堆石混凝土在清峪水库的应用

时间：2024-09-03

沈焕珍

（山西省临汾市水利勘测设计院，山西临汾041000）

1 工程概述

1.1 工程概况

清峪水库位于山西省乡宁县城以西的鄂河一级支流清川河上，水库总库容233万m3，是一座以防洪、城市及工业供水为主，兼顾农业灌溉的小型水库。原设计水库大坝为混凝土重力坝，最大坝高38.3 m，坝顶总长203 m，左、右岸非溢流坝段坝顶宽5.5 m，迎、背水坡度分别为1∶0.15和1∶0.75；溢流坝段布置在主河床上，迎水坡度1∶0.15，下游为泄槽段与挑流消能设施；输水灌溉孔、泄洪排沙洞位于大坝偏左岸下部，依次为ϕ1.0 m的钢管、4 m×4 m钢筋混凝土方洞。设计大坝现浇混凝土方量6.3万m3。

1.2 问题的提出

清峪水库2007年底开工后即面临三大问题：①混凝土浇筑温度控制：按常规，大体积混凝土浇筑可采用粗骨料预冷、加冰拌和等措施来降低混凝土浇筑温度，或采用浇筑层中埋设冷却水管的方法来降低混凝土水化热温升，其施工工艺繁琐，温度控制环节多，加上施工、监理均缺少该方面经验，现场质量不易控制；②粗骨料供应：县域内碎石料厂（灰岩）均位于县城东南，距离工程区约40～60 km，且生产量远不能满足水库筑坝要求，而工程区附近储有大量砂岩；③劳动力问题：乡宁县为山区县，又是山西省煤矿开采主区，劳动力缺乏、人员工资高出附近市县20%左右。造成的结果：一是工程造价可能增加20%～25%，主要是原材料、人员工资、温度控制费用；二是若水化热温升控制不当，冷缩裂缝可能使坝体渗漏水。在清华大学水利系的技术指导下，经现场试验及主管部门同意，变更为堆石混凝土坝体、外包厚1.2 m钢筋混凝土的混凝土重力坝。

2 堆石混凝土的特点

2.1 堆石混凝土定义

堆石混凝土是将满足一定粒径要求的堆石直接入仓，形成有空隙的堆石体，然后在堆石体表面浇筑满足特点要求的自密实混凝土，形成一种完整、密实、水化热温升小的大体积混凝土。

2.2 堆石混凝土特点

清峪水库堆石混凝土施工具有四个特点：①堆石混凝土的堆石占总体积的55%，堆石采用当地储藏量丰富、质地坚硬、新鲜的砂岩，加上水泥、混凝土骨料用量减少，与灰岩作粗骨料的常态混凝土相比，原材料成本降低13.8元/m3，综合单价降低21%；②堆石混凝土的自密实混凝土占总体积的45%，水泥用量少，仅为90 kg/m3，施工采用矿渣硅酸盐水泥，水化热温升7～10℃，仅为常态混凝土水化热温升的一半左右，无需采用温控设施即可防止堆石混凝土冷缩裂缝，施工工艺简单化，节约了温控成本，易于现场质量控制；③自密实混凝土中掺入了一定比例的聚羧酸系高性能减水外加剂，大大提高了混凝土流动性，充填过程中也未发生离析泌水现象，依靠混凝土自重达到密实，施工工艺简单化，质量有保证；④堆石混凝土不设纵向伸缩缝，只需间隔20～30 m设横向伸缩缝或诱导缝，分层浇筑厚度1.5 m左右，与常态混凝土相比，有作业面积大、单次浇筑方量大的特点，便于机械化施工，劳动力减少一半以上，施工进度加快。

3 堆石混凝土施工工艺流程

堆石混凝土施工工艺流程包括：模板支撑、堆石入仓、自密实混凝土浇筑等。

3.1 模板支撑

模板支撑采用外撑式，从模板刚度、密封性、支撑强度及稳定性考虑，采用普通钢模板和曲面竹胶模板，利用露出坝体表面的预埋铁件和钢模板背后的固定点，用钢筋连接固定，支撑时要求模板底部低于仓面0.2～0.3 m，模板接缝宽不大于1 mm且要密封，以防止浇筑时发生模变及漏跑浆事故，并要求在堆石入仓完毕后、自密实混凝土浇筑前对模板进行校正。

