(湖北水總水利水電建設(shè)股份有限公司，湖北 武漢 430056)

1 前 言

堆石混凝土(Rock Filled Concrete，RFC)，是利用自密實(shí)混凝土(SCC)的高流動(dòng)、抗分離性能好以及自流動(dòng)的特點(diǎn)，在粒徑較大的塊石(在實(shí)際工程中可采用的塊石粒徑在300mm以上)內(nèi)隨機(jī)充填自密實(shí)混凝土而形成的混凝土堆石體。堆石混凝土的概念在2003年由清華大學(xué)的金峰教授和安雪暉教授首先提出，并申請(qǐng)了國(guó)家專利，專利號(hào)ZL03102674.5。我公司根據(jù)兩個(gè)工程的經(jīng)驗(yàn)累積并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際進(jìn)行創(chuàng)新，總結(jié)出了一套R(shí)FC施工工法。

大體積混凝土，特別是大壩混凝土，從成本預(yù)算以及質(zhì)量控制兩方面來(lái)說(shuō)都希望減少水泥用量以降低混凝土的成本及水化熱。就目前積累的工程經(jīng)驗(yàn)而言，采用得較多的方法是減少水的用量或者是采用較大粒徑骨料以增加骨料用量。前者，例如碾壓混凝土可以減少用水量，但是碾壓混凝土施工節(jié)奏快，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)要求較高，需要大功率的碾壓機(jī)械，施工中不能輕易延緩，且會(huì)出現(xiàn)層間結(jié)合強(qiáng)度、抗?jié)B等新問(wèn)題。后者由于受到拌和與振搗能力的限制，難以使用更大的骨料?；炷疗鍪?、埋石混凝土等技術(shù)也被廣泛采用，但是這種筑壩方式需要較多的技術(shù)工人，工人的技術(shù)水平和責(zé)任心是施工質(zhì)量的主要因素，在目前的技術(shù)和管理水平下很難保證施工質(zhì)量，再加上近年來(lái)人工費(fèi)用不斷上漲，埋石混凝土等筑壩技術(shù)面臨著越來(lái)越大的困難。與這兩個(gè)筑壩技術(shù)相比，RFC施工技術(shù)施工簡(jiǎn)便、水泥用量少、水化溫升小、綜合成本低、施工速度快、體積穩(wěn)定性好、層間抗剪能力強(qiáng)，具有更為廣泛的應(yīng)用前景。

2 工法特點(diǎn)

2.1 工藝簡(jiǎn)便，施工快速

該工法主要包括兩道工序：堆石入倉(cāng)和自密實(shí)混凝土的生產(chǎn)澆筑。兩道工序經(jīng)過(guò)合理的施工組織設(shè)計(jì)均可以通過(guò)大規(guī)模的機(jī)械作業(yè)來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且自密實(shí)混凝土無(wú)須振搗，減少了工人的參與。RFC施工工法保證施工層面會(huì)有大量的塊石棱角外漏，加強(qiáng)了層間結(jié)合性，所以可以適當(dāng)簡(jiǎn)化施工縫的鑿毛工序?；炷辽a(chǎn)運(yùn)輸澆筑量減半、無(wú)須振搗、適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化鑿毛工序等都為加快工程建設(shè)速度提供了極大的助力。

2.2 施工成本低

該工法大量的塊石使用減少了混凝土的用量，較常態(tài)混凝土成本有所降低；混凝土無(wú)須振搗、簡(jiǎn)易鑿毛、機(jī)械化施工、中后期澆筑與堆石入倉(cāng)同時(shí)施工等優(yōu)點(diǎn)極大地加快了施工進(jìn)度，進(jìn)而降低了施工成本。

3 適用范圍

本工法適用于筑壩工程、基礎(chǔ)回填、臨時(shí)工程、堤防工程、襯砌及鋼管回填等工程部位建設(shè)中。其中適用性最好的是應(yīng)用于筑壩工程，譬如混凝土重力壩、溢流壩、拱壩的壩體建設(shè)及加固。

