自密实堆石混凝土在水库重建工程中的应用

郝 路

（ 中工武大设计研究有限公司，湖北 武汉 430205 ）

自密实堆石混凝土在水库重建工程中的应用

郝 路*

（ 中工武大设计研究有限公司，湖北 武汉 430205 ）

自密实堆石混凝土具有高密实、水化温升小、工艺简单、能极大地降低对人工技术水平的要求、施工效率高、易于现场质量控制、工期短等特点，国内的重大项目中很多用到了自密实混凝土，并取得了良好的收效。本文通过分析自密实堆石混凝土的各项性能以及长坑三级水库枢纽工程的具体结构特点，将自密实堆石混凝土应用在长坑三级水库的重建工程中，给出了工程设计的具体方案、配合比设计以及施工流程。

自密实； 堆石； 混凝土； 重力坝

随着城乡建设的日益发展，混凝土是当代最主要的土木工程材料。目前，工程上对混凝土的高耐久性、高工作性、高强度和高体积稳定性、保塑形等都有新的要求。高性能混凝土由于其具有这些优点而受到建筑工程界的高度关注[1]。自密实混凝土，又称为高流态混凝土，是指混凝土拌合物主要靠自重、不需振捣即可充满模型和包裹钢筋，属于高性能混凝土的一种。与普通混凝土相比，自密实混凝土有高流动性、穿越能力、良好的稳定性和抗离析能力[2]。自密实混凝土在水利工程中的应用是水利工程技术、工艺的重要突破。文献[3]将自密实混凝土技术应用在黄沙坑水库大坝中，施工后坝体外观质量、透水率、抗压强度、水化温升等指标均满足设计要求。文献[4]根据船闸工程特殊部位的结构特点，对船闸工程中结构复杂、钢筋密集、难以浇筑的特殊部位采用自密实混凝土进行浇筑，并得出控制混凝土浇筑过程中的水化热升温是自密实混凝土在船闸施工应用中的关键之一。国内外都有很多对自密实混凝土的研究报道。日本、瑞典、德国、新加坡、瑞士、荷兰等国家也在广泛使用自密实混凝土[5]。

长坑三级水库位于中山市五桂山，工程建于1972年，原水库主要功能为防洪、灌溉，兼有发电。现水库主要任务为防洪和城镇供水，防洪的主要对象为下游的城桂公路、国防训练基地、和平村等；供水任务则主要是通过水库蓄水以合理调配水资源，保证下游居民的供水安全。

受历史原因和当时经济、技术等条件的制约，长坑三级水库枢纽工程建设标准较低，施工质量较差，水库长期带病运行，特别是大坝部分，长期以来发生严重渗漏现象，而且经多次加固，仍无好转，严重影响着下游的防洪安全和水库效益的发挥，拟拆除大坝进行重建。鉴于自密实堆石混凝土的诸多优点，将其应用在长坑三级水库的重建工程中，以确保砌石体的工程质量，加快工程的施工进度。

1.坝址区工程地质

坝址位于低山丘陵沟谷，坝址区附近分布地层有第四系人工填筑层()、第四系冲积层()、第四系残积层()和燕山期侵入岩(r5)。各土层物理力学指标如表1所示。

表1 坝址区各岩土层地质参数建议值一览表

2.工程设计

2.1.大坝断面设计

大坝采用非溢流堆石重力坝，坝顶高程66.50m，坝底高程40.00m，最大坝高26.50 m，坝顶无通车要求。根据《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2005），并结合本工程的实际情况，坝顶宽度定为5.5 m。上游坝面坡采用直立面；下游坝面坡采用上部直立的折面，下游坝面的下部坡比为1:0.65，折点高程为60.43m，大坝最大底宽为18.78m。坝基混凝土垫层设计厚度为1.0 m，设计强度等级为C20，设计抗渗等级为S4。大坝上游面设置C20自密实混凝土防渗面板厚0.3m～0.5m，设计抗渗等级为S4，表面配有φ12@180的抗裂钢筋网；考虑美观要求，大坝下游表面设置C20自密实混凝土厚0.3m。坝址区各岩土层地质参数建议值如图1所示。

