自密实堆石混凝土重力坝施工技术应用研究——以甘肃省某堆石混凝土重力坝为例

郭金喜

（甘肃水利工程地质建设有限责任公司，730000，兰州）

自密实堆石混凝土重力坝拥有较高的安全性、可靠性、耐久性和对不同地形、地质条件较强的适应性，被广泛应用于各类大型水利枢纽中。目前，国内外学者和工程研究人员对自密实堆石混凝土重力坝已有广泛研究，如金峰首先提出堆石混凝土（RFC）即自密实混凝土（SCC）在堆石体中流动充满堆石体而形成的完整混凝土；银俊梅通过围滩水电站堆石混凝土坝体施工案例，对自密实堆石混凝土重力坝的施工技术进行了介绍；郝晓敏以口上水库堆石混凝土重力坝为例，指出使用自密实堆石混凝土筑坝可提高坝体抵御洪水风险的能力，且比较适用于均匀开阔的大仓面施工；Celik K等研究了自密实波特兰水泥混凝土的力学性能、耐久性和生命周期评估及其在大体积混凝土结构物中的应用；Ivedal M等利用有限元法对自密实堆石混凝土重力坝的应力和滑动稳定性进行了分析。由于堆石混凝土重力坝施工周期较长、工程量浩大，且施工技术极其复杂，一旦坝体工程质量不达标，必然会造成严重影响。因此，加强堆石混凝土重力坝施工技术研究具有重大意义，本文以甘肃省内某大型水库自密实堆混凝土重力坝工程为例，开展了相应研究。

一、工程概况

本文所指的某自密实堆石混凝土重力坝为一引水工程,位于金强河右岸支流石门河上，距离甘肃省武威市天祝县城32 km。枢纽挡水建筑物采用自密实堆石混凝土重力坝，总库容538万m3，正常蓄水位2 896.90 m，设计洪水位为2 897.21 m，校核洪水位为2898.97m，坝顶高程2899.10m。

工程水库坝址山体基岩出露，两岸山体高大陡峭，高差大于100 m。石门河为该坝址区的最低侵蚀基准面，现代河床面高程2 862 m，河床宽约20 m，河床、漫滩含漂石砂卵砾石层厚度6～7 mm。坝址右岸为马鞍型的基岩陡崖地形，左岸则为基岩陡坡地形，河谷为宽约50～60 m的U形峡谷。奥陶系统中上组基岩构成坝肩、坝基的基础岩石，基岩在水库区、坝址大面积出露，岩性主要是致密性块状基性凝灰岩，岩性坚硬而脆。河床滩堆积层、坝址河漫由全新统冲洪积含卵砾石漂石砂构成，厚度6～7 mm。另有形成洪积扇的洪积碎石分布于坝址斜坡脚坡洪积碎石土、冲沟口土处。

表1 设计配合比W/P=0.8；C%=25

表2 试验确定的施工配合比W/P=0.95；C%=45

该自密实堆石混凝土重力坝工程具体包括大坝堆石的填筑、自密实混凝土和坝顶防浪墙等混凝土浇筑、坝体止水、坝体内部埋件工程等。

二、自密实堆石混凝土简介

自密实混凝土具有很高的自密实性能，其拌合物即使在配筋密集状态下，仅靠自重作用便能均匀密实成形。与普通混凝土相比具有高间隙通过性、高流动自填充性、抗离析性等三方面优势。自密实混凝土在满足高耐久性以及强度要求的同时，其拌合物具有良好的流动性从而不泌水、不离析，可实现不振捣便自动流平的作用，并充满模型，坍落度损失小。由于其施工性能好，水泥用量少，废渣利用率高，能够节省人力、财力和物力，加快施工进度，降低混凝土综合造价，避免振捣不实而造成的蜂窝麻面等缺陷。在施工中检测扩展坍落度、V形漏斗、坍落度、保塑性，是保障自密实混凝土施工质量的重要手段。