4 工藝原理

RFC由于堆石料占混凝土方量的55%～60%，石料源可以充分利用基礎(chǔ)開挖時(shí)產(chǎn)生的利用料，只要滿足導(dǎo)則規(guī)范要求均可應(yīng)用到堆石混凝土施工中；堆石混凝土施工縫規(guī)定了要有大量的塊石棱角出露澆筑高程5～15cm,露在層面之外的塊石在上下層之間可以起到契合的作用，加強(qiáng)了層間結(jié)合性，所以施工縫的鑿毛可以適當(dāng)簡(jiǎn)化，只需要對(duì)塊石棱角出露較少的位置進(jìn)行鑿毛；堆石料入倉(cāng)前要對(duì)其進(jìn)行篩選以及沖洗，避免不符合規(guī)范的塊石入倉(cāng)；RFC施工工法的原理是依靠自密實(shí)混凝土的高流動(dòng)性以及高抗離析性，無(wú)須振搗即可依靠自重完全填充模板內(nèi)任何角落和鋼筋間隙。

5 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

5.1 施工工藝流程

RFC施工工藝簡(jiǎn)單，主要有堆石選取與運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)、堆石清洗與倉(cāng)面清理、模板支立、堆石入倉(cāng)及模板完成、自密實(shí)混凝土(簡(jiǎn)稱SCC) 配制及運(yùn)輸澆筑共5道工序，在合理的施工組織下可循環(huán)施工，大大提升混凝土的施工速度。其主要流程見圖1。

圖1 RFC施工工藝流程

5.2 堆石選取與運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)

堆石料的石料來(lái)源主要分為兩種：利用料以及開采料，所選取的塊石粒徑應(yīng)大于300mm,根據(jù)堆石的運(yùn)輸以及入倉(cāng)能力應(yīng)該選取盡可能大的塊石，但是堆石料最大粒徑以不大于1/2層高為限；使用挖掘機(jī)對(duì)石料大小進(jìn)行篩選，篩選時(shí)要保證堆石料級(jí)配良好，以免堆石產(chǎn)生較大的縫隙，造成密實(shí)度不高、增加成本；可通過(guò)裝載機(jī)、挖掘機(jī)等設(shè)備裝車，利用自卸汽車將堆石料運(yùn)輸至指定地點(diǎn)。

5.3 堆石清洗與倉(cāng)面清理

堆石入倉(cāng)前對(duì)堆石料進(jìn)行沖洗是很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，我公司在深溪河水庫(kù)工程采用的是在備料區(qū)設(shè)置水泵對(duì)篩選后的石料進(jìn)行沖洗。澆筑倉(cāng)面必須保證清潔，不宜有積水、碎渣等，層面上的混凝土乳皮以及嵌入表面的松動(dòng)堆石應(yīng)予以清除，對(duì)于有防滲要求的部位或者倉(cāng)面無(wú)塊石棱角出露的部位必須鑿毛處理。

5.4 模板支立

堆石混凝土的模板宜優(yōu)先采用翻轉(zhuǎn)模板，固定后的翻轉(zhuǎn)模板具有牢固性、密封性和抗變形性，并且模板支立速度快。前期或者部分部位不適合翻轉(zhuǎn)模板安裝的時(shí)候可以采用組合鋼模，組合鋼模的固定方式有外撐及內(nèi)拉兩種，但是盡量采用如圖3所示的外撐來(lái)固定，因?yàn)閮?nèi)拉需要的拉筋會(huì)造成堆石料入倉(cāng)困難，外撐可以使堆石料入倉(cāng)盡量地機(jī)械化。由于堆石混凝土具有較強(qiáng)的流動(dòng)性，所受到的側(cè)壓力較常態(tài)混凝土來(lái)說(shuō)要高，特別是在模板底部，澆筑過(guò)程中，應(yīng)安排專職人員檢查、維護(hù)、調(diào)整模板的位置和形態(tài)，防止變形漏漿。

