堆石坝挤压式边墙施工技术及质量控制

堆石坝挤压式边墙施工技术及质量控制1工程概况黄河公伯峡水电站位于青海省循化县与化隆县交界处的黄河干流上，坝址河道上游76km处是李家峡水电站，下游148km处是刘家峡水电站。枢纽主要任务是发电，兼顾灌溉及供水。枢纽由混凝土面板堆石坝、引水发电系统、溢洪道、右岸泄洪洞、左岸泄洪洞、灌溉取水口等建筑物组成。大坝为混凝土面板堆石坝，坝体总填筑量460万m3。坝顶长429.0m，坝顶宽10.0m，最大坝高139.0m，上游坡1∶1.4，下游坡1∶1.3～1∶1.5。坝顶设有高度为5.8m的“L”形防浪墙与面板相接，坝顶高程2010m。左岸上游设38.0m高的混凝土高趾墙与趾板连接，右岸上游设50cm的混凝土高趾墙。面板不等厚，厚度范围在0.3～0.7m之间。2挤压墙施工技术混凝土挤压式边墙施工技术是混凝土面板堆石坝上游坡面施工的新方法，该技术具有提高垫层料的碾压质量，简化施工工艺，简便、及时地防护上游坡面等特点，目前正在逐步被推广应用。混凝土面板堆石坝上游坡面的传统施工方法是在垫层料填筑时，超出设计边线约40cm，一般层厚40cm，分层碾压，填筑一定高度后，进行机械或人工削坡处理，反复地斜坡碾压，使之达到设计边坡线。为了对坡面进行保护，一般在坡面检验合格后，采用涂抹8～10cm厚砂浆或喷涂乳化沥青的方法进行保护。这种传统施工方法不仅费工、费时，影响整个大坝的填筑进度和质量，而且坡面垫层料的填筑密实度难以保证，斜坡碾压对施工安全十分不利。针对以上问题，国外工程界借鉴道路园林工程中道沿机的挤压滑模原理，提出了一种面板坝垫层料坡面施工方法——挤压式混凝土边墙技术。此技术在国外已用于实际工程，并取得了较好的效果。在国内，陕西省水电工程集团公司率先使用了这一技术，成功研制了边墙挤压机，在黄河公伯峡混凝土面板堆石坝工程中成功应用。挤压式边墙施工技术是利用挤压机械，使经过试验确定的塌落度为零的干硬性混凝土在垫层料边缘形成一道小墙。该墙断面为不对称梯形，其上游为斜面并与设计坝体坡面一致。下游面为近似垂直的坡面，高度为40cm，与垫层料填筑层厚一致。在混凝土中掺配一定量的速凝剂，在其内侧填筑垫层料，用普通振动碾垂直碾压。经检验合格后在工作面上再做一层挤压墙，如此工序循环反复，最终形成连续完整的符合设计要求的上游坝面。与传统工艺相比，其优点为：①连续施工，避免了因人工削坡、斜坡碾压等工作造成坝面前沿填筑的中止，保证了施工进度。②层料区由斜坡碾压变为垂直碾压，可以使用普通的振动碾，既方便施工，又方便检验，施工质量得到保证，对安全生产也有很大作用。③垫层料不需要超填40cm，避免了垫层料的浪费。④施工工艺极大地简化，减少了垫层料的超填、削坡、修整、斜坡碾压、涂抹砂浆等工序。⑤连续的边墙形成了规则平整的坡面，对垫层料起到很好的保护作用，同时，对下一步面板混凝土的施工打下了良好的基础。⑥如果采取适当措施降低挤压墙的渗透性，可以直接用于坝体的挡水度汛。挤压式混凝土边墙施工成功的关键是必须具有性能可靠、效率较高的挤压机械。公伯峡面板坝所用的挤压机是由陕西省水电工程集团公司自行开发研制的。其工作原理类似螺旋输送机，由动力装置带动近似于螺旋桨的挤压装置，将干硬性混凝土连续不断地挤入成型槽内，随着混凝土密实度的提高，挤入新的混凝土将变得困难，这时挤压力的反作用力可推动挤压机前进，实现连续施工。根据其工作原理，可通过调整挤压机自身的重量（即增加或减少配重铁块）来调整挤压混凝土的密实度及挤压机的前进速度。公伯峡工程所使用的挤压机的施工速度为40～60m/h，平均速度为44m/h，挤压混凝土密实度为2.0～2.2t/m3。挤压式混凝土边墙所用的混凝土为干硬性混凝土，塌落度为零，其性能应满足的要求为：通过挤压能达到一定的密实度，具有较低的抗压强度、弹性模量，较高的渗透性，方便施工。经过大量的试验研究，最终选定混凝土配合比为：水泥用量70～85kg/m3，用水量约100kg，水灰比1∶1.31～1∶1.45，施工时掺入适量的速凝剂，其28d抗压强度不大于5MPa,容重在2.1～2.3t/m3之间，渗透系数在10－2～10-3cm/s之间。3挤压墙的施工工艺（1）场地平整。垫层料摊铺碾压合格后，其表面应尽可能平整，平整度控制在±1.5cm范围内。（2）测量放线。该线平行于设计坡面，用以指导挤压机行进方向，使成形的挤压墙平直，位置精确。使用细线，每隔8～10m用铁钉固定在垫层料表面。（3）挤压机就位。挤压机由吊车吊运至预定位置，就位后使其内侧边沿紧贴测量放线线绳，扭动螺栓进行调平，并用水平尺检查，使挤压机出口高度为40cm。（4）成墙施工。在挤压机进料口后方平台放置速凝剂添加器，内已装好按比例加水稀释的速凝剂。发动挤压机，混凝土运输车运送已拌制好的混凝土熟料就位。将混凝土均匀地放入挤压机进料口，同时打开速凝剂添加剂开关，使速凝剂按计算好的流速流入进料口，通过挤压机的搅拌挤压，使速凝剂基本上可以均匀地掺入混凝土内。混凝土运输车应与挤压机同步前进并连续卸料。行进速度应控制在40～60m/h。挤压机行走路线以前沿内侧边沿靠线为准，并根据实际情况通过导向轮作适当调整，以保证成墙后墙体平直、位置准确。（5）人工整修。由于挤压机本身占用一定长度，因此成墙不能与两端混凝土趾板连接，应人工立模浇筑混凝土并掺速凝剂，人工捣实，使挤压墙两端与趾板连接，基本不留空隙。对成墙施工过程中发生的错台、倒塌等，进行人工修复，处理完成并检查合格后，方可转序施工。（6）施工记录。主要有测量放线记录、混凝土拌制记录、取样试验资料、施工班报等，资料记录应真实完整，班报中对缺陷处理要真实准确，决不允许漏记或做假。4挤压墙施工的质量控制挤压式混凝土边墙是一种新工艺，目前尚没有规范的质量控制标准，笔者根据公伯峡面板坝挤压式混凝土边墙的施工情况，提出以下几点：①把握好混凝土配合比和拌制质量，其总的原则是低强度、低弹模、适当的渗透性、易于成形及方便施工。②施工场地的平整度控制在±1.5cm以内。③成墙后上游侧斜面位置与设计坡面位置误差应控制在5cm以内。④挤压墙施工2h后可进行过渡料、垫层料的摊铺碾压施工，但不能对墙体造成任何破坏，如有损坏应及时进行修复。对垫层料的碾压要求用静压。⑤墙体混凝土应进行适当的现场取样，并进行不同龄期的强度、弹性模量及渗透性试验，以便指导施工。