尧都区仙洞沟水库堆石混凝土施工技术现场试验

裴林刚

（临汾市尧都区水利局 山西尧都041000）

1 工程概况

仙洞沟水库位于汾河一级支流仙洞沟河上，坝址位于临汾市城区以西35 km的南仙洞庙宇景区北侧的沟道内，是一座集农业灌溉、防洪缓洪、生态用水、泉域补水、景区供水等综合性利用水利工程。水库控制流域面积91.6 km2，河长17 km，纵坡30‰。水库总库容109.6万m3，属小（1）型水库，工程等别为Ⅳ等，主要建筑物为4级，包括拦河坝、泄洪排沙底孔和放水洞等。拦河坝为堆石混凝土重力坝，坝顶宽5～19.5 m，坝顶全长77.55 m，最大坝高61.4 m。

堆石混凝土（Rock-Filled Concrete，简称RFC）首先将满足一定粒径要求的大块石/卵石直接入仓，形成有空隙的堆石体，然后在堆石体表面浇筑满足特定要求的高自密实混凝土（High Self-Compacting Concrete，简称HSCC），依靠自重，填充堆石空隙，形成完整、密实、低水化热、满足强度要求的混凝土。采用堆石混凝土技术施工形成的混凝土可称为堆石混凝土，其基本力学性能接近普通混凝土，但在水化热温升、施工速度、造价等方面有较大优势。

2 试验过程

此次堆石混凝土施工技术现场试验，分为试验1仓和试验2仓共2组，进行对比试验。按照试拌结果确定的现场施工配合比浇筑。

2.1 现场原材料及检测

1）试验1仓。对试验1仓所采用的人工砂和天然砂的颗粒级配和水洗筛余量进行检测。经检验，人工砂含石20%，水洗含粉20%，浇筑前检测人工砂含水量3.3%；天然砂含石4.8%，含泥2%，浇筑前检测天然砂含水量4.2%。

2）试验2仓。对施工用砂进行更换，全部改用人工砂，替换后的砂子水洗含粉8%；浇筑前检测砂子含水2%，试拌时根据检测结果调整配合比。现场更换后的人工砂与更换前的人工砂情况对比如表1所示。

表1 人工砂更换前后对比情况

2.2 配合比

1）试验1仓。根据现场原材料检测数据调整试拌，确定现场施工配合比并生产，单盘拌合量为1 m3。现场试拌配合比见表2。

表2 试验1仓现场试拌配合比 单位：kg

2）试验2仓。根据现场原材料检测数据调整试拌，确定现场施工配合比并生产，单盘拌合量为1 m3。现场试拌配合比见表3。

表3 试验2仓现场试拌配合比 单位：kg

2.3 施工流程

仙洞沟水库堆石混凝土的主要施工流程包括模板支立、堆石筛选及冲洗、堆石入仓、高自密实性能混凝土生产及浇筑等工序。

1）模板支立。试验仓的模板为木模板，主要采用内拉方式立模，模板与基础面空隙均采用砂浆封闭处理。模板较为牢固，模板之间缝隙较小，支模效果好。

2）堆石筛选及冲洗。堆石在料场经挖掘机筛选后装入自卸车后运往冲洗点，由人工使用高压冲毛机在车内冲洗堆石；由于高压冲毛机出水量较小，不能有效冲洗车内堆石，因此在堆石入仓前再次使用水管进行冲洗。两种冲洗方式相结合能有效洗掉堆石表面的石粉、泥土，冲洗效果良好。

3）堆石入仓。堆石冲洗干净后由人工配合挖掘机完成堆石入仓工序。由于受模板内拉筋的影响，靠近模板部位不能使用挖掘机堆石，该部位主要采用人工码石。

4）高自密实性能混凝土生产、运输及浇筑。高自密实性能混凝土生产时，现场拌合站为全自动电脑控制，原材料均有自动称量系统。采用罐车运输。试验1仓采用泵送浇筑。试验2仓采用挖掘机直接浇筑。

2.4 堆石混凝土性能检测

1）芯样外观及破坏性检测评价。通过对所取芯样外观进行检测，结果表明，密实良好，无明显缺陷；块石与自密实混凝土结合紧密。通过对已浇筑的堆石混凝土进行机械破坏性检测，结果表明，堆石混凝土内部无空洞，密实性良好，与芯样外观检测结果是一致的。

2）自密实混凝土抗压强度检测。在自密实混凝土生产浇筑过程中，留取了15 cm×15 cm×15 cm的立方体试块，用于检测自密实混凝土不同龄期的抗压强度（表4）。

表4 自密实混凝土不同龄期的抗压强度

自密实混凝土试块28 d龄期强度能够满足C15的设计要求；强度偏高，后续施工过程中可对配合比进一步优化，提高其经济性。

3）孔压（注）水试验。根据《水利水电工程钻孔压水试验规程》（SL31-2003）中的相关规定，对于试验段的1#钻孔，孔深0.9 m，有效压水段长0.8 m，采用三级压力五个阶段分别进行压（注）水试验，评价堆石混凝土抗渗性能，采用单点法压水试验的成果计算方法，试验结果见表5。

表5 孔压（注）水试验结果

由以上数据可以看出，最大透水率q=0.54 Lu，根据《胶结颗粒料筑坝技术导则》（SL678-2014）规定，堆石混凝土坝防渗标准透水率应小于3 Lu，满足防渗要求。

4）层间不凿毛结合质量评价。试验1仓浇筑完成后混凝土面未做凿毛处理，继续完成试验2仓浇筑；通过对实验2仓及实验1仓结合面处取芯观察，在层间结合部位上、下层混凝土不能有效粘结，结合质量较差。为保证后续施工堆石混凝土层间结合质量，仍需对仓面进行凿毛处理。

3 试验结果分析

1）试验1仓。对试拌的高自密实混凝土的工作性能进行检测，混凝土初始塌落扩展度为710～750 mm，V型漏斗通过时间为11 s，保塑1 h后塌落扩展度为720～740 mm，V型漏斗通过时间为11 s，混凝土有轻微泌浆现场，工作性能和保塑性能满足要求。

2）试验2仓。对试拌的高自密实混凝土的工作性能进行检测，混凝土初始塌落扩展度为670～700 mm，V型漏斗通过时间为12.5 s，保塑1 h后塌落扩展度为720～740 mm，V型漏斗通过时间为12.7 s，工作性能和保塑性能满足要求。因本次浇筑现场更换浇筑用砂，混凝土保塑性能过强，浇筑过程中有后滞泌水现象。

3）高自密实性能混凝土的自密实性能与原材料性能有密切关系，特别是与原材料中粉体的含量及砂细度模数的变化有关。试验2仓通过替换施工用砂，降低了用水量，水泥用量还可以优化，配合比仍具有进一步优化的空间。高自密实混凝土试块28 d龄期强度能够满足C15的设计要求；抗压强度偏高，配合比需进一步优化，以提高其经济性。

4 结语

利用现场材料和设备，成功拌制了自密实混凝土。通过罐车运输泵送及挖掘机浇筑的方式，完成了堆石混凝土的浇筑。对浇筑完成的堆石混凝土，通过钻孔取芯、压水试验、破坏堆石混凝土等检测，结果表明，堆石混凝土不仅具有良好密实度，同时还具有良好的抗渗性能，其强度指标也能满足工程要求。