5.5 堆石入倉(cāng)及模板完成

RFC施工技術(shù)中堆石入倉(cāng)環(huán)節(jié)施工過(guò)程簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)控制管理簡(jiǎn)單，可使用自卸汽車通過(guò)上壩公路入倉(cāng)的方式，因?yàn)檫@種方式具有堆石速度較快、綜合造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)；堆石料可采用20t自卸汽車從備料區(qū)運(yùn)至澆筑倉(cāng)面，在堆石混凝土倉(cāng)面下游處應(yīng)留有不小于5m寬的道路，確保自卸汽車能夠?qū)⒍咽\(yùn)至與壩軸線平行的各處位置，自卸汽車入倉(cāng)前要通過(guò)鋼格柵對(duì)輪胎進(jìn)行沖洗，保證輪胎無(wú)殘留污水；入倉(cāng)后堆石的堆放有一定要求，倉(cāng)面上游2/3區(qū)域嚴(yán)禁自卸汽車進(jìn)入，應(yīng)在下游設(shè)置2～3個(gè)集中卸料點(diǎn)，由挖掘機(jī)直接轉(zhuǎn)運(yùn)堆石入倉(cāng)，從上游往下游入倉(cāng)即可，入倉(cāng)時(shí)要盡量輕放，避免碰撞產(chǎn)生碎屑，堆石倉(cāng)面下游1/3區(qū)域可由自卸汽車直接卸料入倉(cāng)堆積，由挖機(jī)輔助平倉(cāng)(見圖2)；挖掘機(jī)、裝載機(jī)進(jìn)入施工倉(cāng)面應(yīng)在下層堆石混凝土上放置潔凈輪胎，以免對(duì)下層新澆混凝土造成早期損傷；石料入倉(cāng)后，使用挖掘機(jī)轉(zhuǎn)至施工面并進(jìn)行輔助平倉(cāng)及簡(jiǎn)單的壓實(shí)緊密工作，挖掘機(jī)在堆放石料時(shí)應(yīng)盡量輕拿輕放，防止碰撞產(chǎn)生碎屑。

圖2 入倉(cāng)后堆石的堆放示意圖

5.6 自密實(shí)混凝土配制與運(yùn)輸澆筑

自密實(shí)混凝土的運(yùn)輸應(yīng)該保證澆筑的連續(xù)性，宜采用地泵連接布料機(jī)進(jìn)行澆筑，澆筑之前應(yīng)再次確認(rèn)模板、預(yù)埋件位置、鋼筋型號(hào)位置等是否無(wú)誤，再進(jìn)行澆筑。每次澆筑厚度為1.8m,可根據(jù)施工實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，但不宜超過(guò)2m;在澆筑過(guò)程中應(yīng)該遵循單點(diǎn)澆筑的原則，澆筑點(diǎn)布置均勻，澆筑點(diǎn)間距不能超過(guò)3m,每個(gè)澆筑點(diǎn)澆滿之后方可移動(dòng)到下一個(gè)澆筑位置，澆筑點(diǎn)不應(yīng)重復(fù)使用，澆筑布置點(diǎn)如圖3所示; 配制前應(yīng)對(duì)于原材料質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，澆筑時(shí)要根據(jù)混凝土拌和物的性能狀態(tài)、砂含水率的變化等不確定性因素適當(dāng)調(diào)整混凝土配合比；在有外觀要求的模板處，可放慢澆筑速度、加長(zhǎng)澆筑距離、減小混凝土入倉(cāng)落差，并輕微敲打模板，這樣拆模后的混凝土?xí)休^光滑美觀的表面。

圖3 堆石混凝土倉(cāng)面澆筑示意圖

6 材料與設(shè)備及勞動(dòng)力組織

6.1 材料與設(shè)備組織

主要設(shè)備如表1所列。

表1 主要材料設(shè)備

6.2 勞動(dòng)力組織

主要?jiǎng)趧?dòng)力如表2所列。

表2 主要工種投入

7 質(zhì)量控制

7.1 標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范

為了保證施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求，混凝土達(dá)到優(yōu)良，在混凝土施工過(guò)程中，須按照標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范對(duì)混凝土生產(chǎn)的原材料、配合比、拌和物進(jìn)行定期檢測(cè)，檢測(cè)頻率如表3所列。

表3 原材料、拌和物檢測(cè)頻率

續(xù)表

7.2 過(guò)程中的控制措施

拌和混凝土?xí)r應(yīng)嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)室所給的配料單進(jìn)行，不得擅自更改，攪拌應(yīng)采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)，原材料性能以及用量的監(jiān)控是RFC質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，須根據(jù)材料變化進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試拌，以驗(yàn)證工作性能是否滿足要求。要求測(cè)量以下數(shù)值:

a. V漏斗值、初試擴(kuò)展度。

b. V漏斗值、保塑1h拓展度。

c.其他保塑要求時(shí)間的擴(kuò)展度、V漏斗值。

d.環(huán)境溫度、混凝土出機(jī)溫度。

此外，原材料投量也要嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行，投料計(jì)量運(yùn)行偏差如表4所列。