图1 坝址区各岩土层地质参数建议值

2.2.坝体材料选择

坝型确定后，在对坝体材料、施工技术进行了大量调查的基础上，根据新材料、新技术的发展情况，本工程设计提出采用自密实混凝土、块石作为主要筑坝材料的堆石混凝土重力坝方案，通过与碾压混凝土方案的经济、技术比较，确定坝体材料。

2.2.1.投资

从工程量及投资上比较，碾压混凝土方案工程量较大，堆石混凝土方案相对较优。二者主体工程相差514.7万元，占主体工程投资的5.4%。

2.2.2.施工

碾压混凝土要求大仓面、重型机械碾压，适合较大的工程项目。但廊道、洞身等部位无法机械碾压，需人工振捣，受人为因素影响大，工期相对较长。

堆石混凝土采用自密实混凝土浇筑，靠自身重力填充空隙，对混凝土配比要求更为严格，具有碾压混凝土不可替代的优点，具体如下：

（1）施工过程简单，最大限度地降低了混凝土仓面的施工人员和机械工作量，现场控制管理更加简便易行。

（2）避免了混凝土振捣密实的过程，消除了人为的不利干扰，施工质量和稳定性更加容易保证。

（3）施工工艺简单，能够提高大仓面混凝土的施工效率、缩短工期。

（4）单位体积堆石混凝土的水泥含量少，水化温升小，温控比较容易；

（5）具有大块岩石稳定堆积构成的骨架，具有优良的体积稳定性，体积收缩小；

（6）可减少或免除凿毛工序，提高施工速度。

2.2.3.管理

碾压混凝土方案所需骨料均可从当地石料场购买，减少了部分征地手续，价格也相对便宜；自密实混凝土方案由于块石料无法外购，必须自采，增加了部分料场征地，操作相对麻烦，弃料也比碾压混凝土方案稍多。

设计考虑到一般性的浆砌石坝施工速度慢、浆砌石质量难以保证的因素，考察学习了国内已运用堆石混凝土坝，并和业主及北京华实水木科技有限公司多次沟通讨论，决定本工程大坝采用堆石混凝土新材料，即在与除坝基垫层、防渗面板及下游表面外，其他坝体材料均采用堆石混凝土。堆石混凝土设计含石量为45%，设计容许压应力为6.0Mpa，要求块石的宽度、高度不宜小于0.25m，饱和抗压强度不小于50Mpa，堆石混凝土采用自密实混凝土充填，自密实混凝土的设计标号为C20。

2.3.大坝基础和防渗处理

长坑三级水库最大坝高26.5m，设计将重力坝基础置于中风化岩面上，并对大坝基础进行全面固结灌浆，灌浆孔、排距均为3.0m，入岩孔深5.0m，共7排，梅花形布置。为增强坝基防渗能力，坝轴线上游2.5 m布置一排防渗帷幕，灌浆深度要求伸入相对不透水层以下（5 Lu）3m，孔距2.0m。

3.自密实堆石混凝土配合比设计

北京华实水木科技有限公司华实RFC研究院根据试验材料，进行了试验研究，确定了理论配比如表2所示。外加剂为堆石混凝土专用外加剂，由北京华实水木科技有限公司生产提供。

表2 长坑三级水库C20自密实混凝土理论配合比

由于现场砂石材料与当时试验砂石料差别较大，现场碎石大部分不满足自密实混凝土配比要求。在对现场材料提出重行调整变化后（改变碎石粒径），2010年2月1日在锦标混凝土公司试验室重新进行现场配比试验，调整后配合比如表3所示。

表3 长坑三级水库RFC试验段C 20自密实混凝土理论配合比

4.自密实堆石混凝土的施工流程

在自密实堆石混凝土施工中，施工单位同设计等参建单位一起积极探索和研究相关课题，不断改进施工工艺，熟悉掌握施工技术，在工程实践中积累了一定的施工经验。综合应用的堆石混凝土施工流程如下：

