技術決定著人們在居住環(huán)境上舒適的程度。若是水電安裝的方式在處理上存在著失誤，會使建筑工程不能保證安全，更有甚者會侵犯到人們自身和財產(chǎn)的安全。基于此，在建筑中的水電安裝技術之中，為了使工程的質量得到提升，使居民在生活上的水平得到有效的提升，對存在著的問題加以解決。

(5)機械設備進入倉面輔助堆石入倉時，應合理規(guī)劃路線，盡量減少對層面的碾壓，每層的運輸路線不應相同。

(6)加強倉內(nèi)堆石體形控制，努力多堆塊石，減少高自密實混凝土澆筑量，從而減少混凝土溫升，避免產(chǎn)生混凝土溫度裂縫。堆石碼放時應隨機，避免石塊面與面結合。

3.3 高自密實性能混凝土原材料質量控制

(1)高自密實性能混凝土優(yōu)先選用水化熱較低的中熱硅酸鹽水泥，不宜使用鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥等凝結速度較快的水泥。

(2)高自密實性能混凝土應使用聚羧酸系高性能減水劑，其品質除應滿足GB 8076—2008《混凝土外加劑》高性能減水劑的基本要求外，還應使用現(xiàn)場材料進行標準自密實砂漿試驗檢測。

(3)嚴格控制骨料質量。細骨料應重點控制石粉含量、含泥量、含水量等。粗骨料不得含有活性、黃銹和鈣質結核，表面應潔凈，如有裹粉、裹泥或被污染等應清除。為保證高自密實性能混凝土的流動性，粗骨料針片狀顆粒含量較常規(guī)混凝土控制更嚴格，常規(guī)混凝土該指標不應超過15%，高自密實性能混凝土該指標不應超過8%。

3.4 高自密實性能混凝土質量控制

(1)高自密實性能混凝土的配合比須使用現(xiàn)場材料由專利方授權的單位通過配合比設計試驗獲得。配合比設計要求如下：

①配合比設計采用絕對體積法。

③對于僅靠增加粉體量不能滿足漿體粘性時，可通過試驗確認后適當添加增粘劑以改善漿體粘度。

④在進行配合比設計調(diào)整時，應考慮水膠比對混凝土設計強度的影響和水粉比對自密實性能的影響。

⑤C15(R90W4F150)高自密實性能混凝土的水泥強度等級為42.5，水泥用量130～190kg/m3。

(2)高自密實性能混凝土的工作性能可采用坍落度試驗、坍落擴展度試驗、V形漏斗試驗和自密實性能穩(wěn)定性試驗檢測，要求坍落度260～280mm，坍落擴展度650～750mm，V型漏斗通過時間7～25s，自密實穩(wěn)定性≥1h。

(3)高自密實性能混凝土應采用強制式攪拌機進行拌和，與生產(chǎn)常態(tài)混凝土相比應適當延長攪拌時間。

(4)高自密實性能混凝土澆筑應保持連續(xù)性，澆筑時的最大自由下落高度不宜超過1.5m。

(5)高自密實性能混凝土澆筑過程中應遵循單向逐點澆筑的原則，宜選擇“Z”形方式布置澆筑點，澆筑點布置應均勻布置，各個澆筑點間距宜小于3m。

(6)為加強層面結合，堆石混凝土收倉時，除達到結構物設計頂面以外，宜使適量堆石塊體高出澆筑面50～150mm，且不超過石塊自身高度的1/3。

3.5 模板質量控制

(1)為避免模板拉條干擾倉內(nèi)堆石施工，上下游壩面采用外撐式懸臂摸板。上下游1m厚常規(guī)混凝土與壩內(nèi)高自密實混凝土之間采用快易收口網(wǎng)分隔，便于2種不同規(guī)格混凝土同時澆筑，二者結合緊密，且不越位混雜?？煲资湛诰W(wǎng)用鋼筋骨架支撐。

(2)堆石過程中避免堆石對模板和快易收口網(wǎng)沖擊，堆石后對模板進行校正。澆筑過程中，安排專人檢查、維護、調(diào)整模板的位置和形態(tài)，防止變位、漏漿。

4 工程運行效果

2019年9月28日1050m高程塘壩澆筑至壩頂，10月15日壩基帷幕灌漿完成。工程順利通過驗收。2019年10月29日1050塘壩開始蓄水，11月1日開始向造雪系統(tǒng)輸水。2019年11月至2020年3月，延慶賽區(qū)舉行了第1期滑雪訓練和測試賽。2020年11月至2021年3月，延慶賽區(qū)舉行了第2期滑雪訓練和測試賽。2022年2月至3月，北京冬奧會和冬殘奧會成功舉辦，高山滑雪、雪車雪橇等多個競賽項目在延慶賽區(qū)舉行。延慶賽區(qū)高品質的建筑設施，包括引水設施，贏得國內(nèi)外廣泛贊譽。2022年5月，中國建筑業(yè)協(xié)會印發(fā)建協(xié)[2022]20號文，特別授予國家高山滑雪中心(即北京冬奧延慶賽區(qū))2022—2023年度中國建設工程魯班獎(國家優(yōu)質工程)。1050m高程堆石混凝土塘壩不僅圓滿完成歷年造雪引水任務，同時也是一處美麗的風景。

5 結語

通過充分的試驗研究，成功將3m厚層澆筑工藝應用于延慶賽區(qū)1050m高程堆石混凝土塘壩。通過本工程設計和施工實踐，進一步驗證了堆石混凝土的諸多優(yōu)點和適用條件，它具有足夠的強度和抗凍抗?jié)B性能，水化熱低，施工條件要求較寬松，澆筑速度快。本文同時提出了堆石混凝土厚層澆筑應注意的事項。本文所提方案和措施具有一定的參考價值。加快澆筑速度的措施很多，如進一步優(yōu)化施工資源配置；加強質量控制的措施也很多，如加強堆石與高自密實性能混凝土結合，加強澆筑層面結合等，受篇幅限制本文沒有展開論述。