鄧海峰

摘 要：利用自密實混凝土的高流動性及抗分離性，在粒徑較大的塊石內(nèi)隨機填充而形成自密實堆石混凝土。該技術(shù)具有低碳環(huán)保、低水化熱、工藝簡便、施工速度快、造價低廉等特點，基于上述原因，文章對在深溪河重力壩設(shè)計中采用的堆石混凝土技術(shù)進(jìn)行了分析研究。實踐證明，該方案經(jīng)濟(jì)技術(shù)優(yōu)勢明顯，可為類似工程的設(shè)計提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：堆石混凝土 節(jié)能環(huán)保 混凝土配合比

1.自密實堆石混凝土技術(shù)簡述

節(jié)能環(huán)保技術(shù)在水利事業(yè)發(fā)展的過程中也得到越來越多的運用，自密實堆石混凝土技術(shù)正是在這種背景下應(yīng)運而生。該技術(shù)主要由堆石入倉和澆筑自密實混凝土兩道工序組成：將粒徑30～100cm的堆石放至倉面，然后利用自密實混凝土充填堆石體，充分發(fā)揮其高性能、免振搗、自密實的特點，使其填充堆石體中的空隙，從而形成完整、密實、有較高強度的混凝土。該技術(shù)于2012年入圍《國家鼓勵的循環(huán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)、工藝和設(shè)備名錄（第一批）》。

2.堆石混凝土性能

2.1節(jié)能環(huán)保性

堆石混凝土中堆石的體積比例一般可達(dá)45%～55%，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、混凝土澆筑（碾壓）等環(huán)節(jié)上可大量節(jié)約能源，并減少二氧化碳排放、降低噪聲。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。

2.2低水泥用量與低水化熱

堆石混凝土可充分利用粉煤灰、礦渣粉、石粉等摻和料，水泥用量顯著降低，在大體積混凝土施工中可簡化甚至取消溫控措施。徐俊等對堆石混凝土的溫度場進(jìn)行了分析，論證了堆石混凝土由于其單方水泥用量少，水化熱產(chǎn)生少，內(nèi)部溫升低，對裂縫控制有效，保證了堆石混凝土結(jié)構(gòu)的安全性。

2.3工藝簡便，降低施工成本

堆石混凝土施工包括兩道工序：堆石入倉和自密實混凝土澆筑。兩道工序均可通過機械化施工來完成，堆石入倉和混凝土生產(chǎn)澆筑可以平行施工，簡化或取消溫控、且無需振搗等措施，為加快施工速度、降低造價提供了保證。

2.4綜合性能穩(wěn)定，安全系數(shù)高

堆石骨架在提高材料抗壓、抗剪強度，抑制干縮變形等方面都有著顯著的效果。石建軍（2005）等、安雪暉（2005）等通過自密實混凝土充填堆石體的試驗證明了自密實混凝土在堆石體中分布相當(dāng)均勻，混凝土完全填充孔隙，未發(fā)現(xiàn)砂漿和骨料分離現(xiàn)象，混凝土與堆石粘結(jié)牢靠，整體性能好，具有良好的力學(xué)性能。

影響堆石混凝土強度的因素主要決定于自密實混凝土基體性能。在堆石混凝土的施工過程中，控制自密實混凝土的流動距離在1.5m范圍內(nèi)而形成的堆石混凝土立方體抗壓強度不會低于自密實混凝土的配制強度。

3.堆石混凝土重力壩設(shè)計

3.1深溪河水庫工程概況

深溪河水庫工程位于五峰縣灣潭鎮(zhèn)九門村，該工程由堆石混凝土重力壩、輸水管道及相關(guān)附屬設(shè)施組成，水庫總庫容277.9萬m3。壩頂高程1305.0m，頂寬5.0m，壩頂長143.9m，最大壩高63.0m，下游面坡比1：0.75。

由于堆石混凝土技術(shù)是一項新興技術(shù)，在深溪河重力壩的設(shè)計過程之初，設(shè)計人員僅比選了常態(tài)混凝土壩、細(xì)石混凝土砌石壩、碾壓混凝土壩3種壩型。