（1）堆石的选取：所选取的碎卵石粒径不应小于30 cm，根据堆石的运输及入仓能力，可选取尽可能大的块石。

（2）清理仓面与清洗石块：块石及混凝土仓面的处理只需满足常规要求，保证泥土含量不超标即可，无特殊要求。

（3）支立模板或砌筑石墙：模板的支立较普通混凝土而言更加严格，须保证更好的稳定性、刚度和密闭性；如对外观无特殊要求亦可采用30cm厚的砌石墙替代模板，该方法能有效解决模板的刚度、强度以及密封等问题。

（4）堆石入仓：堆石入仓形成自然堆积状态即可，辅以人工码放会使其更加密实，经济性更加突出。

（5）自密实混凝土的生产与浇注：使用拌和楼生产自密实混凝土，在90分钟内运抵现场直接浇注，无须振捣即可密实；自密实混凝土的最佳浇注方式为使用泵车浇注，若不具备条件在现场使用挖掘机、吊罐等方案同样能满足技术要求。

（6）连续循环施工浇注实现多层浇注：每层堆石混凝土的浇注高度不宜超过150cm，但是能够连续循环施工，即在首层堆石混凝土浇注完成后的四个小时内循环堆石入仓浇注自密实混凝土的过程，在堆石入仓能力和混凝土生产能力有保证的情况下，可连续循环施工以大大提升混凝土的上升高度。

5.结语

自密实混凝土的高流动性、免振捣等特性，解决了钢筋密、振捣空间狭窄等结构部位浇筑困难等问题。本文将自密实堆石混凝土应用于长坑三级水库的重建工程中，从建设过程和成果来看，效果较好。但其中存在的缺陷仍需进一步解决，如外加剂属于专利产品，价格偏高；另外，自密实混凝土对用水量比较敏感，用水量的波动会导致离析泌水或流动性降低等。随着工程问题的出现和不断解决、工艺的改进、经验的积累以及科研水平、施工技术水平的不断提高，自密实堆石混凝土技术将会取得进一步的发展，并应用于更广阔的建筑领域。

[1] 湛阳.高性能混凝土的应用与发展[J].铜仁学院学报，2011，13（2）：139-141.

[2] 余志刚.自密实混凝土简述[J].安徽建筑，2014，（4）：89-91.

[3] 郑庆喜.自密实混凝土在黄沙坑水库大坝中的应用[J].水利科技，2015，（2）：23-25.

[4] 吴星，杨斌.自密实混凝土的特性及在船闸工程中的应用[J].水利规划与设计，2015，（2）：72-75.

[5] 王国清，程利平.自密实混凝土的发展历史和研究现状[J].中国水运，2011，11（1）：240-243.

Application of Self Compacting Rock-fill Concretein Reconstruction Project of Reservior

HAO Lu*
( CAMCE WHU Design and Research Corporation Limited, Wuhan, Hubei 430205, China )

Self-compacting rock-fill concrete has the merits of high density, small hydration temperature rising, and simple process. Furthermore it is easy to control the field quality, and require lower technology for workers. The projects using it have high construction efficiency and short duration. So it is widely used in major project of country. Various performance of self-compacting rock-fill concrete and the definite characteristics for the construction of Changkeng three stage reservoir are respectively analyzed. Self-compacting rock-fill concrete is applied in the reconstruction project of Changkeng three stage reservoir. The definite proposal of engineering designing is given. And the mix proportion of concrete and construction process are finished.

the self-study examination of higher education, education quality, evaluation index

TV5

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1673-9639 (2016) 04-0125-04

（责任编辑 毛 志）（责任校对 印有家）

2016-03-18

郝 路（1984-），女，湖北十堰人，工程师，研究方向：水利水电工程规划设计。

*通讯作者：郝 路，E-mail：361243929@qq.com。