自密实堆石混凝土技术在永宁水库工程中的应用

傅志达，王浩军，郑永锋，徐海勇

(1.浙江省水利水电勘测设计院， 浙江 杭州 310002；2.浙江广川建设有限公司， 浙江 诸暨 311800)

自密实混凝土(Self-compacting Concrete，简称SCC)，具有高流动性、不离析、均匀性和稳定性好的特点，浇筑时依靠其自重流动，无需振捣而达到密实的混凝土。其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，只要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。而且兼有提高混凝土质量、改善施工环境、缩短施工工期、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革命性的发展”[1]。目前在水利工程中其广泛的应用，均取得了较好的技术、经济和社会效益[1-10]。

1 工程概况

永宁水库位于诸暨市城关镇东部，行政区属枫桥镇永宁村，坝址距诸暨市城关镇26 km，距枫桥镇9 km，有公路直通，交通极为便利。

坝址位于诸暨市枫桥镇石砩自然村，水库功能以防洪为主，结合供水，兼顾灌溉等综合利用。坝址以上集水面积73.6 km2，水库总库容2 388 万m3，正常蓄水位44 m，正常蓄水位以下库容1 332 万m3，坝顶高程51.0 m。根据规划要求，永宁水库建成后流域年均供水量为1 159 万m3，灌溉农田820 ha2。工程主要建筑物由主坝(含泄水、供水和放水建筑物)、副坝及管理生活区等组成。主坝坝型为混凝土重力坝，1#副坝坝型采用自密实堆石混凝土重力坝，2#副坝坝型为常态混凝土重力坝。

2 设计应用

2.1 结构设计

按抗剪断公式和材料力学方法对坝基抗滑稳定及坝基面应力进行计算。计算结果表明：左岸1#坝段坝基应力最大值为0.25 MPa，小于强—全风化岩石承载力标准值0.50 MPa，各工况抗滑稳定安全系数及坝基应力均满足规范要求，计算成果见表1。

表1 1#副坝典型断面稳定及坝基应力计算成果表

1#副坝较原设计各项数据不变，包括高程、坝高、坝宽及上部结构等。根据现场情况，设计延长坝轴线的同时，仅对坝体、底板、刺墙及防渗面板的施工材料及施工方式进行了调整。调整后指标比较表见表2，1#副坝典型断面见图1。

表2 调整后指标比较表

图1 1#副坝典型断面图

2.2 地基处理

根据坝基地质条件，1#副坝至主坝左岸坝肩高程40 m一线山脊上部基岩岩性为橄榄玄武岩，岩石风化剧烈，工程地质条件较差，接触带为强透水通道，存在坝基渗漏问题。

通过地质资料分析，坝基采用防渗帷幕，防渗帷幕孔布置于上游基础面，1#副坝坝基及两侧岸坡帷幕灌浆孔设1排，孔距1.0 m。要求伸入相对隔水层(q≤5 Lu)以下5 m。左岸帷幕与山体相连，右岸帷幕与主坝左岸帷幕相连，形成封闭的防渗体系。

防渗处理的同时采用固结灌浆处理，范围为整个坝基。固结灌浆孔的方向应根据现场裂隙形状，使钻孔方向尽量垂直于节理裂隙面。灌浆孔应呈梅花形布置，孔距及排距均为3.0 m，遇横缝位置可做适当调整。

2.3 构造设计

1#副坝共设置4道横缝，每道间距20 m。迎水侧横缝内设止水铜片一道，止水铜片鼻子内填SR填料，缝宽2 cm，内嵌聚乙烯闭孔低发泡塑料板。止水铜片底板伸入基岩内的止水坑内，采用C25W4细骨料微膨胀混凝土回填。止水处理断面图见图2。

图2止水处理断面图(单位：cm)

