江赵平，袁 敏

(恩施州水利水产局,湖北 恩施 445000)

石马水库位于湖北省恩施州宣恩县境内，水库总库容65.68万m3，是一座以村镇供水及工业供水为主，兼顾一定防洪等综合利用的小(Ⅱ)型水库。枢纽工程的重力坝采用的是自密实堆石混凝土，其自密实堆石混凝土总方量为6.2万m3，混凝土含量2.79万m3，堆石含量占55%，工程总投资6095.88万元。石马水库是恩施州境内第一个应用自密实堆石混凝土材料的项目，取得了非常好的效果，具有低水泥用量、低水化热、机械化施工、缩短工期、降低施工成本、综合性能稳定等方面的优势，同时，应用过程中在设计阶段、施工阶段、质量控制与检测等方面存在一些问题，需要在以后的推广应用中予以解决。

1 自密实堆石混凝土筑坝施工流程

石马水库自密实堆石混凝土总填筑方量和混凝土方量，相较于常态混凝土重力坝，混凝土方量大幅度减少，同时省略了混凝土浇筑的振捣工序，减少和消除了温控措施[1]，施工工艺相对简单。由基础开挖、洞挖、爆破开采的石料均可用作堆石料的来源，优先采用汽车运输直接到仓面，在局部不方便使用汽车运输的部位，采用塔式起重机运输。自密实混凝土的生产使用强制式拌合楼，由混凝土输送泵将混凝土输送入仓。工程应用表明，自密实堆石混凝土技术从堆石料的开采及运输入仓、混凝土的搅拌及运输均可以实现机械化施工，极大地降低了与人为因素密切相关的管理和技术水平对工程质量的影响，同时可大幅度缩短施工工期。

堆石混凝土技术施工工艺简单，主要有仓面处理、模板施工、堆石的选取与入仓、自密实混凝土施工和堆石混凝土养护共5道程序。其主要流程如下。

(1)仓面处理：需满足表面清洗干净无积水等常态要求。

(2)模板施工：与常态混凝土的要求基本一致，但更加严格，须保证更好的稳定性、刚性和密闭性。

(3)堆石的选取与入仓：堆石料所选取的块石粒径不应小于300mm，根据堆石的运输及入仓能力选取尽可能大的块石；可通过装载机、挖掘机等设备装车利用自卸汽车运输至指定地点。对于含泥土较多的堆石料应增设清洗工序。堆石入仓的最佳方式是采用自卸汽车直接从料场将堆石料运至仓面堆积，自卸汽车无法到达仓面时可以通过塔机等方式将堆石料吊运至仓面内。

(4)自密实混凝土施工：须使用强制式搅拌站或搅拌楼进行生产自密实混凝土。在90min内运抵现场直接浇筑，无须振捣即可密实。自密实混凝土的最佳浇筑方式为泵送浇筑，若施工现场不具备泵送条件，则可考虑其他浇筑方式。

(5)堆石混凝土的养护：与常态混凝土相同，养护完成且性能检测合格后即可连续循环施工。

自密实堆石混凝土筑坝施工流程如图1所示。

表1 自密实混凝土与常态混凝土配合比及材料用量

图1 自密实堆石混凝土筑坝施工流程示意图

2 自密实堆石混凝土筑坝技术优点

2.1 低水泥用量和低水化热

自密实堆石混凝土堆石含量达55%，极大地降低了水泥用量，加之自密实混凝土可外掺粉煤灰、矿渣粉、石粉等材料，进一步降低了水泥用量。单位方量自密实混凝土与常态混凝土材料用量见表1。

由表1可知，石马水库采用C20等级自密实堆石混凝土，每砌筑方水泥用量94kg，常态混凝土水泥用量289kg/m3，节省水泥67%。水泥用量的减少可大幅度降低水化热，工程实践监测绝热温升不超过20℃，从而极大简化温控措施[1]。

2.2 机械化施工缩短工期

自密实堆石混凝土施工工序主要包括堆石料开采运输入仓和自密实混凝土的搅拌运输入仓两道工序[3- 6]，均使用常态机械设备，具备实现机械化生产的条件，避免了人为的干扰。