三、施工技术

1.自密实堆石混凝土选材

①水泥：祁连山水泥集团公司生产的祁连山牌R42.5水泥（P.O42.5）。

②砂石骨料：天祝金强河砂石料场生产，砂的细度模数2.93、砂中含石16.38%，石子连续级配、最大粒径约20 mm。

③水：石门河水质良好，适合人畜饮水，施工用水直接在河道内汲取。

④掺和料：西固电厂、连城电厂生产的Ⅱ级粉煤灰。

⑤外加剂：北京华石纳固公司生产的自密实混凝土专用外加剂。

⑥块石：指定料场在库区左岸距坝址500 m处山体，钻爆法开采，个别巨石风钻小药量解小，挖掘机选料装自卸汽车倾倒在水质清澈的石门河河道内，挖掘机翻转冲洗后将洁净合格的块石运输至储料场。

2.自密实混凝土配合比选定

①专用自密实混凝土使用的配合比由专利授权的北京华实水木科技有限公司通过配合比设计提供，如表1所示。

②自密实混凝土施工生产配合比确定。由于施工现场气温较低，混凝土初期强度增长缓慢，结合现场原材料对原设计配合比重新调整，以满足施工生产要求。最终现场试配确定的施工配合比见表2。

③在施工过程中，专用自密实混凝土配合比根据砂石筛分数据对原材料用量进行折算调整。

3.自密实混凝土拌和

①采用双卧轴强制式搅拌机进行自密实混凝土拌和，与生产常态混凝土相比则应适当延长搅拌时间。

②自密实混凝土配合比在使用过程中，可根据自密实混凝土质量动态信息及时调整。

③生产过程中测定其骨料含水率的每个工作班不应少于2次。含水率发生显著变化时，则需要增加测定次数，并依据检测结果及时调整用水量以及骨料用量，不得随意改变配合比。

4.自密实混凝土的取样和检验

①自密实混凝土主要检测项目、频次要求和控制标准如表3。

②自密实混凝土拌和物与自密实混凝土拌和物的质量检测。自密实混凝土不需振捣，仅靠其自重作用即可填充密实，故自密实混凝土工作性能检测方法与常态混凝土不同，主要采用坍落度、坍落扩展度试验以及V形漏斗等试验进行检测。自密实混凝土的坍落度、坍落扩展度、V形漏斗通过次数每4h检测不少于1次，出泵口自密实性能必须满足以下要求：坍落度为250～280 mm，坍落扩展度为600～750 mm，V形漏斗通过时间为7～25 s，自密实性能稳定性≥1 h。

③自密实混凝土拌合物的质量控制效果。2013年9月至2015年9月自密实共计浇筑130仓，自密实坍落度规定值 250～280 mm，检测225次，最小值 251 mm，最大值 279 mm；塌落扩展度规定值650～750 mm，检测218次，最小值650 mm，最大值721mm；V 形漏斗规定值 7～25 s，检测225次，最小值9 s，最大值19 s。检测值均符合要求，数据显示自密实混凝土性能稳定，达到了质量要求。

四、施工组织

1.自密实混凝土运输

①根据浇筑仓位采用混凝土罐车运输、塔吊吊罐或泵送，运输速度控制需保证堆石混凝土施工的连续性。

②初凝时间需根据运输时间以及现场情况而定，若需要延长运送时间，则应采取一定技术措施保证自密实混凝土凝结质量，并通过精确的试验验证。

③卸料前需将搅拌运输车高速旋转1 min后再卸料。

④在自密实混凝土卸料前，需加入专用外加剂后方可对自密实混凝土扩展度进行调整，自密实混凝土搅拌运输车应高速旋转3 min，使自密实混凝土均匀一致，卸料前需检测合格。

