自密实堆石混凝土重力坝施工技术与应用研究

金正伟

（安徽水利开发有限公司，安徽 蚌埠 233000）

1 概述

近年来，国家加大了水资源匮乏地区的水利工程建设的投入，新建了一批水库大坝工程进行调蓄。堆石混凝土坝是比较常见的一种坝体，这种坝体混凝土占比达到60%～75%，施工过程中水化热不易散失，坝体容易出现温度裂缝和渗水，工程质量不易保证；施工多以人工操作为主，过程中需要加强振捣以及对层间进行凿毛处理，工效较低，不利于环保。

为解决传统堆石混凝土坝施工容易出现的问题，安徽水利开发有限公司通过在山西省沁水县云首水库工程对堆石混凝土坝施工技术进行不断改进和总结，形成了一套成熟、高效的自密实堆石混凝土重力坝施工技术，该技术有效减少了混凝土用量、节省了人工，无需振捣和层间混凝土凿毛，坝体层间防渗效果明显，工程质量和工效显著提高。

2 工艺原理

针对传统堆石混凝土坝需要大量人工操作、工效低且施工质量不易控制的缺点，本技术利用专用自密实混凝土的自重流动性和填注性能，采用机械化作业方式，在无需振捣的情况下，随机、均匀地填注块石坝体留下的空隙，通过对层间结合面设置凹槽防渗处理工艺，形成完整、密实、低水化热、满足强度要求的堆石混凝土坝体。

3 施工工艺流程及操作要点

3.1 施工工艺流程

施工准备→基础面处理→模板安装→石料入仓（石料筛选及冲洗）→自密实混凝土生产、运输、浇筑→自密实堆石混凝土养护→混凝土面板施工→验收。

3.2 操作要点

（1）施工准备

建立施工区域测量控制网，对坝体基面进行测量定位，按照设计分缝要求放样出坝体施工范围线；掌握施工范围内水文、地质及环境等资料，做好管理和作业人员教育、交底；对水泥、块石、钢筋及止水等原材料进行检测，确保原材料合格。

（2）基础面处理

首先将基岩面上的松动岩石进行撬挖，清除浮石虚渣，用空压机或高压水枪将细渣清理干净，仓内积水排净；砂砾石及土质坝基开挖完成后进行碾压或夯实，经承载力试验等检测合格后浇筑混凝土垫层。

混凝土垫层上浇筑自密实混凝土，对仓面进行凿毛，以增加层面粘结力，防止产生冷缝；之后每层浇筑的混凝土顶面留有块石棱角，且层间块石棱角高于自密实混凝土顶面5～15cm，堆石混凝土施工缝只需作冲毛处理。

（3）模板安装

优先使用钢模板，尺寸不小于0.6m×1.5m（宽×高），面板厚度大于2.5mm。模板安装采取内拉外顶方式，提前预埋上一层模板锚筋，模板与锚筋要连接加固好。模板与仓面缝隙用水泥砂浆或粘贴2cm 宽的双面胶带进行封闭，以防漏浆。

（4）堆石入仓

块石在料场经挖掘机筛选后装入自卸车后运往冲洗点，由高压冲洗设备对车内块石自动冲洗；在块石入仓前再次使用水管进行冲洗，并将自卸汽车的车轮冲洗干净，通过两次冲洗有效洗掉块石表面的石粉、泥土等杂物，保持入仓块石干净。

块石采用自卸汽车运输入仓；模板、止水带、大坝分缝部位附近0.5～1.0m 位置辅以人工堆石入仓，尽量选用粒径较小的块石，且保持堆石与模板面15～40cm 的距离。

每层堆石仓面高度根据坝体浇筑要求以及工艺试验确定：堆石高度一般控制在1.0～1.5m 之间，最大堆石高度不超过2m；大坝背水侧每层堆石按照台阶状进行施工，台阶宽度控制在1m，以增加与混凝土面板的结合；堆石率控制在0.55～0.58 体积，堆石结束后封闭预留的通道模板。

