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(jiǎn)介

堆石混凝土(Rock-filled Concrete，簡(jiǎn)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(guó)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(jiǎn)便、造價(jià)低廉、施工速度快等特點(diǎn)。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(cāng)面，然后在堆石體表面澆注滿足特殊要求的專用自密實(shí)混凝土 (Self-Compacting Concrete，簡(jiǎn)稱SCC)，無(wú)需振搗僅依靠其自重充填堆石體的空隙，所形成完整密實(shí)的混凝土，其構(gòu)成如圖1所示。

圖1 專用自密實(shí)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(jí)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(shí)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(diǎn)：

（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(duì)于水泥的用量顯著降低，C20等級(jí)堆石混凝土中的水泥含量一般不超過(guò)80 kg/m3，絕熱溫升不超過(guò)15℃。在大體積混凝土施工中可以顯著簡(jiǎn)化甚至取消溫控措施。

（2）工藝簡(jiǎn)便，施工快速

堆石混凝土施工主要包括兩道工序：堆石入倉(cāng)和專用自密實(shí)混凝土的生產(chǎn)澆筑。通過(guò)合理的施工組織設(shè)計(jì)，兩道工序均可以通過(guò)大規(guī)模的機(jī)械化施工來(lái)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(cāng)面后堆石入倉(cāng)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(shí)還降低了設(shè)備生產(chǎn)強(qiáng)度的要求。簡(jiǎn)化消除溫控措施、混凝土生產(chǎn)運(yùn)輸澆筑量減半且無(wú)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(guò)三個(gè)方面實(shí)現(xiàn)：大量使用堆石減少膠凝材料用量；工藝簡(jiǎn)單，可節(jié)約工期，同時(shí)節(jié)約管理成本；簡(jiǎn)化或消除了溫控措施，澆筑過(guò)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(shí)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(shí)混凝土獨(dú)特的設(shè)計(jì)與工藝，使其具有卓越的流動(dòng)性能、充填性能和抗離析性能，在澆注過(guò)程中不離析不泌水既保證了專用自密實(shí)混凝土的充填均勻性，又避免了混凝土與骨料膠結(jié)面過(guò)渡區(qū)薄弱層的產(chǎn)生。試驗(yàn)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(xiàng)力學(xué)性能均能滿足設(shè)計(jì)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(duì)堆石混凝土本身），工程鉆孔壓水檢測(cè)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(guò)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(zhǎng)的專家組的肯定與鼓勵(lì)，同年堆石混凝土技術(shù)入選水利部科技重點(diǎn)推廣項(xiàng)目。2009年由水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院牽頭，清華大學(xué)、中國(guó)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(dòng)，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(lái)，己在國(guó)內(nèi)10余個(gè)水利水電項(xiàng)目中成功應(yīng)用20余萬(wàn)m3，在節(jié)省施工成本、加快建設(shè)速度、簡(jiǎn)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(píng)，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(jí)篩分保留粒徑大于300 mm的石塊，通過(guò)自卸汽車直接運(yùn)輸至倉(cāng)面自然堆積，施工場(chǎng)地狹小不具備上壩公路時(shí)可通過(guò)塔機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)等起重設(shè)備直接將堆石吊入倉(cāng)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(shí)混凝土，通過(guò)泵送直接澆注入倉(cāng)，不具備泵送條件時(shí)也可采用溜槽、吊罐等澆注方式，澆注過(guò)程無(wú)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(xiàng)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(jì)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(jì)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(wàn)m3。堆石入倉(cāng)（見圖2）工序采用自卸汽車直接運(yùn)至倉(cāng)面內(nèi)堆積，配置了一臺(tái)挖掘機(jī)進(jìn)行局部調(diào)整和平倉(cāng)。專用自密實(shí)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(dòng)稱量系統(tǒng)，使用袋裝水泥、粉煤灰人工輔助計(jì)量入料；混凝土攪拌完成出機(jī)后，使用混凝土輸送泵入倉(cāng)（見圖3）。圍灘水電站堆石混凝土月澆筑量可達(dá)到1．8萬(wàn)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(kù)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(guó)第一座實(shí)驗(yàn)性拱壩，最大壩高69 m，建筑物級(jí)別為三級(jí)。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(jì)要求。中國(guó)水科院對(duì)此工程進(jìn)行了除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)，采用了堆石混凝土對(duì)原壩體下游面加厚。堆石混凝土施工技術(shù)的使用簡(jiǎn)化了溫控措施。受施工場(chǎng)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(cāng)，配備兩臺(tái)0.5 m3的雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)（見圖4），以及自動(dòng)配料系統(tǒng)，專用自密實(shí)混凝土經(jīng)過(guò)混凝土罐車運(yùn)輸約2 km后通過(guò)混凝土泵送入倉(cāng)。恒山水庫(kù)加固工程（見圖5）共澆筑堆石混凝土3.6萬(wàn)m3，歷時(shí)2年(施工月份12個(gè)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(yàn)和工程質(zhì)量檢測(cè)情況

室內(nèi)試驗(yàn)和工程檢測(cè)的數(shù)據(jù)見表2及表3。

圖2 堆石入倉(cāng)

圖3 泵送澆筑

圖4 混凝土拌和摟

圖5 恒山加固現(xiàn)場(chǎng)

表2 堆石混凝土部分試驗(yàn)結(jié)論

表3 堆石混凝土部分工程檢測(cè)數(shù)據(jù)

4 結(jié)束語(yǔ)

堆石混凝土施工技術(shù)在我國(guó)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(guó)的筑壩技術(shù)體系，也將為國(guó)際壩工界做出我國(guó)的貢獻(xiàn)，必將在越來(lái)越多的工程項(xiàng)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。