自密實堆石混凝土在海南水利工程中的首次應(yīng)用

曾玲玲

（海南宏生勘測設(shè)計有限公司，海南 ?？?571100）

自密實堆石混凝土在海南水利工程中的首次應(yīng)用

曾玲玲

（海南宏生勘測設(shè)計有限公司，海南 ?？?571100）

娜姆水庫首次在海南省采用自密實堆石混凝土筑壩技術(shù)，體現(xiàn)了海南水利向綠色生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變。工程實施后效果顯著，取得了良好的效果和顯著的經(jīng)濟效益。文章對該工程設(shè)計難點及先進性進行對比分析，指出在施工過程中應(yīng)該注意的問題，對該技術(shù)在我省水利工程中的應(yīng)用進行推廣。

自密實堆石混凝土技術(shù)；首次應(yīng)用；娜姆水庫

為實施生態(tài)立省戰(zhàn)略，樹立綠水青山就是金山銀山的理念，海南省娜姆水庫除險加固工程設(shè)計率先采用自密實堆石混凝土技術(shù)（Rock Filled Concrete，簡稱RFC）。該技術(shù)能充分利用初級開采的石料，最大限度降低膠凝材料用量，同時，在骨料破碎、混凝土生產(chǎn)澆筑等施工環(huán)節(jié)上大大節(jié)約能源，減少二氧化碳的排放，具有施工速度快、質(zhì)量高、成本低等優(yōu)點，在海南水利水電工程建設(shè)中具有廣闊的發(fā)展前景。

1 工程概況及存在問題

1.1 工程概況

娜姆水庫位于海南省?？谑行阌^(qū)東山鎮(zhèn)境內(nèi)的南渡江支流南面溪上游，壩址以上集雨面積2.0km2，河流比降6.85‰，水庫總庫容69萬 m3，是一座以灌溉為主，結(jié)合防洪、養(yǎng)魚等綜合效益的水利工程。水庫大壩為堆石壩，壩頂總長250m，壩頂寬2.5m，原壩頂高程60.0m，設(shè)計正常高水位58.0m，最大壩高5.0m。該水庫于1959年1月動工興建，當年竣工發(fā)揮效益。

1.2 工程存在問題

該水庫在運營過程中發(fā)現(xiàn)，由于大壩清基不徹底，產(chǎn)生不均勻沉降，造成壩頂凹凸不平，加上大壩壩體堆筑質(zhì)量差，下游壩排水棱體失效，壩體及壩基滲漏嚴重，涵管與壩體接觸帶嚴重滲漏，下游壩腳大量積水，嚴重影響水庫正常發(fā)揮效益。經(jīng)水庫防洪標準復(fù)核表明，復(fù)核后壩頂高程應(yīng)為61.92m，比原有的壩頂高程60.0m高1.92m，水庫大壩的實際抗洪能力不能滿足防洪安全要求，嚴重威脅大壩安全。經(jīng)安全鑒定需進行除險加固，加固內(nèi)容包括重建主、副壩，新建永久溢洪道及放水涵洞等。

2 設(shè)計方案的比較與選擇

2.1 壩型方案選擇

在選擇壩型方面主要考慮娜姆水庫周圍屬玄武巖剝蝕殘丘地貌單元，庫盆主要由第四紀全新統(tǒng)沖洪積相的高液限粘土，道堂組玄武巖及其風化殘坡積的低液限粘土組成。經(jīng)調(diào)查，附近幾公里無適合建壩的土料，故建均質(zhì)土壩條件不成熟。由于壩址段全為玄武巖，如果選用重力壩，能充分利用當?shù)厥?，?jié)省投資。通過對埋石混凝土重力壩和自密實堆石混凝土重力壩兩種設(shè)計方案進行比較，埋石混凝土造價為476.88元/m3，自密實堆石混凝土造價為383.32元/m3，綜合施工工藝、安全系數(shù)、抑制收縮、抵抗開裂變形等因素比對后認為：充分利用當?shù)靥烊皇?，采用自密實堆石混凝土技術(shù)具有工期短、成本低和節(jié)能低碳等特點，因此，在進行了充分論證后，選用了經(jīng)濟效益高的自密實堆石混凝土重力壩方案。

自密實堆石混凝土的特點是將大粒徑塊石自然入倉，形成有空隙的堆石體，然后澆入自密實混凝土，利用其自有流動性完全充填堆石體空隙，形成完整密實的混凝土結(jié)構(gòu)。

