堆石混凝土在口上水库工程建设中的应用

白小丹

（山西水务投资集团有限公司，山西 太原 030002）

1 工程概况

口上水库位于昔阳县东冶头镇口上村附近，距离昔阳县城35 km，控制流域面积1462 km2，是一座以农村人畜饮水、农业灌溉为主，兼顾工业和城镇生活供水的小（一）型水库。水库大坝为曲线型堆石混凝土重力坝，最大坝高58.4 m，坝长120 m，坝顶高程647.9 m，坝顶宽6 m，坝底宽54.4 m，总库容495万m3。大坝分为4个坝段，坝体内部采用堆石混凝土，上下游面设置钢筋混凝土防渗面板，溢流表孔的面层、闸墩、导墙，泄流冲砂底孔的底板、侧墙，以及廊道等部位为普通混凝土。堆石混凝土工程量约5.7万m3，普通混凝土工程量约4.6万m3。

2 堆石混凝土应用

2.1 堆石混凝土简介

堆石混凝土是利用自密实混凝土高流动性、不离析和不泌水的特点，不需振捣、依靠自重充填自然堆积的石块空隙形成完整密实的混凝土，能够大量使用工程机械，工艺简便、施工强度高，而且块石占堆石混凝土50%以上体积可以充分利用大坝开挖产生的大块石。相比普通混凝土，最大限度地降低了胶凝材料用量，水化热低；可以简化甚至取消温控措施，加快了施工进度；人工投入少，可减少因工人技术水平的不同而造成的混凝土质量波动，质量稳定。施工过程主要包括堆石体的入仓和自密实混凝土的浇筑。

2.2 施工工艺

2.2.1 堆石料选取及入仓

堆石料要求饱和抗压强度不得小于40 MPa，大坝石方开挖料实际检测饱和抗压强度65.2 MPa，因此选用开挖料中新鲜完整、质地坚硬、无剥落层和裂纹的石灰岩块石作为堆石料，后经自制工字钢方孔筛网筛出，将堆石料粒径控制在30～100 cm之间。实际堆石粒径30～50 cm，50～80 cm，大于80 cm的入仓比例约为25%，60%，15%。

在上坝道路途中设坡度为20°的斜面堆石料清洗平台，筛分好的堆石料经自卸汽车运输至清洗平台，采用水泵冲洗，保证堆石料含泥量≤0.5%，没有泥块。自卸汽车底部设直径10 cm的排水口，结合有坡度的清洗平台排净积水后运至坝体浇筑仓面。

在坝体浇筑仓面入口处施工道路上铺设30 cm厚的碎石料并用水泵冲洗，保证运输机械的轮胎不污染仓面。块石由自卸汽车运送至仓面自然堆积，避免在仓面多次周转倒运，如无法满足堆高要求必须辅以反铲挖掘机倒运时，则需在倒运结束后，将卸料倒运的仓面重新清扫，清除掉落的小石块和石屑，以免影响堆石混凝土层间结合。参考清峪水库大坝浇注施工经验，经现场试验确定铺设层高度为1.8 m。

2.2.2 原材料选择及配合比

自密实混凝土所需原材料与普通混凝土基本一致，原材料除满足国家和行业的相关规范标准外，还应结合堆石混凝土施工特点具体考虑。

普通硅酸盐水泥的选取应符合《通用硅酸盐水泥》标准，并选用多个品牌水泥与外加剂进行相容性试验，检测是否出现外加剂用量过高、工作性能损失过快、缓凝甚至不凝以及混凝土静止泌水等问题。

细骨料选用当地级配良好的中粗河砂，粗骨料使用自有砂石料场生产的5～20 mm粒径的碎石，最大粒径不超过20 mm，针片状颗粒含量不超过8%，性能指标符合《水工混凝土施工规范》规定。

掺合料的选取按照《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》要求，选用阳泉第二电厂的Ⅱ级粉煤灰。拌和用水使用施工现场山体深层裂隙渗水，经检测达到饮用水标准，同时水温自然保持在17℃左右，有利于混凝土的温控要求。

外加剂选用堆石混凝土专用外加剂，性能指标符合《混凝土外加剂》《水工混凝土外加剂技术规程》规定，经现场自密实砂浆试验检测，满足初始扩展度250～300 mm、静置1 h后初始扩展度≥95%、V型漏斗通过时间5～15 s和泌水率≤1%的要求。