常態(tài)混凝土重力壩由于溫控措施復(fù)雜、施工速度慢、造價高等特點而被否定；細(xì)石混凝土砌石壩依靠人工砌筑，施工速度慢、人工單價高、施工質(zhì)量離散性大，不適合修建中、高重力壩；因此在設(shè)計初始階段選擇了碾壓混凝土重力壩方案。由于壩體混凝土方量僅9萬余方，且施工倉位也相對較小，大型的碾壓設(shè)備很難開展工作，施工干擾大，另外碾壓混凝土還需采取溫控措施，以上因素也成為選擇碾壓混凝土方案的一些制約條件。因此，最終決定采用造價更低的堆石混凝土作為壩體主要材料。為進(jìn)一步加深設(shè)計人員對堆石混凝土性能的認(rèn)識，設(shè)計院參加了水利部科技推廣中心和湖北省水利廳聯(lián)合舉辦的堆石混凝土筑壩新技術(shù)推廣培訓(xùn)班。

3.2壩體設(shè)計參數(shù)

通過上述培訓(xùn)并隨著《膠結(jié)顆粒料筑壩技術(shù)導(dǎo)則》（SL678-2014）的頒布，推廣了堆石混凝土的優(yōu)越性。堆石混凝土壩與常規(guī)混凝土壩、碾壓混凝土壩的主要區(qū)別在于施工方式，但設(shè)計方法和主要結(jié)構(gòu)型式基本相同。深溪河水庫重力壩堆石混凝土的設(shè)計與施工要求如下：

（1）堆石

為保證堆石混凝土達(dá)到設(shè)計標(biāo)號C15相應(yīng)的強度，所選堆石的飽和抗壓強度應(yīng)>40MPa。通過對料場的塊石進(jìn)行取樣分析，堆石料最終選用左岸二號料場新鮮、質(zhì)地堅硬的寒武系中統(tǒng)中厚層白云質(zhì)灰?guī)r。堆石料的性能參數(shù)見表1。

（2）自密實混凝土配合比

自密實混凝土設(shè)計等級強度C15，采用42.5R普通硅酸鹽水泥，為節(jié)約成本，添加粉煤灰以減少水泥用量，細(xì)骨料采用中粗砂，粗骨料粒徑5～20mm。自密實混凝土配合比見表2。

（3）堆石混凝土施工

堆石混凝土施工主要包括兩道工序：堆石入倉和自密實混凝土的生產(chǎn)澆筑，兩道工序均可通過機械化施工來完成。但在模板、止水帶、大壩分縫等部位附近0.5～1.0m的位置，需進(jìn)行人工輔助堆石入倉，以避免機械施工對這些部位造成損傷。

3.3壩體材料分區(qū)

為提高重力壩整體安全系數(shù)，滿足強度、抗?jié)B、抗侵蝕、抗沖刷、低熱等要求，將壩體分為4個區(qū)，各區(qū)采用不同性能混凝土澆筑。各部位技術(shù)指標(biāo)見表3。

3.4設(shè)計方案評價

設(shè)計方案采用堆石混凝土技術(shù)后，工程總造價較碾壓混凝土節(jié)省投資160萬元。從本工程壩址地形地質(zhì)條件、天然建筑材料、簡化溫控設(shè)施、節(jié)省投資及環(huán)境保護(hù)等方面考慮，推薦采用堆石混凝土重力壩是適合本工程實際的，經(jīng)濟(jì)合理技術(shù)可行。

參考《水電可持續(xù)性評估規(guī)范（CSHE）》的評估方法，對常態(tài)混凝土壩、細(xì)石混凝土砌石壩、碾壓混凝土壩、堆石混凝土壩4種壩型在中、低壩中的應(yīng)用進(jìn)行評價。評價的內(nèi)容主要包含7個項目，分別為溫控措施、節(jié)能環(huán)保、施工速度、施工設(shè)備、材料性能、項目工期、綜合單價，主要根據(jù)項目的難易程度、效果優(yōu)劣進(jìn)行打分，分值范圍在1～5分，項目越優(yōu)分值越高。經(jīng)專家打分，證明堆石混凝土最具有優(yōu)越性，說明采用堆石混凝土方案具有良好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)優(yōu)勢。

4.結(jié)束語

綜上所述，在大體積混凝土的工程建設(shè)中，采用堆石混凝土澆筑有以下主要優(yōu)點：施工簡易、速度快，節(jié)約水泥、簡化溫控、高強耐久、節(jié)能環(huán)保、節(jié)省投資。在中、低壩的建設(shè)中，堆石混凝土壩在目前已成為一種極具競爭力的壩型。同時《膠結(jié)顆粒料筑壩技術(shù)導(dǎo)則》（SL678-2014）的頒布對推動堆石混凝土技術(shù)發(fā)展也起到了技術(shù)指導(dǎo)作用，對國家水利事業(yè)和節(jié)能環(huán)保型產(chǎn)業(yè)具有重要意義。

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