堆石混凝土在口上水庫工程建設(shè)中的應(yīng)用

白小丹

（山西水務(wù)投資集團(tuán)有限公司，山西 太原 030002）

1 工程概況

口上水庫位于昔陽縣東冶頭鎮(zhèn)口上村附近，距離昔陽縣城35 km，控制流域面積1462 km2，是一座以農(nóng)村人畜飲水、農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼顧工業(yè)和城鎮(zhèn)生活供水的?。ㄒ唬┬退畮?。水庫大壩為曲線型堆石混凝土重力壩，最大壩高58.4 m，壩長120 m，壩頂高程647.9 m，壩頂寬6 m，壩底寬54.4 m，總庫容495萬m3。大壩分為4個(gè)壩段，壩體內(nèi)部采用堆石混凝土，上下游面設(shè)置鋼筋混凝土防滲面板，溢流表孔的面層、閘墩、導(dǎo)墻，泄流沖砂底孔的底板、側(cè)墻，以及廊道等部位為普通混凝土。堆石混凝土工程量約5.7萬m3，普通混凝土工程量約4.6萬m3。

2 堆石混凝土應(yīng)用

2.1 堆石混凝土簡介

堆石混凝土是利用自密實(shí)混凝土高流動性、不離析和不泌水的特點(diǎn)，不需振搗、依靠自重充填自然堆積的石塊空隙形成完整密實(shí)的混凝土，能夠大量使用工程機(jī)械，工藝簡便、施工強(qiáng)度高，而且塊石占堆石混凝土50%以上體積可以充分利用大壩開挖產(chǎn)生的大塊石。相比普通混凝土，最大限度地降低了膠凝材料用量，水化熱低；可以簡化甚至取消溫控措施，加快了施工進(jìn)度；人工投入少，可減少因工人技術(shù)水平的不同而造成的混凝土質(zhì)量波動，質(zhì)量穩(wěn)定。施工過程主要包括堆石體的入倉和自密實(shí)混凝土的澆筑。

2.2 施工工藝

2.2.1 堆石料選取及入倉

堆石料要求飽和抗壓強(qiáng)度不得小于40 MPa，大壩石方開挖料實(shí)際檢測飽和抗壓強(qiáng)度65.2 MPa，因此選用開挖料中新鮮完整、質(zhì)地堅(jiān)硬、無剝落層和裂紋的石灰?guī)r塊石作為堆石料，后經(jīng)自制工字鋼方孔篩網(wǎng)篩出，將堆石料粒徑控制在30～100 cm之間。實(shí)際堆石粒徑30～50 cm，50～80 cm，大于80 cm的入倉比例約為25%，60%，15%。

在上壩道路途中設(shè)坡度為20°的斜面堆石料清洗平臺，篩分好的堆石料經(jīng)自卸汽車運(yùn)輸至清洗平臺，采用水泵沖洗，保證堆石料含泥量≤0.5%，沒有泥塊。自卸汽車底部設(shè)直徑10 cm的排水口，結(jié)合有坡度的清洗平臺排凈積水后運(yùn)至壩體澆筑倉面。

在壩體澆筑倉面入口處施工道路上鋪設(shè)30 cm厚的碎石料并用水泵沖洗，保證運(yùn)輸機(jī)械的輪胎不污染倉面。塊石由自卸汽車運(yùn)送至倉面自然堆積，避免在倉面多次周轉(zhuǎn)倒運(yùn)，如無法滿足堆高要求必須輔以反鏟挖掘機(jī)倒運(yùn)時(shí)，則需在倒運(yùn)結(jié)束后，將卸料倒運(yùn)的倉面重新清掃，清除掉落的小石塊和石屑，以免影響堆石混凝土層間結(jié)合。參考清峪水庫大壩澆注施工經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)確定鋪設(shè)層高度為1.8 m。

2.2.2 原材料選擇及配合比

自密實(shí)混凝土所需原材料與普通混凝土基本一致，原材料除滿足國家和行業(yè)的相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)外，還應(yīng)結(jié)合堆石混凝土施工特點(diǎn)具體考慮。

普通硅酸鹽水泥的選取應(yīng)符合《通用硅酸鹽水泥》標(biāo)準(zhǔn)，并選用多個(gè)品牌水泥與外加劑進(jìn)行相容性試驗(yàn)，檢測是否出現(xiàn)外加劑用量過高、工作性能損失過快、緩凝甚至不凝以及混凝土靜止泌水等問題。

細(xì)骨料選用當(dāng)?shù)丶壟淞己玫闹写趾由?，粗骨料使用自有砂石料場生產(chǎn)的5～20 mm粒徑的碎石，最大粒徑不超過20 mm，針片狀顆粒含量不超過8%，性能指標(biāo)符合《水工混凝土施工規(guī)范》規(guī)定。

摻合料的選取按照《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》要求，選用陽泉第二電廠的Ⅱ級粉煤灰。拌和用水使用施工現(xiàn)場山體深層裂隙滲水，經(jīng)檢測達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)水溫自然保持在17℃左右，有利于混凝土的溫控要求。

外加劑選用堆石混凝土專用外加劑，性能指標(biāo)符合《混凝土外加劑》《水工混凝土外加劑技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，經(jīng)現(xiàn)場自密實(shí)砂漿試驗(yàn)檢測，滿足初始擴(kuò)展度250～300 mm、靜置1 h后初始擴(kuò)展度≥95%、V型漏斗通過時(shí)間5～15 s和泌水率≤1%的要求。

