浅谈堆石混凝土施工中的质量控制

张媛媛，周琦莙，范丽虹

（1.陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西 西安 710004；2.北京华石纳固科技有限公司，北京 100089）

堆石混凝土（RFC）技术具有低碳环保、低水化热、工艺简便、造价低廉、施工速度快等特点[1]。堆石混凝土是指将满足一定粒径要求的块石或卵石自然堆满仓面，然后在堆石体表面浇筑满足特殊要求的自密实混凝土（SCC），无需振捣仪依靠其自重充填堆石体的空隙，所形成完整密实的混凝土。堆石混凝土施工主要包括两道工序：堆石入仓和高自密实性能混凝土的生产浇筑[2]。通过合理的施工组织设计，两道工序均可通过大规模的机械化施工来完成，减小了人工的参与，避免了人为的干扰[3]。

1 质量检测方法概述

堆石混凝土的工程质量检测主要包括三个部分： （1）原材料的性能检测，包括自密实混凝土的原材料和堆石料；（2）自密实混凝土的性能检测；（3）堆石混凝土浇筑质量的检测。

其中（1）、（2）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需要借助现有的技术手段进一步进行探索。

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。

孔内电视检测是专门针对堆石混凝土密实度检测提出的方法，可以通过钻孔或者预埋管的方式获得检测孔，检测孔应穿过层间结合带以反映浇筑层间的密实度情况。通过对孔内表观照片的分析得到堆石混凝土内部的缺陷率，参考我国目前规范要求碾压混凝土的密实度为98%以上的标准，结合堆石混凝土工程实践，缺陷率应小于1%。

利用超声波检测堆石混凝土内部密实度可以通过单孔或者对孔的方法检测，根据波速的高低与离散性综合评定堆石混凝土的密实度，具体方法可参考《水工混凝土试验规程》（SL 352-2006）[4]中超声波检测混凝土内部缺陷的相关方法。

挖坑法参考了浆砌石坝的浇筑质量检查的相关规定，主要用于评价堆石混凝土的密度、堆石与混凝土的比例和空隙率。尽管挖坑法能够检测堆石混凝土的密实度以及各部分、空隙比例，但是堆石混凝土含石量高、强度高，在实际挖坑中很难开挖，并且测量精度偏低，因此采用此法检测的工程并不多。

浇筑完成的堆石混凝土的强度可以通过对取芯芯样的检测来评定，取芯时应尽量使用套管的方式，确保芯样在取出过程中不受到扭转、弯折等损伤，同时芯样的直径不宜过小，应客观评价由于堆石分布不均匀所带来的离散性。芯样抗压强度试件应按照《水工混凝土试验规程》（SL 352-2006）中混凝土芯样强度试验的相关规定制作，芯样直径不宜小于219 mm，其中块石体积含量在55%±20%的试块定义为堆石混凝土芯样试件，全部为自密实混凝土的试件定义为自密实混凝土芯样试件，其余芯样不必加工成试件。

堆石混凝土坝抗渗性能的检测应通过钻孔压水检测方法进行，当透水率高于5 Lu时应进行灌浆补强，对于中高坝或对抗渗性能要求较为严格的工程可提高相关标准。

2 工程概况

佰佳水电站作为陕西省的第一个堆石混凝土坝，不仅打开了陕西省的堆石混凝土市场，也填补了堆石混凝土在双曲拱坝中应用的空白。

佰佳水电站位于陕西省安康市镇坪县境内南江河干流上，电站以发电为主，兼顾防洪、养殖、旅游等综合利用效益。电站为混合式水电站，电站总装机容量4.9 万kW，年发电量1.68 亿°，年销售收入5070 万，总投资3.83 亿。

电站枢纽由大坝、引水系统、发电厂房和升压站组成。大坝坝顶高程789 m，最大坝高69 m，坝顶厚度5 m，外弧长200.885 m，坝顶中心角99.4°，坝底厚度17.065 m，底拱中心角46.36°。大坝采用3 孔溢流表孔和2 孔泄洪底孔联合泄洪。三表孔布置在顶拱中央，表孔堰顶高程779 m，单孔单孔孔口尺寸14 m×8 m；两底孔与三表孔相间布置，底板高程743 m，出口尺寸5 m×5 m。正常蓄水位787 m高程，死水位770 m高程，总库容2285 万m3，调节库容1452 万m3，为不完全年调节。