块石入仓完成后，采用挖掘机或装载机平仓，局部采用人工配合平仓，仓内的块石体积应“下大上小，中大外小”。堆石平仓完成经自检和监理工程师验收后，再进行自密实混凝土浇筑。

（5）自密实混凝土生产

检测进场的粗细骨料的密度、含水率、含泥量及坚固性等指标，确保各项指标达标。按照理论配合比在施工现场进行试拌验证，通过验证后，根据最优施工配合比进行自密实混凝土拌制；水胶比变化误差范围控制在-0.02～0.01 内。自密实混凝土由拌和站集中拌制，搅拌时间约60s，拌制完成经混凝土流动度和扩散度检测合格后出机运输。

（6）自密实混凝土的运输

采用混凝土搅拌车运输，正常控制在30min 内卸料完毕，最长时间不能超过60min。

（7）自密实混凝土浇筑

自密实混凝土浇筑前检查模板、支架及预埋件的位置、尺寸，确定无误后方可进行浇筑。混凝土浇筑采用泵送方式入仓，提前浇筑1～3m3的自密实砂浆，保持输送泵管润滑通畅，30min 内完成浇筑。

自密实混凝土浇筑要保持连续性；浇筑仓面较大时，采取多点浇筑且均匀布置方法：一般采取9m2布置一个浇筑点，浇筑点间距不大于3m。施工时做到单向逐点浇筑顺序，由远及近，不可在仓面重复浇筑。控制好混凝土浇筑的高度，混凝土面一般要低于堆石面，同时混凝土浇筑顶面不采用人工凿毛，以加强层面结合。

每层混凝土浇筑时，沿坝体横断面顶部多浇筑高0.1m、宽0.2m 的混凝土，使坝体每层断面形成一个凹槽，以延长渗径，提高防渗效果；浇筑上层自密实混凝土前只需对下层两侧多浇筑的混凝土凿毛即可。整个仓面浇筑完成，混凝土强度达到2.5MPa以后，才能进行下一仓面施工。

（8）自密实堆石混凝土养护

自密实混凝土浇筑完成后根据气温变化及时采取洒水及保温等养护措施，混凝土养护时间不宜少于7d。

（9）混凝土面板施工

根据放样定位在各仓面上将插筋预埋至自密实堆石混凝土内；预埋插筋梅花型布置，深入堆石坝体内1m。面板钢筋提前预制，采用坡面运输台车按绑扎、焊接先后顺序运送至仓内拼装。

止水安装前，基座表面先进行干燥处理，采用喷灯等进行烘烤，然后在其表面涂刷3mm 厚沥青乳胶，边涂刷边进行PVC 橡胶垫片粘贴，用特制木掌轻轻在其表面锤击，以便粘贴牢固、紧密、平整。橡胶垫片每隔5m 采用水泥钉固定，以防止其下坠。

采用钢木组合模板和定型钢组合支撑，模板高度严格按照设计面板厚度进行控制。滑模采用型钢定制，试滑试验无误后将滑模由坝顶滑至坡脚就位。每仓架设主溜槽1 条，安装完成后，进行清仓和冲仓处理，做好验仓、开仓准备。

混凝土由搅拌车运输至集料斗卸料，溜槽垂直运输至仓面。浇筑时首先进行面板周边三角区混凝土和底部第一层混凝土的浇筑；面板混凝土每层厚度为25～40cm 为宜，第一层混凝土布料振捣密实后，立即布料第二层混凝土，每浇完一层混凝土滑升高度约25～30cm。混凝土浇筑完成后及时进行养护，养护时间不少于28d。

4 材料与设备

4.1 材料

水泥：选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，强度不低于42.5MPa；水泥复检按同品种、同强度、同批号不大于400t 作一批次进行检测。

