堆石混凝土施工技術(shù)與工程應(yīng)用

薛秀清

（山西省水利建筑工程局 山西太原 030006）

1 堆石混凝土施工技術(shù)簡介

堆石混凝土(Rock-filled Concrete，簡稱RFC)施工技術(shù)是清華大學(xué)水利水電工程系發(fā)明并獲得國家發(fā)明專利授權(quán)的新型大體積混凝土施工技術(shù)，具有低碳環(huán)保、低水化熱、工藝簡便、造價低廉、施工速度快等特點。堆石混凝土是指先將滿足—定粒徑要求的塊石(或卵石)自然堆滿倉面，然后在堆石體表面澆注滿足特殊要求的專用自密實混凝土 (Self-Compacting Concrete，簡稱SCC)，無需振搗僅依靠其自重充填堆石體的空隙，所形成完整密實的混凝土，其構(gòu)成如圖1所示。

圖1 專用自密實混凝土充填堆石體形成堆石混凝土示意圖

堆石混凝土中堆石的體積比例一般可以達(dá)到55%~60%，能夠充分利用初級開采的石料或者開挖料中的大塊石，最大限度地降低了膠凝材料用量的同時還在骨料破碎、混凝土生產(chǎn)澆筑等施工環(huán)節(jié)上大大地節(jié)約了能源，減少了二氧化碳的排放，因此堆石混凝土技術(shù)是一種新型低碳環(huán)保的混凝土施工方法。堆石混凝土技術(shù)用于大體積混凝土施工還具有以下特點：

（1）低水泥用量與低水化熱

堆石混凝土可以充分利用粉煤灰、礦渣粉、石粉等活性或惰性摻和料，因此對于水泥的用量顯著降低，C20等級堆石混凝土中的水泥含量一般不超過80 kg/m3，絕熱溫升不超過15℃。在大體積混凝土施工中可以顯著簡化甚至取消溫控措施。

（2）工藝簡便，施工快速

堆石混凝土施工主要包括兩道工序：堆石入倉和專用自密實混凝土的生產(chǎn)澆筑。通過合理的施工組織設(shè)計，兩道工序均可以通過大規(guī)模的機(jī)械化施工來完成，減少了人工的投入，避免了人為的干擾。在完成一定堆石倉面后堆石入倉和混凝土生產(chǎn)澆筑可以平行進(jìn)行，工序間干擾小，生產(chǎn)效率成倍提升的同時還降低了設(shè)備生產(chǎn)強(qiáng)度的要求。簡化消除溫控措施、混凝土生產(chǎn)運(yùn)輸澆筑量減半且無需振搗等都為加快建設(shè)速度、縮短工期提供了強(qiáng)有力的保證。

（3）降低施工成本

堆石混凝土施工的綜合成本在相同條件下較常態(tài)混凝土可降低10%~20%，略低于埋石混凝土成本。主要通過三個方面實現(xiàn)：大量使用堆石減少膠凝材料用量；工藝簡單，可節(jié)約工期，同時節(jié)約管理成本；簡化或消除了溫控措施，澆筑過程免去了振搗工序減少了人工成本的投入。

（4）綜合性能穩(wěn)定，安全系數(shù)高

堆石混凝土是由相互搭接的堆石骨架和用于膠結(jié)堆石的專用自密實混凝土構(gòu)成的。堆石骨架在提高材料抗壓、抗剪強(qiáng)度，抑制干縮變形，提高結(jié)構(gòu)體積穩(wěn)定性等方面都有著顯著的效果；而專用自密實混凝土獨(dú)特的設(shè)計與工藝，使其具有卓越的流動性能、充填性能和抗離析性能，在澆注過程中不離析不泌水既保證了專用自密實混凝土的充填均勻性，又避免了混凝土與骨料膠結(jié)面過渡區(qū)薄弱層的產(chǎn)生。試驗研究和工程應(yīng)用證明：堆石混凝土容重通?？梢赃_(dá)到2 500 kg/m3以上，各項力學(xué)性能均能滿足設(shè)計要求，特別是在抗壓、抗剪強(qiáng)度方面有足夠的安全富余系數(shù)；抗?jié)B性能方面堆石混凝土滲透系數(shù)可達(dá)到10-11m/s（針對堆石混凝土本身），工程鉆孔壓水檢測透水率低于1 Lu：在抑制收縮、抗裂等方面堆石混凝土在工程應(yīng)用中也表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能。

2008年堆石混凝土技術(shù)通過了水利部組織的科技成果鑒定，獲得了以潘家錚院士為組長的專家組的肯定與鼓勵，同年堆石混凝土技術(shù)入選水利部科技重點推廣項目。2009年由水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計總院牽頭，清華大學(xué)、中國水利水電科學(xué)研究院和山西省水利建筑工程局等單位共同參與主編的《堆石混凝土與膠凝砂礫石筑壩技術(shù)導(dǎo)則》開始啟動，并于2012年7月完成了導(dǎo)則的送審稿，這將為堆石混凝土的工程應(yīng)用提供更加科學(xué)完善的支持和保障。

