自密实堆石混凝土在清油河水库枢纽工程中的应用

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(陕西省地下水管理监测局，陕西 西安 710003)

自密实堆石混凝土在清油河水库枢纽工程中的应用

胡滨，李小冰

(陕西省地下水管理监测局，陕西 西安 710003)

堆石混凝土技术是在自密实混凝土技术的基础上发展起来的一种新型大体积混凝土施工技术，其利用自密实混凝土的高流动抗离析性能，在粒径较大的块石内充填自密实混凝土而形成混凝土堆石体，具有低水化热、工艺简便、施工速度快、综合成本低廉、低碳环保等优点。该技术已在水利水电工程上已有较多应用并取得显著成果。简述了堆石混凝土技术的主要特点，介绍了堆石混凝土在清油河水库枢纽中的应用情况，并针对堆石混凝土和浆砌石以及碾压混凝土三种筑坝材料进行比较，得出结论堆石混凝土更优于另外两种筑坝材料。总结该技术的先进性将有助于该技术的推广并可为同类工程提供经验借鉴。

自密实堆石混凝土；水库枢纽；重力坝；设计

自密实混凝土(Self-Compacting Concrete，简称SCC)是指在浇筑过程中无需施加任何振捣，仅依靠混凝土自重就能完全填充至模板内任何角落和钢筋间隙并且不发生离析泌水的混凝土，已在工民建行业应用多年。

为了解决中小型工程中的大体积混凝土施工困难，科研人员利用自密实混凝土代替高流动砂浆充填堆石体施工工艺，研究出堆石混凝土工艺，即将一定粒径的堆石直接入仓，形成有空隙的堆石体，然后从堆石体上部倒入自密实混凝土，利用自密实混凝土的高流动抗离析性能，使自密实混凝土依靠自重自动填充到堆石的空隙中，形成完整，密实，有较高强度的混凝土。该技术于2003年提出，并于2005年获得国家发明专利的授权，目前为止已成功应用于筑坝、防洪、基础处理、出险加固等多个建设领域。例如山西清峪水库工程、广东长坑水库工程、福建杨庄防洪堤工程、四川向家坝水电站沉井填芯工程等。在施工成本、质量、效率、环境等方面得到了建设各方的认可与肯定。在2008年4月获得了水利部科技成果鉴定。自密实堆石混凝土虽然在多处成功应用，但目前国内对该混凝土的研究和应用还处于初期阶段，且每项工程的施工条件、原料条件也都不尽相同，清油河水库大坝是陕西省第一座使用自密实堆石混凝土的坝高超过50 m的大坝，因此结合工程实际开展自密实堆石混凝土技术研究非常必要。

1 自密实堆石混凝土技术

自密实混凝土的突出特点是拌合物具有良好的工作性能，即使在密集配筋和复杂形状的条件下，仅依靠自重而无需振捣便能均匀密实填满堆石的空隙，为施工操作带来极大方便。同时，兼有提高混凝土质量、改善施工环境、加快施工进度、提高劳动生产率、降低工程投资等技术先进性和创新性，自密实混凝土被称为“近几十年混凝土建筑技术最具有革命性的发展”。

自密实堆石混凝土(Rock Filled Concrete，简称RFC)，在粒径较大的块石(粒径在300 mm以上)内随机充填自密实混凝土而形成的混凝土堆石体。堆石混凝土作为一种新型的混凝土施工工艺，特别适合大体积混凝土的施工。堆石混凝土的水泥用量与碾压混凝土相当，单方水泥用量一般为70～90 kg，具有施工简单、水化热温升较低、质量容易得到控制等特点。堆石混凝土除强度、弹模等基本力学性能与普通大体积混凝土相近外，在施工速度、质量保证率、温控措施及降低施工成本等方面比常规混凝土或碾压混凝土都具有一定的优势。