通过合理的施工平面布置，两道工序可以同时进行，在空间与时间上形成两个独立的工作系统，互不干扰，成倍的提高了生产效率，同时大幅度降低了设备生产强度。另外，低水泥用量与低水化热减少了温控措施，堆石料的利用减少了混凝土生产方量，自密实混凝土免除振捣工序等都为缩短工期提供了强有力的保证。此外，自密实堆石混凝土层面堆石料裸露，增加了层间混凝土的结合面，相较常态混凝土而言，省去了结合面的人工凿毛工序，显著缩短工期。

2.3 降低施工成本

自密实堆石混凝土重力坝和常态混凝土重力坝大坝工程量和投资对比见表2。

表2 自密实混凝土重力坝与常态混凝土重力坝大坝部分工程量及投资对比表

由表2可知，石马水库常态混凝土方案大坝部分工程投资3646.70万元，自密实堆石混凝土方案大坝部分工程投资3171.05万元，节省投资475.66万元，在相同条件下较常态混凝土成本降低15%，主要通过3个方面实现。

(1)石马水库堆石含量占砌筑总方量的55%，减少胶凝材料用量，材料成本较胶凝材料有所降低。

(2)石马水库自密实混凝土的含量为砌筑总方量的45%，混凝土搅拌运输入仓等工序的施工成本更能够显著降低。

(3)石混凝土施工机械化程度高，简化或消除了温控措施，浇筑过程免去了振捣工序，都可降低施工成本[4- 7]。

2.4 综合性能稳定安全系数高

自密实堆石混凝土由堆石料和自密实混凝土构成。堆石料相互搭接，在结合面裸露形成菱角，增加结合面的咬合力，可以显著提高结合面抗剪能力、材料抗压性能和结构体积稳定性；而自密实混凝土由于其流动性能、充填性能、抗离析性能良好，在浇筑过程中不离析、不泌水，既保证了自密实混凝土的充填均匀性，又避免了混凝土与骨料胶结面过渡区薄弱层的产生[8- 9]。

3 自密实堆石混凝土筑坝技术面临的问题

3.1 设计阶段的问题

(1)目前，没有相关堆石混凝土坝设计规范，主要依据SL 678—2014《胶结颗粒料筑坝技术导则》(以下简称导则)开展设计工作，而《导则》中对大坝设计的要求大部分按照已有刚性坝的相关规范执行，设计人员在选择规范时存在不一致的问题。石马水库设计阶段分别选取了SL 25—2006《砌石坝设计规范》、SL 319—2005《混凝土重力坝设计规范》为参照依据进行对比分析，设计成果相差较大，仅工程总投资就相差22%。

(2)《导则》对适用范围、横缝设置间距、防渗层等的要求相较于刚性坝规范相差较大，实际设计过程中选取标准不一致，突破规范要求现象时有发生，其安全性有待进一步考证。《导则》对堆石混凝土重力坝提出横缝设置间距宜为20～30m，石马水库对《导则》有所突破，重力坝坝体最长坝段分缝长度达到45m；《导则》中堆石混凝土坝防渗层要求坝高小于30m时可采用坝体自身防渗，并对坝体与坝基的连接进行防渗设计，石马水库在设计上对规范建议值也有突破，坝高为56m堆石混凝土重力坝，未单独设置防渗层，直接利用坝体防渗。

3.2 施工阶段的问题

(1)在大坝下部仓面较大区域采用汽车运输入仓、挖机平仓，施工速度较快，在大坝上部结构仓面不具备汽车运输入仓、挖机平仓条件时，堆石主要依靠塔吊入仓、人工平仓，虽然可以减少自密实混凝土用量，但需要大量的人工辅助，施工进度较慢，经济性不高。

(2)为更好的解决层间结合问题，下层浇筑时堆石应外露，浇筑后仓面基础不平整，汽车运输条件较差。石马水库堆石入仓首选运输方式为自卸汽车运输入仓，为保证运输条件，在施工时需人工预留汽车通道，浇筑仓面基本无堆石外露，在上层浇筑时需对预留运输通道进行凿毛处理，处理工作量偏大。