2.2 壩基處理方法

壩址區(qū)地層巖性相對較復(fù)雜，軟弱土層主要分布于庫區(qū)及低洼河谷表部，黑褐色，主要由粘粒成分組成，層厚在0.8～1.50m左右，為地表沖洪積相的高液限粘土，滲透系數(shù)6.0×10-5cm/s，承載力70kPa；中風化玄武巖分布于整個壩址區(qū)，灰黑色、巖質(zhì)堅硬，氣孔狀構(gòu)造，局部裂隙發(fā)育，透水率為8 lu，屬弱透水巖體，可作為壩址區(qū)相對隔水層，承載力1500kPa，層厚在4.0～8.0m左右。下伏為含砂低液限粘土，棕黃色，主要由粘粒成分組成，混石英質(zhì)中粗砂，滲透性較弱，承載力130kPa，層厚大于8.00m。針對上述復(fù)雜的地質(zhì)情況，對壩址基礎(chǔ)根據(jù)不同地段不同地質(zhì)條件，采用不同的處理方法，對松散的基巖全部清除干凈，對已風化嚴重的玄武巖開挖到中風化層，對有高液限粘土層地段全部清除，對裂隙發(fā)育的基巖用水沖刷干凈后刻槽澆筑處理。這樣做有利于自密實堆石混凝土在施工中不流漿，要求基礎(chǔ)開挖基槽平均深度0.8～1.2m，確保澆筑自密實堆石混凝土與基礎(chǔ)連接效果好。通過多種處理方法，使基礎(chǔ)處理達到設(shè)計要求。

3 施工技術(shù)與工藝

3.1 原材料基本要求

用于澆筑堆石體的自密實混凝土質(zhì)量決定著整體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，故施工要求嚴格。

自密實堆石混凝土施工要求水泥選用普通硅酸鹽水泥；摻合料采用粉煤灰，應(yīng)滿足2級灰的標準；細骨料應(yīng)選擇中沙或中粗沙作為專用自密實堆石混凝土的細骨料，有利于實現(xiàn)自密性能和降低成本；粗骨料最大粒徑不宜大于20mm；外加劑選擇流動性，抗離折性和強充填性，而且要具有較強時間的自密實性能保持時間，堆石料選用新鮮、完整、質(zhì)地堅硬，堆石料的粒徑原則上大于300mm。堆石料的強度應(yīng)根據(jù)設(shè)計標準滿足強度要求，見表1。

表1 強度標號對應(yīng)抗壓強度表

3.2 混凝土配合比

自密實堆石混凝土重力壩在海南屬首次應(yīng)用。沒有適合本地的施工經(jīng)驗可借鑒，特別是結(jié)構(gòu)質(zhì)量影響大的自密實混凝土料的配比，在工程設(shè)計階段，我們結(jié)合本省實際，認真研究滿足高流動性、抗離析、高填充性能混凝土配合比，經(jīng)過多次配合比優(yōu)化試驗，不斷調(diào)整配比參數(shù)，完成了娜姆水庫工程自密實堆石混凝土的配合比設(shè)計，得到了更經(jīng)濟實用的優(yōu)化配合比（此項已委托國家建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測中心進行相關(guān)檢測，所有檢測結(jié)果表明項目自密實混凝土配合比能滿足C20W 6F50的設(shè)計要求）。在使用過程中還可根據(jù)現(xiàn)場拌和情況，調(diào)整相關(guān)指標，所調(diào)整的施工配合比允許與理論配合比有所變化，其中砂石用量可在±5%的范圍內(nèi)調(diào)整，水泥用量可在-10～20kg的范圍內(nèi)調(diào)整，粉煤灰用量在-20～10kg的范圍內(nèi)調(diào)整，水膠比變化范圍不得超過-0.02～0.01的范圍。

3.3 施工工藝

基礎(chǔ)倉面處可按常規(guī)混凝土的處理方法進行。堆石入倉應(yīng)嚴格滿足堆石料的要求，允許使用少量粒徑小于300mm的小石塊，但不得集中堆放；每層堆石厚度可按1.50～2.00m左右控制。在建基面進行堆石入倉前，須澆筑一層3～8cm厚的自密實混凝土，并在自密實堆石混凝土初凝前將堆石埋入混凝土中，從而確保自密實堆石混凝土與基礎(chǔ)結(jié)合良好。

模板安裝要求縫隙小于2mm；防止漏漿的發(fā)生，在堆石體與模板之間應(yīng)留大于10cm的空隙作為保護層，澆筑自密實堆石混凝土時，嚴禁在倉內(nèi)加水。如發(fā)現(xiàn)混凝土和易性較差，應(yīng)采取加強措施。在澆筑過程中澆注點應(yīng)均勻分布于整個倉面，其間距不得超過3m，必須在澆注點的自密實混凝土填滿后方可移至下一澆注點澆注，澆注順序應(yīng)做到單向順序，不可在倉面上往復(fù)澆注。在完成澆注后表面的塊石較少，可利用石料篩選剩余的小塊石拋入倉面進行平倉工作。