3.2 堆石入仓

堆石入仓是在仓面堆石混凝土抗压强度达到2.5 MPa以上、模板支撑基本完成后进行，采用自卸汽车运输、挖掘机平仓，使堆石自然堆积。在入仓口前的适当位置设清洗台，用压力水管冲洗汽车等设备、轮胎等，防止泥块带入仓内。根据堆石高度，距离模板不小于1.0 m采用人工码放堆石，以免机械施工造成模板损伤。

3.3 自密实混凝土浇筑

自密实混凝土采用电子配料机配料，0.75 m3双卧轴强制式搅拌机拌制，拌制时间2 min，搅拌机出料后通过溜槽进入混凝土泵的料斗内，混凝土泵加压后通过ϕ125 mm钢管送至仓面，要求运输时间不大于60 min，以保证自密实混凝土的浇筑质量。当停泵时间过长时，要及时清理泵管中的混凝土，重新浇筑。

自密实混凝土结合运输采用泵管浇筑，分层浇筑厚度1.5 m，仓面浇筑点要均匀布置，间距不超过3 m，必须单向逐点浇筑，上个浇筑点浇满后方可移至下一个浇筑点，浇筑点不得重复使用。浇筑时应注意：①浇筑面应使适量石块高出浇筑物50～150 mm，以加强层面结合；②混凝土浇筑中断4 h以上时，应先浇筑同配比的自密实砂浆，使其完全覆盖堆石体内已丧失流动性的混凝土表面，再浇筑自密实混凝土；③遇强雨、中雨时要停止施工，并对仓面采取防水保护和排水设施。夏季浇筑混凝土时，要选在夜间等相对低温时段。

4 堆石混凝土施工质量控制

4.1 原材料质量控制

（1）堆石：清峪水库堆石混凝土工程量5.4万m3，需堆石实方量约3.0万m3，虽然当地砂岩储藏量丰富，但石料场不正规且产量少，故采用工地现场收料。要求堆石粒径不小于250 mm，质地坚硬、新鲜、完整，不得有剥落层及裂纹，含泥量小于5%，不允许含有泥块。堆石入仓前要用压力水管对其进行冲洗，并剔除不合格产品。在堆石入仓期，要求每天检测一次含泥量、泥块量。

（2）水泥：采用袋装矿渣硅酸盐水泥，严禁使用凝结速度快的水泥。进入工地的每一批水泥须有生产厂家的合格证及品质试验报告，要求每200～300 t水泥抽检一次，抽检内容包括：细度、安全性、标准稠度、用水量、凝结时间、强度等级。水泥堆放处要通风防潮，堆放高度不超过15袋，距离地面、墙边不小于0.3 m，下部设防潮层，上部设防雨设施，周边设排水沟。

（3）碎石：用破碎、过筛的灰岩作粗骨料，最大粒径20 mm，针片状颗粒含量不超过8%，含泥量不大于1%，不允许含有泥块。在混凝土浇筑期，要求每天检测一次。

（4）砂子：采用黄河水洗砂，要求质地坚硬、级配良好，含泥量不大于0.5%，不允许含有泥块，含水量不大于6%。在混凝土浇筑期，除含水量每4 h检测一次外，其余每天检测一次。

4.2 自密实混凝土质量控制

自密实混凝土的配合比根据工程所采用原材料通过试验优选确定，并经审批后方可使用。清峪水库单方混凝土材料用量为：水泥200 kg、碎石0.82 m3、砂子0.46 m3、粉煤灰285 kg、水180 kg、聚羧酸系外加剂6 kg。

自密实混凝土在搅拌机出料口取样，通过试验来检测其质量，要求每4 h检测一次。其中：塌落度试验用来检测混凝土流动性能，要求塌落度250～280 mm、塌落扩展度630～750 mm；V形漏斗试验用来检测混凝土的粘性及抗离析性，要求通过时间为7～25 s；自密实性能稳定性也需通过试验检测，要求不小于1 h。

混凝土浇筑温度测量要求：100 m2不少于一个测点，且每一浇筑层不少于3个测点，测点在仓面上均匀分布，浇筑期每4 h测量一次。