表4 自密實(shí)混凝土各組分稱量允許偏差

混凝土運(yùn)輸?shù)缆窇?yīng)較為平坦，避免離析現(xiàn)象的產(chǎn)生，且在運(yùn)輸途中不能向車內(nèi)加水，運(yùn)輸時(shí)間從出料到澆筑完畢嚴(yán)格控制在2h之內(nèi)。

混凝土運(yùn)輸后可能發(fā)生離析，可在入倉(cāng)之前進(jìn)行二次攪拌，以保持混凝土的均勻性，保證混凝土質(zhì)量；混凝土自由下落高度不宜超過(guò)2m,否則采用溜槽、串筒或其他緩降措施；澆筑過(guò)程中，倉(cāng)面應(yīng)保持濕潤(rùn)。光照強(qiáng)烈或大風(fēng)干燥時(shí)，應(yīng)進(jìn)行噴霧或進(jìn)行表面水分補(bǔ)償，保持表面不發(fā)白；正在施工的倉(cāng)面，應(yīng)防止外來(lái)水流入；堆石混凝土由于接縫面有大量塊石露出，增加層間結(jié)合性，防滲性能較好，但考慮到滲水對(duì)于大壩成型后的質(zhì)量有較大的影響，澆筑時(shí)可在防滲面板下游50cm處增設(shè)一條5cm深的凹槽，以增加防滲面板的防滲性能(見圖4)。

圖4 面板凹槽成型圖

混凝土澆筑完成終凝后即應(yīng)開始保濕養(yǎng)護(hù)，對(duì)永久暴露面，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不宜少于28d，有特殊要求的部位宜適當(dāng)延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間；溫度較低時(shí)，可以用養(yǎng)護(hù)墊子覆蓋防止凍結(jié)；雨季澆筑堆石混凝土后應(yīng)有防雨措施并備有不透水覆蓋材料，小雨時(shí)應(yīng)適當(dāng)減少混凝土拌和用水量，不得改變自密實(shí)性能控制指標(biāo)。

混凝土成型之后需要對(duì)其密實(shí)度、堆石混凝土強(qiáng)度和抗?jié)B性能進(jìn)行檢測(cè)，堆石混凝土澆筑強(qiáng)度及密實(shí)度需要通過(guò)鉆孔取芯對(duì)芯樣的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)并觀察密實(shí)度；堆石混凝土的工程抗?jié)B性能可通過(guò)鉆孔壓水試驗(yàn)進(jìn)行檢測(cè)。

7.3 管理措施

目前，質(zhì)量管理主要是采用“三全一多樣”的全面質(zhì)量管理方法，即全員的質(zhì)量管理、全過(guò)程質(zhì)量管理、全企業(yè)的質(zhì)量管理和多方法的質(zhì)量管理。而全面質(zhì)量管理是依托在一系列的基礎(chǔ)工作之上的，基礎(chǔ)工作包括標(biāo)準(zhǔn)化工作、計(jì)量工作、質(zhì)量信息工作、質(zhì)量責(zé)任制和質(zhì)量教育工作。 施工單位員工應(yīng)從上至下都明確責(zé)任劃分，從宏觀(如施工布置、計(jì)劃)到細(xì)節(jié)(如混凝土拌和物的質(zhì)量、混凝土的強(qiáng)度)都應(yīng)予以重視。

