擠壓式混凝土邊墻施工技術(shù)

任智鋒，魯永華，遲守旭

（中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，天津 300222）

1 概述

擠壓邊墻施工技術(shù)是通過(guò)借鑒道路工程的混凝土路緣拉模施工技術(shù)而摸索出來(lái)的一種面板壩墊層料坡面施工的新技術(shù)，于20世紀(jì)90年代末率先在巴西埃塔（ITA）面板堆石壩（高125 m）施工中成功應(yīng)用，并很快推廣到多個(gè)國(guó)家。因其與墊層料同期上升，能同步完成堆石壩上游坡面保護(hù)的特點(diǎn)，因而受到了壩工界的廣泛關(guān)注和應(yīng)用。

我國(guó)于2001年開始對(duì)該技術(shù)進(jìn)行研究，2002年8月開始將該項(xiàng)施工技術(shù)成功應(yīng)用于公伯峽面板堆石壩工程[1]，并在短短的幾年時(shí)間里，先后在龍首二級(jí)、芭蕉河、水布埡、旱平嘴等多個(gè)面板堆石壩工程中推廣應(yīng)用。

2 施工機(jī)理及其特點(diǎn)

擠壓邊墻施工技術(shù)是一項(xiàng)面板堆石壩墊層料填筑施工的新技術(shù)。是在面板堆石壩的每一層墊層料之前，沿著面板堆石壩上游墊層料設(shè)計(jì)邊線，采用混凝土擠壓機(jī)連續(xù)擠壓出一低強(qiáng)度、低彈模、半透水的干貧混凝土小墻，稱為擠壓式邊墻。待該邊墻混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，再在其下游側(cè)鋪填墊層料，并用振動(dòng)碾水平碾壓完成墊層料的填筑施工。傳統(tǒng)施工工藝相比，擠壓邊墻主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）替代了傳統(tǒng)的超填、削坡、斜坡碾壓、坡面防護(hù)等施工方法，簡(jiǎn)化了施工工序，擠壓邊墻施工速度可達(dá)60 m/h，邊墻成型2～3 h后即可進(jìn)行墊層料填筑、碾壓，施工進(jìn)度明顯加快。

2）擠壓邊墻混凝土強(qiáng)度低，彈模小，有一定的透水性，有利于適應(yīng)壩前墊層區(qū)的變形，能有效防止壩面脫空。

3）邊墻在壩前形成一道規(guī)則、堅(jiān)實(shí)的支撐面，表面整潔美觀，避免了上游坡面削坡、斜坡碾壓等作業(yè)，有利于壩前趾板區(qū)灌漿、防護(hù)、寬槽回填等施工，減少了施工干擾。

4）一次性成型并自動(dòng)形成坡面保護(hù)，可快速提供一個(gè)抗沖刷的防護(hù)面，有利于安全渡汛。

5）機(jī)械設(shè)備簡(jiǎn)易，操作簡(jiǎn)單，施工方便、快速。

6）墊層料的碾壓由水平碾壓一次完成，取代了傳統(tǒng)工藝中的墊層料斜坡碾壓，從而提高了上游坡面墊層料的密實(shí)度，進(jìn)一步確保了墊層料的碾壓質(zhì)量。

3 設(shè)計(jì)要求

3.1 斷面設(shè)計(jì)

邊墻設(shè)計(jì)典型斷面為梯形（見圖1），邊墻以絞接的方式使其能適應(yīng)墊層的沉降變形，其底部不會(huì)形成空腔，有效地避免了空腔對(duì)面板地不利影響。上游坡面可根據(jù)壩坡坡比進(jìn)行調(diào)整。

3.2 混凝土配合比設(shè)計(jì)

配合比設(shè)計(jì)主要考慮兩個(gè)因素：1）擠壓機(jī)擠壓力的大小，即擠壓出的混凝土密實(shí)度能滿足滲透要求，且盡可能與墊層料一致；2）擠壓混凝土的強(qiáng)度和彈性模量能滿足設(shè)計(jì)要求，其強(qiáng)度要低，能適應(yīng)墊層料的變形，且能承受一定的荷載和沖擊。

由于擠壓機(jī)對(duì)混凝土配合比比較敏感，濕的混凝土行進(jìn)速度快，干的混凝土行進(jìn)速度慢，因此，擠壓邊墻混凝土須按一級(jí)配干硬性混凝土配合比設(shè)計(jì)，坍落度為0。通常采用水泥用量60～85 kg/m3，用水量控制在 80～100 kg/m3之間，水灰比1.31～1.45，砂率控制在28%～30%，速凝劑摻量為水泥用量的2.0%～4.0%。28 d混凝土抗壓強(qiáng)度5.0 MPa，混凝土的滲漏系數(shù)在10-2～10-3范圍內(nèi)，要求低彈模。