表3 原材料主要检测项目、频次和控制标准

2.堆石混凝土浇筑

（1）堆石入仓

①堆石的运输宜采用自卸车直接入仓、装载机和塔吊入仓等方式。在入仓道路上需设置冲洗台等装置对车轮进行冲洗，从而避免车轮工作过程带入泥土。

②基础仓混凝土强度达到5 MPa以上时，堆石方可入仓。

③为了减小夹带泥土对浇筑质量的影响，必须清洗干净石料表面附着的泥土，堆石入仓时不得将泥土带入仓面，在浇筑前应先清除干净已带入仓内的泥土，再浇筑自密实混凝土。

④为了避免仓内下层低龄期混凝土产生微裂缝，在堆石入仓过程需保证不对基础仓混凝土产生较大冲击。

⑤每仓堆石厚度控制在1.5～2.0 m范围内。

（2）自密实混凝土浇筑

①为了确保浇筑质量，浇筑前须做好准备工作。检查模板、堆石，并进行验收。根据粗细骨料的含水率，通过试验对混凝土配合比进行调整。检查水泥、粉煤灰、掺和料等用量是否满足浇筑需求，搅拌机械设备是否正常运转，泵送管道是否通畅，以保证混凝土浇筑的连续性。

②浇筑采用两台立式搅拌机搅拌，送入混凝土输送泵，由输送泵用管道送至布料机。布料机控制浇筑点，浇筑点间距不超过3 m，在施工过程中间距一般控制在2.5 m左右，布料机安置在中心点位置即可全面覆盖浇筑点。

③每一浇筑点要一次性浇满，单一逐点浇筑，不可重复。浇筑高度一般控制在2 m内，大坝施工时每仓浇筑高度为1.5 m。必须在浇筑点的自密实混凝土填满后方可移至下一浇筑点浇筑，浇筑顺序为单向顺序，不可在仓面上往复浇筑。

（3）浇筑层面的处理

①混凝土收仓时，除达到结构物设计顶面以外，自密实混凝土浇筑高度以大量块石高出浇筑面50～150 mm为限，从而加强层面结合。

②不得在堆石混凝土抗压强度达到2.5 MPa之前进行下一仓面的准备工作。

③水平缝施工时进行凿毛处理。

五、结 语

自密实堆石混凝土在大体积混凝土工程中应用前景广阔，尤其是在堆石混凝土重力坝施工中。本文通过该自密实堆石混凝土重力坝施工案例，总结了自密实堆石混凝土重力坝的施工组织与施工技术，得出该工程中自密实堆石混凝土坝型与传统坝型相比的优越性。一是充分利用当地堆石料资源，可就近开采，便于运输。二是堆石料快速入仓，浇筑混凝土不需振捣，大大提高了生产效率。三是自密实混凝土是一种强度高、耐久性好的高性能混凝土，选用自密实混凝土提高了混凝土质量，增加了构件设计自由度；该坝体结构充分利用块石的吸热及导热特点，能够大幅度减少坝体浇筑过程的温度控制措施，最大限度降低工程造价。

文中所涉及的工程水库大坝的自密实堆石混凝土经过试验、检测后，发现具有优良的密实度、抗压强度以及良好的抗渗性能，其技术具有创新性和先进性。自密实堆石混凝土主要用于水库大坝施工，被称为“近几十年混凝土技术最具意义的发展”，这一新技术、新工艺在甘肃省首次用于水库大坝施工，缩短了工期、最大程度降低了工程投资，施工中所取得的经验能够为全省乃至全国同类工程提供一定借鉴。 ■

参考文献：

[1]金峰,等.堆石混凝土及堆石混凝土大坝[J].水利学报,2005(11).

[2]银俊梅.自密实堆石混凝土在围滩水电站的应用及试验研究[J].水利建设与管理,2012(2).

[3]郝晓敏.口上水库堆石混凝土大坝施工技术初探[J].山西水利,2015(11).

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[10]Ivedal M,Sundström M.Stress and Sliding Stability Analysis of Songlin Rock-filled Concrete Gravity Dam[J].2016.