1.1 低水泥用量与低水化热

C15～C25堆石混凝土只需要70～100 kg水泥，与常态混凝土相比减少了70%左右，绝热温升仅15℃～17℃，工程实测的大体积混凝土实际水化温升在10℃左右，可以减少甚至取消温控措施。

1.2 施工工艺简便，施工快速，缩短工期

堆石混凝土施工过程简单，最大限度地降低了混凝土仓面的施工人员和机械工作量，现场控制管理更加简便易行；堆石混凝土免除了混凝土浇筑的振捣工序，减少温控及层面处理措施，施工工艺简单流畅。实际工程应用表明，堆石混凝土技术采用机械化施工，能大幅提高大仓面素混凝土的施工效率，有效降低了工人技术水平和施工管理水平对工程质量的影响，能有效缩短工期。

1.3 显著降低施工成本

堆石混凝土使用了大量的块石作为原材料减少了胶凝材料用量，且施工工艺简单，其施工的综合成本在相同条件下较常态混凝土可降低10%～20%。

1.4 综合性能稳定，安全系数高

堆石混凝土具有大块岩石稳定堆积构成的骨架，具有优良的体积稳定性，体积收缩小，而自密实混凝土具有卓越的流动性能、充填性能和抗离析性能，使得堆石混凝土具有高密实度与高强度。

1.5 环境友好，使用面广

堆石混凝土减少水泥用量和大功率的碾压机械，可以减少温室气体排放和能量消耗，浇筑期间不需振捣，减少施工噪音，是一种环境友好的混凝土。国内应用十余年期间，已成功应用于筑坝、防洪、基础处理、出险加固等多个建设领域。

2 工程概况

清油河水库枢纽工程是一座拟修建在清油河干流上游的水源工程，位于陕西省商南县清油河镇团坪村下游0.6 km处，距商南县约18 km。清油河水库坝址控制流域面积145 km2，总库容984.00万 m3，属Ⅳ等小(一)型工程。工程枢纽主要由溢流坝段、非溢流坝段、引水孔和泄洪排沙洞等部分组成。最大坝高58.50 m，坝顶总长295.9 m，堆石砼重力坝体自左岸至右岸共分为12个坝段，主要工程量为：土石方开挖27.81万 m3，现浇砼4.46万 m3，自密实混凝土6.77万 m3，堆石8.28万 m3，固结灌浆6004 m，帷幕灌浆2 843 m。金属结构设备安装闸门7扇、电动蝶阀1个、启闭机7台，测压系统2套，超声波泥沙监控仪一套，闸门及埋件总量合计约194.39 t。

3 堆石混凝土挡水坝设计

3.1 坝体设计

清油河水库堆石混凝土重力坝采用上游面铅直、下游面650.5高程以上部分铅直，以下部分坡比采用1:0.7的结构形式。坝顶长度295.9 m，最大坝高58.5 m，坝顶宽度6.0 m，坝底宽39.0 m。

3.2 大坝基础处理

根据坝基岩体特性，结合重力坝设计和类似工程经验，大坝基础座落在弱风化岩体中部，即挖除全部的河床覆盖层、强风化岩体和部分弱风化岩体。考虑到开挖可能使坝基岩石松动，为保证大坝基础的整体完整性和承载能力，对坝基岩体进行固结灌浆处理，灌浆孔在坝基范围内均匀布置，孔向垂直于基岩面，灌浆孔深6.0 m，孔距3.0 m，梅花形布置。

为提高坝基接触面强度，防止沿基础接触面渗漏，并增强表层固结灌浆效果，须进行接触灌浆，接触灌浆在混凝土和岩体接触面上进行。

为保证坝体堆石混凝土与坝基岩石连接可靠和坝基固结灌浆的需要，在坝基设厚度1.0 m的C15常态混凝土垫层。

3.3 坝体、坝基防渗及排水

堆石混凝土重力坝采用高自密实性能混凝土防渗层作为大坝防渗体，防渗体厚度0.6 m，内置φ12@200单层钢筋网加强抗拉、抗裂和防渗性能。

为及时降低坝体渗透压力，排除渗透水流，在坝体内设排水系统。坝体排水管设置在高自密实性能混凝土防渗层后，设计采用无砂混凝土排水管，排水管将坝体排水汇集到基础灌浆廊道的集水井内，用水泵将集水抽排到坝体外。

