堆石混凝土技术的研究与应用

王宽会

摘 要：通过对洒谷水库堆石混凝土坝施工现场进行实地考察学习，拟在拉里么水库工程中推广堆石混凝土技术，通过实践观察和收集相关数据，对堆石混凝土技术的具体应用进行探讨，总结了堆石混凝土技术的各种优势，并形成了一系列的科技成果。

关键词：堆石混凝土；拉里么水库工程；优化；应用

为完善传统土石坝、砌石坝、混凝土坝等筑坝技术体系，推广“宜材适构”筑坝理念，解决中小型工程中的大体积混凝土施工困难，清华大学发明了堆石混凝土施工技术，并获得了三个国家专利，堆石混凝土技术不仅拥有完整的自主知识产权，而且在实际工程中不断得到推广和应用。2013年11月7日下午，由楚雄州水务局牵头，北京华石纳固科技有限公司、永仁县水务局、楚雄欣源水利电力勘察设计有限责任公司及水利行业有关专家参与，对堆石混凝土技术优势及推广应用存在问题进行认真分析讨论，会后参会单位对正在施工的曲靖市罗平县洒谷水库堆石混凝土坝施工现场进行实地考察学习，拟对永仁县拉里么水库工程进行堆石混凝土技术的推广应用。

1 堆石混凝土技术概述

堆石混凝土是指先将满足一定粒径要求的块石（或卵石）自然堆满仓面，然后在堆石体表面浇注满足特殊要求的专用自密实混凝土，无需振捣仅依靠其自重充填堆石体的空隙，所形成完整密实的混凝土，其具有低碳环保、低水化热、工艺简便、造价低廉、施工速度快等特点，其构成如图1所示。

在大坝等建筑中，为了降低混凝土的水化热和成本，都希望能够降低水泥用量。因此，一般采用减少用水量或采用大粒径骨料以增加骨料用量的方法。前者，如碾压混凝土，即是采用干硬混凝土的方法，但需要大功率的碾压机械，依靠强大的机械力量使混凝土密实。在实际生活中，更多的是采用四级配骨料，骨料最大粒径可达到150mm。在中小型工程中，也有采用混凝土砌石、毛石混凝土、埋石混凝土等方式筑坝，但是，这些筑坝方式要求较高的专业技术人员，施工人员的技术水平直接影响大施工质量。随着近年来，人工成本的上涨，采用混凝土砌石、毛石混凝土等筑坝技术的成本也愈来愈高。

2 拉里么水库工程简介

拉里么水库位于永仁县猛虎乡阿里地村委会的拉里么河上。坝址地理坐标为东经101°31′02″，北纬26°02′09″，控制径流面积18.9km2，设计总库容313.17万立方米，其中：正常库容265.02万立方米，死库容36.68万立方米，兴利库容228.34万立方米。设计灌溉面积0.67万亩，其中：新增灌溉面积0.48万亩，改善灌溉面积0.19万亩。大坝坝型为堆石混凝土重力坝，最大坝高57.2m，坝轴线长106.9m，堆石混凝土工程量：总填筑量5.98万m3（堆石占55%～60%），其中：块石料约1.8万m3，C15混凝土填筑量4.2万m3。

3 堆石混凝土技术的应用与优化

3.1 前期准备

混凝土施工技术的前期准备包括了原材料的选用和质量的规定。堆石混凝土的材料一般选择新鲜、完整和质地较好的块石，并且块石的大小有一定的要求，如粒径不宜小于300mm，最大粒径不应超过结构断面最小边长的1/4，块石的饱和抗压强度（Rs）也有要求，不得小于30MPa。而水泥一般选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、中热或低热硅酸盐水泥。选用质地坚硬的，表观密度不小于2450kg/m3、最大粒径不超过150mm的砂砾料；选用粉煤灰、沸石粉、火山灰、石粉等作为掺和料；选用特定的外加剂。

3.2 具体施工

堆石混凝土的施工包括了具体的施工流程，相关设备的选择，以及具体的施工方法。具体而言：结合拉里么水库工程的具体情况，将施工流程分为仓面处理-测量放线-模板安装-堆石入仓-自密实混凝土浇筑-混凝土收仓、养护等六个过程，各个过程都必须检验合格后方能进行下一道工序；现场设备的选择主要是指运输设备的选择，包括型号的确定与设备的具体布置，根据坝体填筑的高度（最大坝高为57.2m），为解决上部坝体块石的垂直运输，结合大坝施工特点和现场的实际地形条件，上部坝体的块石主要采用塔式起重机吊运入仓。而具体的施工方法则是包括六个方面，一是基面处理，即对开挖基础面，应挖至新鲜的基岩面，并将基岩面上的松动岩石撬挖掉，清除干净，然后用高压风将表面吹干净；在处理上、下层混凝土时，应将结合面清除干净。二是测量放线，即在基面处理完成后，验收合格时，用全站仪测出结构物位置、轮廓线及其高程，以确定模板的安装位置。三是模板安装，即在测量放线所确定的位置上进行模板安装，模板一般选用定型钢模板或普通木模板作为主体，用自制木模板和普通小钢模板作为补充；模板的加固采用内拉外顶式的方法。四是堆石料入仓，入仓前，需要对块石进行全面质量检查，确保其符合施工要求；检查合格后，对坝体上下部采用不同的运输方式入仓，如下部用10t以上自卸汽车，上部用塔式起重机；入仓后，对仓面进行人工平仓，或挖掘机平仓，并对仓内进行清理；在监理工程师验收合格后，才能进行下一工序。五是自密实混凝土浇筑，其中包括了自密实混凝土拌和、自密实混凝土的运输和自密实混凝土的浇筑等步骤，拌合需要对材料进行清理、调配，并选择合适的搅拌机。运输则是用混凝土输送泵。浇筑则是需要根据一定的程序和规定，严格进行清理和施工，确保浇筑的科学稳固。六是堆石混凝土养护，主要是指保持堆石混凝土的湿润，避免暴晒。

3.3 优势对比

相比埋石砼，堆石砼有着较为明显的优势，虽然在直接成本上有所增加，如表1所示。

但在施工工期对比中，我们发现埋石砼浇筑施工工期为14个月，完成浇筑方量约为6万立方米。根据施工场地及施工机械配备条件不同，堆石砼浇筑速度一般为5000～20000立方米/月。结合本工程实际施工组织设计方案，月均浇筑速度约为5500立方米，施工工期为11个月，可节约工期21.4%。因此，采用新型堆石混凝土技术虽比设计的埋石混凝土方案增加投资10.14万元，但工期缩短了3个月，按18万元/月的施工成本计算，可节省投资54万元。所以实施结果比原方案节省投资43.86万元。优化后方案可行。

4 结束语

总而言之，堆石混凝土技术在拉里么水库工程建设中较为成功，优化方案具体可行。堆石混凝土技术对大坝建筑的工期和成本都具有重大意义。

参考文献

[1]韩健，张彩双，卢玲，等.堆石混凝土技术的研究与应用[J].中国水运（下半月），2013，12（23）.

[2]陈永兴.沥青混凝土心墙堆石坝施工仿真理论与应用研究[D].天津大学，2012，16（22）.

[3]谢越韬.自密实混凝土填充性能及堆石混凝土界面微观特性研究[D].清华大学，2014，22（16）.