自密實堆石混凝土的養(yǎng)護，在澆筑完成自密實堆石混凝土后，養(yǎng)護前宜避免受太陽暴曬，應(yīng)在澆筑完畢6～18h內(nèi)開始灑水養(yǎng)護?；炷琉B(yǎng)護時間不宜少于28d。

4 技術(shù)特點及優(yōu)點

自密實堆石混凝土是利用自密實混凝土的高流動、抗分離性能好以及自流動的特點，在粒徑較大的塊石內(nèi)隨機充填自密實混凝土而形成的混凝土堆石體。在大體積混凝土應(yīng)用方面，自密實堆石混凝土與普通混凝土有著明顯的優(yōu)勢，首先由于混凝土內(nèi)堆石量達到55% ～60%，大塊石可直接利用，碎石用于骨料，減少了水泥用量。在能耗和環(huán)境方面，降低了水泥和人工骨料生產(chǎn)的高能耗、高排放對環(huán)境和資源造成的影響；經(jīng)濟方面，澆筑過程不需振搗，施工簡單，質(zhì)量易控制，使得綜合單價低；工程質(zhì)量方面，對于大體積混凝土降低了水化熱、結(jié)構(gòu)收縮小、抗裂能力強等使其有了廣泛應(yīng)用前景。

4.1 經(jīng)濟效益與低碳環(huán)保

自密實堆石混凝土重力壩型與同等類型的混凝土重力壩型進行經(jīng)濟分析，可節(jié)省工程造價25%左右。由于采用自密實堆石混凝土，可以充分利用工程區(qū)附近的塊石，最大限度地降低了膠凝材料用量，因此可節(jié)約水泥55%左右，同時減少水泥生產(chǎn)中空氣污染排放。對比同樣條件下混凝土重力壩施工，自密實堆石混凝土重力壩在骨料破碎、混凝土生產(chǎn)等施工環(huán)節(jié)上節(jié)約了能源，降能耗約30%。

4.2 綜合性能穩(wěn)定，安全系數(shù)高

試驗研究和工程應(yīng)用證明：自密實堆石混凝土容重通?？梢赃_到2500kg/m3以上；各項力學(xué)性能指標均能滿足設(shè)計要求，特別是在抗壓、抗剪強度方面有足夠的安全富余系數(shù)；抗?jié)B性能方面自密實混凝土滲透系數(shù)可達到10～11m/s，工程鉆孔壓水檢測透水率能夠滿足低于1Lu的要求；在抑制收縮、抵抗開裂方面自密實混凝土在工程應(yīng)用中也表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能。

5 結(jié)語

自密實堆石混凝土技術(shù)在娜母水庫大壩建設(shè)中的應(yīng)用為海南省水利水電工程建設(shè)的首例應(yīng)用。工程竣工后，專家組考核驗收認為：該工程各項指標不但滿足設(shè)計要求，而且施工工期縮短了1/3，工程造價節(jié)約了25%，是一項技術(shù)創(chuàng)新成果，具有顯著的社會效益和經(jīng)濟效益，適合推廣應(yīng)用。目前該成果已起到示范帶動作用，東方市采用該成果建造的毛號水庫已竣工驗收投入運行。經(jīng)對上述工程進行總結(jié)認為：項目設(shè)計中對摻合料的選擇要適應(yīng)海南當?shù)氐木唧w情況，使該項新技術(shù)在海南具有更廣泛的應(yīng)用前景。

［1］JGJ/T283-2012.自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程［S］.

［2］SL274-2001.碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范［S］.

［3］羅傳雄.廣東首座自密實堆石混凝土重力壩-長坑水庫［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計，2013（01）.

［4］任倉鈺.石門河水庫大壩自密實堆石混凝土施工技術(shù)研究［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計，2016（09）：94-97.

［5］劉國棟，張強，朱甲學(xué).自密實堆石混凝土在水電站水毀修復(fù)工程中的應(yīng)用［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2012（06）：45-47.

［6］侯保國.山西首座自密實堆石混凝土拱壩加固項目-恒山水庫［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計，2013（02）：49.

［7］金峰，安雪暉，石建軍，等.自密實堆石混凝土及自密實堆石混凝土大壩［J］.水利學(xué)報，2005，36（11）：1347-1352.

［8］朱賽，邊峰.自密實堆石混凝土重力壩設(shè)計案例分析及應(yīng)用中的技術(shù)改進［J］.水利水電技術(shù)，2014，45（11）：85.

［9］尹蕾.自密實堆石混凝土的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［J］.水利水電技術(shù)，2012，43（07）：1-4.

［10］海南省?？谑心饶匪畮斐U加固工程地質(zhì)勘察（可研、初設(shè)）報告［R］.2012.

［11］海南省?？谑心饶匪畮斐U加固工程設(shè)計報告［R］.2012.

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1672-2469（2017）10-0156-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2017.10.044

2017-08-18

曾玲玲（1982年-），女，工程師。