这里选取2013年大坝浇筑量为研究对象，2013.01.07～2013.12.24完成了720 m～750 m高程的浇筑，现场的原材料按照C9020 W8 F100 的设计标号设计，堆石混凝土（RFC）总浇筑量48508 m3，自密实混凝土（SCC）的浇筑量22506 m3，填充率45.48%。

这是主要介绍质量检测的第三部分堆石混凝土浇筑质量的检测。

（1）超声波检测堆石混凝土密实度

使用ZBL-U520 仪器，对5 个坝段分别进行超声波检测，每个坝段选择6 个～7 个钻孔进行检测，得到纵波波速。对每个坝段的检测结果加工成纵波等值线图，见图1～图5。

图1 纵波等值线图(V=1800 m/s～4400 m/s)

图2 纵波等值线图(V=1800m/s～4000m/s)

图3 纵波等值线图(V=1600 m/s～5000 m/s)

图4 纵波等值线图(V=2400 m/s～3400 m/s)

图5 纵波等值线图 (V=1800 m/s～4400 m/s)

图中横坐标表示水平距离（m），纵坐标表示钻孔深度（m）,已知纵波波速：岩石Vc=4000 m/s～5500 m/s；混凝土Vp=3500 m/s～4500 m/s； 水Vw=1500 m/s；空气Va=340 m/s 。从图中可以看到，波速均在1600 m/s以上，即表明其中没有空气，堆石混凝土内部不存在缺陷。

依据《水工混凝土试验规程》（SL 352-2006），堆石混凝土的密实度满足设计要求。

（2）钻孔取芯检测堆石混凝土浇筑强度

选取堆石与混凝土胶结部位进行圆柱体抗压强度试件加工,钻孔取芯位置为两孔在廊道靠上游一侧（靠上游约3 m，靠廊道约2 m），孔的高程为727.0 m～739.3 m，本次钻孔口径为165 mm。钻孔取芯芯样抗压强度数值见表1。

表1 钻孔取芯芯样抗压强度数

芯样的抗压强度最小值为21.6 MPa；最大值为29.1 MPa；平均值为24.7 MPa。RFC芯样强度大于C20 的设计标号，满足工程要求。

（3）钻孔压水检测堆石混凝土抗渗性能

堆石混凝土坝抗渗性能采用钻孔压水试验检测，检测方法按照《水利水电工程钻孔压水试验规程》（SL 31-2003）[5]中的相关规定执行。本次钻孔口径为70 mm。

本次压水试验共设置4 个孔，1 号孔设在2#拱坝段左坝肩，2、3、4 号孔均匀分布在3#拱坝段。其中1 号孔的钻孔深度6 m，段长5.20 m,段顶高程为749.50 m, 段底高程为744.30 m；2 号孔的钻孔深度12 m，段长11.45 m,段顶高程为739.04 m, 段底高程为727.59 m；3 号孔的钻孔深度12 m，段长11.60 m,段顶高程为738.80 m, 段底高程为727.20 m；4 号孔的钻孔深度1.5 m，段长1.17 m,段顶高程=739.10 m, 段底高程=737.93 m。再经过洗孔，设备校核，压水，记录数据后进行计算。

透水率按下式计算：

式中：Q为压入流量，L/min；P为作用于试段内的全部压力，MPa；L为试段长度，m。

计算过程见表2。

《混凝土拱坝设计规范》（SL 282 -2018）规定：坝高在100 m以上的，q=1 Lu～3 Lu；坝高在50 m～100 m的，q=3 Lu～5 Lu；坝高50 m以下的，q≤5 Lu。

佰佳水电站坝高69 m，其q在3 Lu～5 Lu以下即为合格。压水结果表明，最大透水率为2.23 Lu，最小透水率为0.89 Lu，平均值为1.6 Lu。由此说明RFC的抗渗性能十分优异，工程质量有保障。

表2 压水数据

3 结语

通过对堆石混凝土进行超声波检测、芯样抗压强度检测、钻孔压水检测等，证明在佰佳水电站施工中，堆石混凝土具有良好的密实度，同时满足抗渗要求，具有良好的抗渗性能，达到了工程的质量要求，进一步论证了堆石混凝土技术在佰佳水电站项目上的可行性和优越性。

堆石混凝土的工艺要求高自密实性能混凝土填充堆石体空隙，堆石混凝土的密实度、强度和抗渗性是检验其质量的重要指标。通过对堆石混凝土的质量检测，尤其是浇筑质量检测，对堆石混凝土综合性能指标的严格把关，对堆石混凝土的原材料、配合比、施工各主要环节及施工后的质量进行控制和检查，工程的质量是可以保证的。