自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)：首先通過選取不同型號的外加劑與水泥、粉煤灰進(jìn)行適應(yīng)性凈漿試驗(yàn)，確定合適的外加劑；然后利用現(xiàn)場砂料進(jìn)行砂漿試驗(yàn)，選取合理的水膠比、砂率和粉煤灰摻量；再調(diào)整單方骨料和外加劑用量進(jìn)行混凝土試驗(yàn)，得到基準(zhǔn)配合比；最后調(diào)整配合比參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)，選定科學(xué)適用的配合比。該工程進(jìn)行凈漿、砂漿和混凝土試驗(yàn)128組，最終選定的堆石混凝土專用自密實(shí)混凝土配合比為：水泥166 kg/m3，粉煤灰265 kg/m3，水175 kg/m3，砂 910 kg/m3，石子 756 kg/m3，外加劑 7 kg/m3。

2.3 堆石混凝土施工

2.3.1 倉面處理

基巖面要撬挖松動巖石，清除浮石虛渣，用高壓沖毛機(jī)將基巖面沖洗干凈并排凈倉內(nèi)積水；先澆筑1 m厚普通混凝土墊層再進(jìn)行堆石施工。堆石混凝土澆筑頂面留有塊石棱角，且層間塊石棱角高出自密實(shí)混凝土頂面5～20 cm。堆石混凝土層間結(jié)合一般不進(jìn)行鑿毛，只需清除表面積水及浮渣，但對于表面積大于0.5 m2的自密實(shí)混凝土平整面，為保證層間結(jié)合質(zhì)量，待終凝后使用高壓沖毛機(jī)對混凝土施工縫進(jìn)行沖毛。后續(xù)堆石鋪筑前將工作面沖洗干凈，清除嵌入混凝土表面的松動堆石、排除積水，保證層間接觸效果。

2.3.2 架設(shè)模板

堆石混凝土施工采用兩種模板：一種是外撐式懸臂式大鋼模，其剛度和強(qiáng)度能夠抵抗自密實(shí)混凝土產(chǎn)生的側(cè)向壓力，模板間縫隙小于2 mm并粘貼海綿條以防止漏漿；另一種是用50 cm厚的漿砌塊石墻替代模板，用錨筋同堆石混凝土錨固。漿砌石墻模板采用M20水泥砂漿砌筑，不低于堆石混凝土C15的強(qiáng)度等級。在模板附近堆石時(shí)，盡量選用粒徑小的塊石，且需離開模板20～50 cm。

2.3.3 混凝土制備

按照配合比制備的自密實(shí)混凝土入倉前進(jìn)行普通混凝土性能檢測，以及坍落度、擴(kuò)展度、含氣量和V型漏斗通過試驗(yàn)等檢測?？谏纤畮靿误w澆筑使用的自密實(shí)混凝土性能檢測情況為：坍落度265~280 mm，擴(kuò)展度680~745 mm，含氣量3.1%，V型漏斗通過試驗(yàn)7~12 s，自密實(shí)性能穩(wěn)定性不小于2 h。

2.3.4 澆筑控制

自密實(shí)混凝土入倉時(shí)應(yīng)保證澆筑的連續(xù)性，避免出現(xiàn)冷縫。堆石混凝土澆筑倉面較大，采用垂直于澆筑倉面的對角線“Z”字型布置澆筑點(diǎn)，從距離輸送泵最遠(yuǎn)的澆筑點(diǎn)向輸送泵方向“Z”字單向順序澆筑，不可在倉面重復(fù)澆筑。每個(gè)澆筑點(diǎn)控制范圍不大于9 m2，自密實(shí)混凝土灌滿澆筑點(diǎn)后拆卸混凝土輸送管進(jìn)行下一點(diǎn)的澆筑，保證自密實(shí)混凝土連續(xù)流動、完全填充塊石的空隙，自密實(shí)混凝土的澆筑高度應(yīng)低于堆石面5～15 cm，以利于增強(qiáng)和上層堆石混凝土的粘結(jié)及減少自密實(shí)混凝土的澆筑量。

2.4 質(zhì)量檢測

2.4.1 力學(xué)及耐久性能試驗(yàn)

試塊制作方法與普通混凝土大致相同，在試塊制作過程中，依靠混凝土自重成型。90 d齡期抗壓強(qiáng)度平均為25.4 MPa，檢測結(jié)果滿足90 d抗壓強(qiáng)度15 MPa、抗凍F50和抗?jié)BW2的設(shè)計(jì)力學(xué)性能及耐久性要求。

2.4.2 預(yù)埋孔密實(shí)度檢測

在大壩倉面堆石體中預(yù)埋直徑5 cm的鋼管，自密實(shí)混凝土澆筑完成后，在混凝土終凝時(shí)拔出，采用軟管攝像頭和注水試驗(yàn)對孔內(nèi)密實(shí)度的觀測評定堆石混凝土的密實(shí)性，實(shí)際觀測缺陷面積均小于2%，滿足孔內(nèi)缺陷面積不得超過總面積5%的設(shè)計(jì)要求。

2.4.3 堆石混凝土容重及孔隙率

在大壩高程609.623 m、樁號B0+021.93處人工使用風(fēng)鎬和撬棍挖取直徑1.2 m、深度1 m的試坑，采用挖坑灌水法進(jìn)行密度和空隙率試驗(yàn)。堆石混凝土檢測容重為2564 kg/m3、空隙率為2.53%，滿足堆石混凝土容重2450 kg/m3的設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)語

目前，口上水庫大壩堆石混凝土施工結(jié)束，通過嚴(yán)格的質(zhì)量控制，其各項(xiàng)檢測指標(biāo)均優(yōu)于設(shè)計(jì)要求，充分發(fā)揮了堆石混凝土在混凝土重力壩的優(yōu)異性能，且比同標(biāo)號普通混凝土節(jié)省投資約70元/m3，縮短工期約45 d。堆石混凝土技術(shù)在口上水庫工程建設(shè)中的成功應(yīng)用，可為同類工程借鑒。