3 质量控制措施

(1) 基础准备。建基面清理：岩石基础建基面在破碎锤开挖清理后再用人工清理，高压水泵冲洗，混凝土建基面用高压水冲毛机冲毛，局部用人工手风镐凿毛。

(2) 砂石料系统。施工用粗骨料按二级配轧制，最大粒径40 mm。在石料场开采加工，施工用砂在沙滩挖取后，经破碎、筛分和清洗后运到料场。

(3) 混凝土拌和系统。在1#副坝下游侧空地布置强制式拌和站一座，配2台拌和机，供自密实性混凝土拌制用。

(4) 垂直运输。配置履带式吊机一台，混凝土装入吊罐后用履带吊入仓。

(5) 堆石料入仓。考虑模板的配套，堆石混凝土分层厚度为2.0 m，在堆石入仓前根据防渗体厚度先在底板上放出堆石范围的样线，以保证混凝土防渗层的厚度。堆石入仓是制约堆石混凝土施工速度和控制成本的关健环节，而采用自卸汽车直接将堆石运至仓面是最为经济的方式。施工第一层堆石采用修通施工道路以自卸车倒车入仓，要求尽量堆高，同时采用挖掘机平仓。第二层堆石由挖掘机进行入仓、平仓，靠近模板部位的堆石用人工堆放。堆石高度自下游向上游倾斜；将粒径大的堆石布置在仓面的中下部，粒径小的堆石布置在仓面的中上部。在堆石混凝土的施工过程中，堆石体部分的外露面其所含的粒径需小于200 mm的石块量不能超过10 块/m2，同时不能集中。对于堆积在仓面的堆石块粒径小于200 mm的应将其清除。堆石面高度有适量块石高出混凝土浇筑面50 mm～150 mm。

(6) 拌制。自密实混凝土采用强制式搅拌机拌制，混凝土的级配须严格按照试验室的实验数据(见表3)进行施工，并通过调整骨料粒径、含水率以达到数据要求。生产过程中每个台班应不小于二次测定含水率，当含水率发生变化时，需增加测定的次数，同时根据检测的结果及时调整原来数据中的用水量及骨料用量，切不可毫无根据的调整配合比。与生产常规混凝土相比适当延长搅拌时间(一般为90 s左右，低温时延长至120 s，高温时可降低至60 s)。出机的自密实混凝土的坍落度一般控制在26 cm～28 cm，扩散度在65 cm～75 cm，V形漏斗通过时间7 s～25 s，泌水率≤1%，自密实性能稳定性≥1 h。保证各项性能指标均达到设计要求。

表3 混凝土实验材料用量表

(7) 自密实混凝土运输。由于拌和站就布置在1#副坝边，因此自密实混凝土的运输采用拌和机出料→装入泵车→泵送入仓。料斗中的自密实混凝土采用挖掘机挖装入混凝土汽车泵泵斗中，严禁挖装时向自密实混凝土加水。

(8) 自密实混凝土浇筑。

① 浇筑顺序。自密实混凝土浇筑之前需检查模板、支架及预埋件等的位置和尺寸，在确认正确无误后才可进行浇筑。对于浇筑成型的堆石混凝土表面外观有要求的部位，为了防止表面产生气泡，浇筑时应在模板的外侧进行辅助敲击。运抵现场的混凝土自密实性能不满足要求时不施工，需采取添加外加剂搅拌等已经试验确认的可行方法来调整混凝土自密实的性能。混凝土的浇筑应保持连续性，浇筑速度保证在初凝前完成相邻浇筑点混凝土覆盖，浇筑时的最大自由落下高度不超过5 m。浇筑点应呈规则的均匀布置，浇筑点的间距需不超过3 m，其浇筑过程中需遵循单向逐点浇筑的原则，在每个浇筑点浇满后方可移动至下一浇筑点浇筑，浇筑点的位置不可重复使用。施工现场的仓面浇筑原则为两个：浇筑点距离不超过3 m；沿仓面短边或从上游往下游进行“S”形路线浇筑。浇筑时防止模板、定位装置等的移动和变形。