碎石、砂：按进场不大于600t 作一批次进行检测。

粉煤灰：采用的粉煤灰不低于Ⅱ级；粉煤灰复检按同品种同等级同批号不大于200t 作一批次进行检测。

水：拌和用水应满足《水工混凝土施工规范》（SL677-2014）要求。

外加剂：符合《水工混凝土外加剂技术规程》（DL/T5100-2014）要求。

块石：采用毛石、块石或粗料石、卵石，石料粒径不小于30 cm，且不大于1.0m；堆石料应新鲜、完整，质地坚硬，无分化；堆石料不允许含有泥块，含泥量小于0.5%。

4.2 设备（见表1）

表1 自密实堆石混凝土重力坝施工设备类型及参数表

5 施工注意事项

5.1 质量控制

（1）现场生产性工艺试验：确定最优施工配合比、分层厚度、浇筑及养护时间控制等施工技术参数；确定施工机械的种类和数量以及施工组织形式和人员配备等。

（2）堆石体外露面所含有的粒径小于200mm 的石块数量不得超过10 块/m2，且不得集中；石块露出浇筑面的高度为50～150mm 且不超过石块高度的1/3，保证与周边混凝土的结合；纵缝在模板拆除后采用人工凿毛，凿毛面积≥90%，凿毛深度≥3cm。

（3）开仓前对自密实混凝土配合比、拌合物塌落度、塌落扩展度等指标进行检测，每4h 检测不少于1 次。

5.2 安全措施

（1）开工前，项目分级做好技术、安全交底，交底内容应明确操作要点及安全注意事项，各工种操作人员须培训合格后持证上岗；落实安全保障措施，现场采取封闭施工，设置安全警示标志；向施工作业人员发放安全帽、安全带、口罩、手套等劳动保护用品。

（2）施工电源主要采用外部系统电源，现场配备发电机作为备用电源；做好临电、机电设备检查和调试，定期检查其完好性。

（3）施工脚手架的搭设应符合安全要求，验收合格后方可使用，每班施工前要进行安全检查。

（4）高边坡、施工道路交叉口、转弯处等必须设置警示、慢行等标识、标牌；施工车辆的行驶速度≤20km/h。

5.3 环保措施

（1）健立健全环保管理组织机构，编制环境保护和水土保持方案指导施工。对施工存在的污染源进行评估，确定工程施工过程中存在的污染源等级。对于重大污染源制定防治预案并编制演练计划。

（2）施工区域设置自动喷淋系统；拌和站水泥输送采取全封闭形式；施工噪声控制在限值范围内。

（3）施工区域内污水必须通过沉淀池处理后才能排放；固体废弃物通过集中运输至指定地点作无害化处理；施工机械废气排放必须符合环保要求。

（4）施工区域设置良好的排水系统，防止水土流失，施工过程中特别是恶劣天气（强降雨）要加强巡视检查。

6 项目成果及效益分析

6.1 项目成果

通过山西沁水县云首水库工程实践，总结有以下特点：坝体每立方米混凝土体积占比为0.42～0.45，混凝土用量减少，综合造价降低；堆石入仓和混凝土浇筑可采用机械化作业，提高工效的同时避免减少人为因素造成的施工质量不稳定现象。以沁水县云首水库大坝为例（混凝土4.89 万m3)，坝体采用C20 自密实堆石混凝土（混凝土占比为0.45）与传统堆石混凝土（混凝土占比为0.65）相比，通过测算可节约成本约273 万元；由于工效提高，缩短了工期，经济效益显著。

6.2 社会效益

自密实堆石混凝土施工技术成功解决了大体积混凝土容易出现施工裂缝的难题，提高了混凝土耐久性，以及传统堆石混凝土施工中容易出现的渗漏问题；通过利用大量经济且容易获得的块石或卵石作为原材料，可就地取材，显著减少了水泥用量和二氧化碳排放；混凝土浇筑无需振捣，有效减少了施工噪音污染，节能环保效果显著。同时该技术施工方便，既缩短了工期，又降低了施工成本，对中小型水库大坝、公路和市政工程中的挡墙、防洪堤以及建筑物加固等建设有很好的指导意义和应用价值，具有良好的经济社会效益