为提高坝基渗透稳定，保证大坝安全，在重力坝基础进行帷幕灌浆。帷幕灌浆采用单排孔，其深度原则上深入透水率q<3 Lu的相对不透水层下3 m，帷幕灌浆最大深度20.5 m，帷幕灌浆孔距1.5 m，在重力坝左岸设长25 m，右岸设长50 m的帷幕灌浆平洞，以增加绕坝渗流的渗径。

为减小坝基扬压力，提高坝基稳定性，在帷幕后设置排水孔，排水孔孔距3.0 m，排水孔最大孔深10 m。基础灌浆廊道内设置排水井，内置排水泵将水抽至下游河道。

3.4 坝体混凝土

根据国内工程成功经验，本工程堆石混凝土坝体材料采用C15W4F50高自密实性能混凝土，坝体上游采用C25W8F100高自密实性能混凝土作为防渗层，基础垫层采用C15常态混凝土，溢流面、闸墩等结构采用C25常态混凝土。

3.5 坝体廊道和坝顶结构

根据灌浆、大坝监测、排水需要，按照简化坝体集中布置的原则，在坝基600m高程及坝坡设置1层多功能基础灌浆廊道。廊道设置在高自密实性能混凝土防渗层后，基础灌浆廊道断面尺寸为2.5 m×3.5 m，为圆拱直墙结构，衬砌为厚度0.8 m的C25钢筋混凝土衬砌。

重力坝坝顶高程655.50 m，坝顶上、下游侧均设置1.2 m高钢制栏杆，坝顶泄洪孔顶设工作桥，作为坝顶交通之用。

4 方案比选

清油河水库枢纽重力坝根据筑坝材料的不同，主要选择自密实堆石混凝土、浆砌石和碾压混凝土三种筑坝材料进行比较，枢纽结构布置均采用坝顶溢流的形式，布置相对集中紧凑，泄洪和引水建筑物均集于坝体内，管理运行较为方便。附近料场均能满足工程需要，且交通便利。

表1 筑坝材料比较表

自密实堆石混凝土重力坝、浆砌石重力坝和碾压混凝土重力坝方案在结构布置、坝基要求、坝体结构尺寸等方面基本相同，三种筑坝材料各有利弊，但是堆石混凝土施工快、造价较低、温度易于控制且环境友好。基于以上考虑，设计最终推荐自密实堆石堆石混凝土坝方案。

清油河水库自密实堆石混凝土重力坝，利用自密实混凝土充填大粒径块石，形成强度高，结构稳定的整体构件。堆石混凝土低水泥用量的特点降低了工程造价，节约资源，并且降低混凝土施工过程中的水化温升，通过分仓分层施工减少单次浇筑量。在保证堆石入仓能力和混凝土生产能力的基础上，可形成连续循环浇筑，极大的提高施工进度。

5 结语

堆石混凝土技术作为一种新型的大体积混凝土施工技术，由于其自身显著的特点和优势，目前已开始在不同的工程建设领域中推广应用。用自密实堆石混凝土建造的重力坝在工程造价、施工进度、温控、环保等方面有许多优越性。但目前堆石混凝土的研究和应用还处于初期阶段，在水利水电工程大坝尤其是高坝中应用较少，缺少实践经验。清油河水库枢纽工程设计通过方案比选采用该技术，缩短了施工工期，节约了工程投资，为今后堆石混凝土施工及类似工程的设计施工提供经验和借鉴。

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1004-1184(2017)05-0191-03

2017-06-08

胡滨(1980-)，男，陕西泾阳人，工程师 ，主要从事水利工程设计等方面工作。