2 堆石混凝土工程應(yīng)用

堆石混凝土施工技術(shù)自2005年首次在北京某蓄水池工程中成功應(yīng)用以來，己在國內(nèi)10余個水利水電項目中成功應(yīng)用20余萬m3，在節(jié)省施工成本、加快建設(shè)速度、簡化施工工藝、保證施工質(zhì)量等方面發(fā)揮了積極有效的作用，得到了建設(shè)各方的一致好評，堆石混凝土的工程應(yīng)用情況見表1。

表1 堆石混凝土工程應(yīng)用情況匯總

堆石混凝土施工技術(shù)主要應(yīng)用于基礎(chǔ)處理、回填、擋土渣墻、大壩壩體等大體積素混凝土部位。堆石料主要采用開采的大粒徑塊石、開挖料中的大粒徑塊石（或卵石）等，經(jīng)初級篩分保留粒徑大于300 mm的石塊，通過自卸汽車直接運(yùn)輸至倉面自然堆積，施工場地狹小不具備上壩公路時可通過塔機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)等起重設(shè)備直接將堆石吊入倉面自然堆積，堆石厚度控制在1．5 m左右，利用強(qiáng)制式拌和機(jī)生產(chǎn)專用自密實混凝土，通過泵送直接澆注入倉，不具備泵送條件時也可采用溜槽、吊罐等澆注方式，澆注過程無需振搗。

山西省是使用堆石混凝土技術(shù)較早的省份，也是采用該持術(shù)施工項目最多的省份。山西省晉城市圍灘水電站最大壩高57.5 m，原設(shè)計為混凝土砌石重力壩，因施工進(jìn)度緩慢，施工質(zhì)量難以保證，后設(shè)計變更采用堆石混凝土澆筑大壩壩體，共澆筑堆石混凝土4.12萬m3。堆石入倉（見圖2）工序采用自卸汽車直接運(yùn)至倉面內(nèi)堆積，配置了一臺挖掘機(jī)進(jìn)行局部調(diào)整和平倉。專用自密實混凝土生產(chǎn)采用雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)，配備砂石料自動稱量系統(tǒng)，使用袋裝水泥、粉煤灰人工輔助計量入料；混凝土攪拌完成出機(jī)后，使用混凝土輸送泵入倉（見圖3）。圍灘水電站堆石混凝土月澆筑量可達(dá)到1．8萬m3，約為原細(xì)石混凝土砌石的3倍左右。堆石混凝土施工技術(shù)的應(yīng)用為圍灘水電站搶回了延誤的工期，提高了工程質(zhì)量，確保了大壩的按期竣工。

恒山水庫坐落在山西省渾源縣城南5 km北岳恒山腳下，大壩為混凝土雙曲薄拱壩，是我國第一座實驗性拱壩，最大壩高69 m，建筑物級別為三級。1960年竣工后又在1964年進(jìn)行了第一次加固維修，1966年蓄水至今已經(jīng)運(yùn)行了近50年，大壩出現(xiàn)了左壩肩抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不足，壩體混凝土受高寒地區(qū)影響力學(xué)指標(biāo)、抗?jié)B、抗凍性能均不能滿足設(shè)計要求。中國水科院對此工程進(jìn)行了除險加固設(shè)計，采用了堆石混凝土對原壩體下游面加厚。堆石混凝土施工技術(shù)的使用簡化了溫控措施。受施工場地所限，加固工程不具備汽車上壩的條件，因此采用了塔機(jī)進(jìn)行堆石入倉，配備兩臺0.5 m3的雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)（見圖4），以及自動配料系統(tǒng)，專用自密實混凝土經(jīng)過混凝土罐車運(yùn)輸約2 km后通過混凝土泵送入倉。恒山水庫加固工程（見圖5）共澆筑堆石混凝土3.6萬m3，歷時2年(施工月份12個月)竣工，與常態(tài)混凝土方案相比縮短了1/3的工期（常態(tài)混凝土施工需3年）。

3 室內(nèi)試驗和工程質(zhì)量檢測情況

室內(nèi)試驗和工程檢測的數(shù)據(jù)見表2及表3。

圖2 堆石入倉

圖3 泵送澆筑

圖4 混凝土拌和摟

圖5 恒山加固現(xiàn)場

表2 堆石混凝土部分試驗結(jié)論

表3 堆石混凝土部分工程檢測數(shù)據(jù)

4 結(jié)束語

堆石混凝土施工技術(shù)在我國日趨完善，隨著《堆石混凝土與膠凝砂礫石筑壩技術(shù)導(dǎo)則》的發(fā)布，將豐富和完善我國的筑壩技術(shù)體系，也將為國際壩工界做出我國的貢獻(xiàn)，必將在越來越多的工程項目中使用，因此，堆石混凝土施工技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景。