② 浇筑层面处理。堆石混凝土在收仓时，应达到结构物所设计的顶面之外，同时自密实混凝土的浇筑应使适量的块石高出浇筑面约5 cm～15 cm，浇筑顶不宜采取人工平整，以达到加强层面结合的目的。堆石混凝土抗压强度在达到2.5 MPa之前，不能进行下一仓面的准备工作。若有防渗要求的堆石混凝土，在新老混凝土结合的基础仓面上，需对混凝土乳皮清除、包括表层裂缝以及由于泌水造成的低强混凝土(砂浆)和嵌入表面的松动堆石，同时用高压水冲毛或进行有效的凿毛，凿毛深度达到监理要求后再进行下一道工序。仓面清理完成后，保证仓面的清洁，无积水存在。

(9) 温控与防裂措施。

① 自密实混凝土的配合比设计应合理减少水泥用量。宜采用中、低热水泥。

② 施工中应避免薄块长间歇，浇筑块体不宜早期过水。

③ 无须布置冷却水管。在夏季高温施工时，可在工作面采取必要的辅助温控措施，亦可选在夜间等相对低温时段进行施工。

(10) 养护。

① 施工过程中，仓面应保持湿润。若遇光照强烈或大风干燥时，应对工作面进行喷雾或表面水分补偿的施工措施，保持表面不发白。

② 正在施工或刚碾压完毕的仓面，应防止外来水流入。

③ 施工间歇期间，堆石料终凝后即应开始保湿养护。对施工缝，养护工作应持续到上一层堆石开始铺筑为止；对永久暴露面，养护时间不宜少于28 d，有特殊要求的部位宜适当延长养护时间。

4 质量检测

为检测堆石混凝土的施工质量，分别进行了试块抗压强度、抗渗性能、抗冻性能的检测[11-12]。按照《水工混凝土实验规程》[13](SL 352—2006)中的相关实验方法进行检测，其检测结果见表4～表6。所检测内容，均取得了良好的效果。

表4 混凝土试块抗压强度检测成果汇总表

表5 混凝土试块抗渗性能检测成果汇总表

表6 混凝土试块抗冻性能检测成果汇总表

5 施工效益简评

采用常态混凝土作为坝体填筑材料的施工技术成熟，工程实例较多，且无需开采大量的块石，但其施工过程水泥用量很大，特别是本工程大体积混凝土的浇筑，有着水化热影响显著、施工过程中温控措施要求高、施工质量控制难度较大等不利因素，从而加大工程总投资的缺点。

采用堆石混凝土作为坝体材料，能较好的解决常态混凝土施工过程中的问题。因堆石混凝土是利用高流动性、抗分离性能好、穿透能力强的高自密性能混凝土充填堆石空隙形成密实的混凝土，具有低水化热、施工质量控制简便有效、浇筑过程速度相对较快、节能低碳等特点，从而节约工程总投资。近几年国内众多水利工程都采用堆石混凝土作为建筑物材料，工程完工后均运行良好。

1#副坝投入使用自密实堆石混凝土表明，在加强对施工的组织和管理以及质量控制的条件下，采用堆石混凝土技术能够达成质量优、快施工、降投资的工程理想效果，同时又有良好的经济效益。工程投资比较表见表7，综合分析见表8。

表7 工程投资比较表

表8 综合分析表

6 结 语

自密实堆石混凝土技术优势明显，在保证混凝土强度的同时，可避免常规大体积混凝土浇筑的温控风险，加快施工工期，减少工程投资。永宁水库1#副坝作为浙江省第一例采用自密实堆石混凝土技术的工程，填补了该项技术在浙江省应用的空白。本工程的设计，对研究浙江省建设工程采用堆石混凝土有非常重要的意义，为堆石混凝土技术在浙江地区建设领域的应用提供了经验借鉴。

参考文献：

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[11] 胶结颗粒料筑坝技术导则：SL 678—2014[S].北京：中国水利水电出版社，2014.

[12] 混凝土重力坝设计规范：SL 319—2005[S].北京：中国水利水电出版社，2005.

[13] 水工混凝土实验规程：SL 352—2006[S].北京：中国水利水电出版社，2006.