3.3 质量控制及检测存在的问题

(1)目前，堆石混凝土对块石、粉煤灰、水泥等原材料质量要求较高，批次不同需重新校对混凝土配合比。同时堆石混凝土汽车运输堆石入仓，石料的冲洗质量较难控制，常有碎屑或泥土带入仓面，汽车运输时又会发生坝面工程的破坏和杂物混合料一起进仓的问题，堆石料入仓后若遇雨水冲刷，导致泥浆、石粉在接触层面上沉积，沉积物处理较困难。

(2)拌合料质量控制难度大，施工现场需要进行水泥、粉煤灰、用水量以及外加剂等数量的现场调整，人为因素较多，致使出现一些混凝土过早离析、坍落度保持时间短、输送管被堵等问题，还需要进一步完善技术。另外，自密实堆石混凝土坝无成熟的质量检测和评定标准，现场质量难以控制。

4 结语

针对上述设计阶段无规程规范、施工阶段模板成本高、高仓面堆石料运输难度大、现场质量控制难、无统一质量检测与评定标准等问题，急需采取有效措施解决。

4.1 加快行业技术标准的制定出台

堆石混凝土作为一种混凝土材料仍应按照混凝土重力坝和拱坝的相关设计规范进行设计，在大坝布置、坝体结构、泄水建筑物、结构计算、坝体断面等方面与常态混凝土保持一致，但在坝体分缝和止水、坝体防渗和排水、温度控制和细部构造等方面既不等同于混凝土重力坝，不完全符合砌石混凝土重力坝，急需编制水电行业堆石混凝土筑坝技术设计规范，并对相应内容做出具体规定。目前，《堆石混凝土筑坝技术导则》(下称《导则》)尚在编制审批过程中，在《导则》等行业规定正式发布前，地方水行政主管部门在推广应用自密实堆石混凝土的过程中应联合质量监督机构、专利提供方和科研机构制定施工、质量控制、检测和评定等技术标准，以便在施工过程中控制工程质量，确保工程安全。

4.2 优化设计方案和施工组织

随着浇筑高度的提升，大坝上部结构仓面堆石主要依靠塔吊入仓、人工平仓，需要大量的人工辅助，施工进度较慢，经济性不高。建议设计单位进行多方案比选：通过大坝下部结构采用自密实堆石混凝土上部结构采用常态混凝土的方案与全坝高采用自密实堆石混凝土方案进行比较，论证方案的可行性，寻找出经济合理的自密实堆石混凝土适用坝高，优选技术合理和经济优越的方案和结构断面，为工程建设提供重要的设计技术保障[10]。

为保证运输条件而预留汽车通道的凿毛处理工作量大。建议施工单位在施工过程中不断优化施工组织设计方案，合理确定汽车运输路线，尽量减少汽车运输通道所占面积，减少凿毛工作量；同时，积极采取先进施工设备，采用专业的凿毛机械，减少人工工作量，加快施工进度。

4.3 强化质量控制体系，加强工程质量检测

自密实堆石混凝土作为一种新型材料，其质量检测和评定标准不完善，现场质量控制难度大，参建单位要不断提升质量意识、完善质量管控机制、落实质量责任。严格执行施工单位自检、监理单位平行检测、项目法人抽检制度。

堆石混凝土的工程质量检测主要包括3个部分：一是原材料的性能检测，包括自密实混凝土的原材料和堆石料；二是自密实混凝土的性能检测；三是堆石混凝土浇筑质量的检测。其中第一、二部分与传统混凝土的检测要求基本一致，而在堆石混凝土的浇筑质量检测方面则需要借助现有的技术手段进行进一步探索。堆石混凝土的浇筑质量主要包括密实度、堆石混凝土强度和抗渗性能，其中密实度可通过孔内电视、孔内声波检测和挖坑法等方法检测；堆石混凝土浇筑强度工程检测则需要通过钻孔取芯对芯样的抗压强度进行检测；堆石混凝土的工程抗渗性能检测则需要通过钻孔压水试验方法进行检测。