8 安全措施

8.1 安全技術(shù)措施

項(xiàng)目部負(fù)責(zé)人應(yīng)該按照國(guó)家安全文明施工、交通、消防、職業(yè)衛(wèi)生、環(huán)境保護(hù)等有關(guān)規(guī)定，合理規(guī)劃施工總體布局。保證風(fēng)、水、電管線、通信設(shè)施、施工照明等布置合理規(guī)范；現(xiàn)場(chǎng)材料、設(shè)備按規(guī)定定點(diǎn)存放，擺放有序，并符合消防要求；設(shè)施設(shè)備、安全文明施工、交通、消防及緊急救護(hù)標(biāo)志、標(biāo)識(shí)清晰、齊全；排架、作業(yè)平臺(tái)搭設(shè)穩(wěn)固，底部生根，桿件綁扎牢固，跳板滿鋪，臨空面設(shè)置防護(hù)欄桿和防護(hù)網(wǎng)；垂直交叉作業(yè)應(yīng)設(shè)隔離防護(hù)棚，或錯(cuò)開作業(yè)時(shí)間。

8.2 安全管理措施

項(xiàng)目部依據(jù)施工組織設(shè)計(jì)中的安全措施，結(jié)合具體施工方法和施工現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)條件及環(huán)境，以書面的形式，編制出具有可操作性、針對(duì)性的自密實(shí)混凝土施工安全技術(shù)交底文件，并對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行全面的安全技術(shù)交底；項(xiàng)目經(jīng)理及安全員應(yīng)經(jīng)常性地對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查，根據(jù)檢查情況做好安全檢查記錄，特別是對(duì)于高邊坡、施工臨時(shí)用電的檢查；在檢查過(guò)程中，對(duì)發(fā)現(xiàn)的安全隱患或不符合規(guī)程制度要求的，填寫“施工現(xiàn)場(chǎng)安全自查整改記錄”，根據(jù)輕重緩急原則，可采取口頭警告、現(xiàn)場(chǎng)糾正、罰款、責(zé)令停止施工等方式。

8.3 應(yīng)急管理

預(yù)先編制應(yīng)急預(yù)案，根據(jù)應(yīng)急預(yù)案采購(gòu)應(yīng)急物資并建立現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急救援隊(duì)伍，一旦出現(xiàn)突發(fā)事件，應(yīng)及時(shí)向上匯報(bào)。此外還要定期開展應(yīng)急培訓(xùn)和演練。

9 環(huán)保措施

堆石混凝土使用大量塊石和粉煤灰，減少了水泥的用量和大功率的碾壓機(jī)械，可以減少溫室氣體和能源消耗，是一種環(huán)境友好的混凝土。但需要注意的是工程中常見的兩個(gè)污染：揚(yáng)塵和噪聲污染。對(duì)于前者，可以在天氣干燥的時(shí)候定期對(duì)施工道路進(jìn)行灑水降塵，日常也要時(shí)刻對(duì)施工機(jī)械進(jìn)行清理，防止泥沙裹帶產(chǎn)生揚(yáng)塵。對(duì)于后者，由于施工連續(xù)性的影響，只能合理安排施工計(jì)劃，避免夜間施工。

10 效益分析

堆石凝土施工是水利水電工程中一項(xiàng)高效、低廉的混凝土施工工藝，具有施工速度快、質(zhì)量好、成本低的特點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

11 應(yīng)用實(shí)例

湖北省五峰縣土家族自治縣深溪河水庫(kù)正常蓄水位1300.00m，最大壩高63m，總庫(kù)容277.9萬(wàn)m3，是一座小(1)型水庫(kù)，工程任務(wù)以煙草灌溉為主，兼顧居民生產(chǎn)生活用水，可灌溉7個(gè)行政村的2.62萬(wàn)畝農(nóng)田，其中基本煙草2.11萬(wàn)畝，可解決1.61萬(wàn)人的生活用水。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，最大壩高63.00m，總庫(kù)容277.9萬(wàn)m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容208.3萬(wàn)m3。壩址多年平均流量0.392m3/s，多年平均徑流量為1236.1萬(wàn)m3，多年平均徑流深為982.6mm。采用RFC施工工法。堆石混凝土單價(jià)如表5所列。

根據(jù)表5統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，堆石混凝土直接工程費(fèi)為211.1元/m3,根據(jù)預(yù)算中相關(guān)的取費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)算，在直接費(fèi)為211.1元的情況下，其綜合單價(jià)為247.2元/m3。而等級(jí)為C20的普通常態(tài)混凝土在該項(xiàng)目施工條件類似的情況下最低單價(jià)為289.83元/m3，可見RFC這種施工工藝還是在一定程度上節(jié)約了成本。

表5 堆石混凝土單價(jià)