自密实混凝土配合比设计：首先通过选取不同型号的外加剂与水泥、粉煤灰进行适应性净浆试验，确定合适的外加剂；然后利用现场砂料进行砂浆试验，选取合理的水胶比、砂率和粉煤灰掺量；再调整单方骨料和外加剂用量进行混凝土试验，得到基准配合比；最后调整配合比参数进行优化试验，选定科学适用的配合比。该工程进行净浆、砂浆和混凝土试验128组，最终选定的堆石混凝土专用自密实混凝土配合比为：水泥166 kg/m3，粉煤灰265 kg/m3，水175 kg/m3，砂 910 kg/m3，石子 756 kg/m3，外加剂 7 kg/m3。

2.3 堆石混凝土施工

2.3.1 仓面处理

基岩面要撬挖松动岩石，清除浮石虚渣，用高压冲毛机将基岩面冲洗干净并排净仓内积水；先浇筑1 m厚普通混凝土垫层再进行堆石施工。堆石混凝土浇筑顶面留有块石棱角，且层间块石棱角高出自密实混凝土顶面5～20 cm。堆石混凝土层间结合一般不进行凿毛，只需清除表面积水及浮渣，但对于表面积大于0.5 m2的自密实混凝土平整面，为保证层间结合质量，待终凝后使用高压冲毛机对混凝土施工缝进行冲毛。后续堆石铺筑前将工作面冲洗干净，清除嵌入混凝土表面的松动堆石、排除积水，保证层间接触效果。

2.3.2 架设模板

堆石混凝土施工采用两种模板：一种是外撑式悬臂式大钢模，其刚度和强度能够抵抗自密实混凝土产生的侧向压力，模板间缝隙小于2 mm并粘贴海绵条以防止漏浆；另一种是用50 cm厚的浆砌块石墙替代模板，用锚筋同堆石混凝土锚固。浆砌石墙模板采用M20水泥砂浆砌筑，不低于堆石混凝土C15的强度等级。在模板附近堆石时，尽量选用粒径小的块石，且需离开模板20～50 cm。

2.3.3 混凝土制备

按照配合比制备的自密实混凝土入仓前进行普通混凝土性能检测，以及坍落度、扩展度、含气量和V型漏斗通过试验等检测。口上水库坝体浇筑使用的自密实混凝土性能检测情况为：坍落度265~280 mm，扩展度680~745 mm，含气量3.1%，V型漏斗通过试验7~12 s，自密实性能稳定性不小于2 h。

2.3.4 浇筑控制

自密实混凝土入仓时应保证浇筑的连续性，避免出现冷缝。堆石混凝土浇筑仓面较大，采用垂直于浇筑仓面的对角线“Z”字型布置浇筑点，从距离输送泵最远的浇筑点向输送泵方向“Z”字单向顺序浇筑，不可在仓面重复浇筑。每个浇筑点控制范围不大于9 m2，自密实混凝土灌满浇筑点后拆卸混凝土输送管进行下一点的浇筑，保证自密实混凝土连续流动、完全填充块石的空隙，自密实混凝土的浇筑高度应低于堆石面5～15 cm，以利于增强和上层堆石混凝土的粘结及减少自密实混凝土的浇筑量。

2.4 质量检测

2.4.1 力学及耐久性能试验

试块制作方法与普通混凝土大致相同，在试块制作过程中，依靠混凝土自重成型。90 d龄期抗压强度平均为25.4 MPa，检测结果满足90 d抗压强度15 MPa、抗冻F50和抗渗W2的设计力学性能及耐久性要求。

2.4.2 预埋孔密实度检测

在大坝仓面堆石体中预埋直径5 cm的钢管，自密实混凝土浇筑完成后，在混凝土终凝时拔出，采用软管摄像头和注水试验对孔内密实度的观测评定堆石混凝土的密实性，实际观测缺陷面积均小于2%，满足孔内缺陷面积不得超过总面积5%的设计要求。

2.4.3 堆石混凝土容重及孔隙率

在大坝高程609.623 m、桩号B0+021.93处人工使用风镐和撬棍挖取直径1.2 m、深度1 m的试坑，采用挖坑灌水法进行密度和空隙率试验。堆石混凝土检测容重为2564 kg/m3、空隙率为2.53%，满足堆石混凝土容重2450 kg/m3的设计要求。

3 结语

目前，口上水库大坝堆石混凝土施工结束，通过严格的质量控制，其各项检测指标均优于设计要求，充分发挥了堆石混凝土在混凝土重力坝的优异性能，且比同标号普通混凝土节省投资约70元/m3，缩短工期约45 d。堆石混凝土技术在口上水库工程建设中的成功应用，可为同类工程借鉴。