圖1 擠壓邊墻典型斷面圖

4 對(duì)面板結(jié)構(gòu)的影響及處理措施

在理想的計(jì)算模型（即擠壓邊墻是平整的，無(wú)任何尖角、突變）條件下，有限元分析成果顯示，由于擠壓邊墻的模量與墊層模量相比有較大的提高（墊層料經(jīng)碾壓后，其彈性模量在1 000 MPa左右，擠壓邊墻的彈性模量為2 000～5 000 MPa），且邊墻可以自由變形，不會(huì)對(duì)面板產(chǎn)生局部擠壓作用，因而與傳統(tǒng)施工方法的計(jì)算成果相比，面板的撓度會(huì)減小，應(yīng)力會(huì)得到較大的改善[2，3]。但實(shí)際情況往往與理想化模型有一定出入，原因如下：

1）由于擠壓邊墻層間結(jié)合施工過(guò)程中控制不好將產(chǎn)生層面棱線，增加邊墻坡面不平整度，對(duì)面板會(huì)造成一定約束。

2）堆石料填筑完成后，大壩壩體沉降變形仍將發(fā)展，因此混凝土面板澆筑前，大壩上游壩坡可能會(huì)發(fā)生一些虧坡或盈坡現(xiàn)象。

3）由于擠壓邊墻表面相對(duì)粗糙，且與面板混凝土材料同質(zhì)，混凝土澆筑時(shí)水泥砂漿會(huì)滲入邊墻表面，面板與邊墻因之可能會(huì)黏合在一起，從而增大界面的摩擦系數(shù)，當(dāng)壩體變形時(shí)會(huì)牽拉面板；或面板在水壓、自重、溫度等因素作用下自由變形時(shí)受到較大約束，繼而發(fā)生開裂現(xiàn)象，造成大壩病害性缺陷。

鑒于以上原因，在混凝土面板澆筑前，需對(duì)擠壓邊墻進(jìn)行針對(duì)性的處理措施，以使其實(shí)際工作形態(tài)盡可能地接近理想化模型：

1）對(duì)于不平整的邊墻坡面在面板澆筑前需進(jìn)行平整處理。

2）沿面板垂直縫將邊墻斷開，并在面板澆筑時(shí)逐層割除插入擠壓邊墻的架立鋼筋，以適應(yīng)面板板塊的自由變形需要。

3）進(jìn)行必要的計(jì)算分析，預(yù)測(cè)大壩壩面某一高程可能發(fā)生的沉降，在土壩填筑過(guò)程中，留有一定的補(bǔ)償空間。同時(shí)對(duì)于變形量較大的虧盈坡面，如有必要，可以采取局部削坡或?qū)D壓邊墻挖除后采取補(bǔ)填的方法來(lái)解決。此外，混凝土面板間沉陷伸縮縫下的砂漿墊層施工，也需要將相應(yīng)部位的擠壓邊墻切斷挖除，變相地減小了擠壓邊墻對(duì)混凝土面板的約束。

4）為盡可能減少擠壓邊墻與混凝土面板之間的約束和對(duì)擠壓邊墻表面進(jìn)行保護(hù)，常需在兩者間噴涂乳化瀝青，噴涂的乳化瀝青層要求能充填擠壓邊墻表面孔洞，形成表面相對(duì)光滑、與混凝土面板異質(zhì)的柔性隔離層。通常需要根據(jù)乳化瀝青及砂料的主要技術(shù)指標(biāo)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)破壞性試驗(yàn)確定瀝青及砂料的最優(yōu)噴灑量和噴灑方法，目前比較常用的噴涂工藝主要有“兩油兩砂”或“兩油兩砂一碾”[4，5]，以達(dá)到減少面板與邊墻層間摩阻的工程目的。

5 進(jìn)一步研究的問(wèn)題[6]

1）擠壓邊墻的作用機(jī)理分析研究。一般認(rèn)為構(gòu)成擠壓式邊墻的材料為低強(qiáng)度、低彈模的干貧混凝土，在大壩運(yùn)行期間，受上游面板應(yīng)力的作用，擠壓式邊墻會(huì)被逐漸壓碎，性質(zhì)上逐漸恢復(fù)為墊層料，這種定性的推測(cè)還有待于進(jìn)一步的試驗(yàn)研究與論證。

2）擠壓邊墻混凝土試件制取的進(jìn)一步規(guī)范問(wèn)題。對(duì)擠壓邊墻混凝土質(zhì)量檢測(cè)的試件制取主要有兩種基本方法：模擬擠壓法（直壓法和振壓法）、振動(dòng)法（人工插搗法和振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)法）。這兩種方法與實(shí)際條件都有一定相似，但又不完全相同，而且操作程序也各有不同，因此應(yīng)該進(jìn)一步規(guī)范擠壓邊墻混凝土質(zhì)量檢測(cè)試件的制取方法，使其質(zhì)量控制規(guī)范有序，以對(duì)下一步推廣應(yīng)用本技術(shù)奠定基礎(chǔ)。

6 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐表明，擠壓邊墻施工技術(shù)是一種簡(jiǎn)單易行的實(shí)用技術(shù)，對(duì)加快施工進(jìn)度和改善現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境有著明顯的作用。由于這種方法替代傳統(tǒng)方法中的多道工序，與傳統(tǒng)施工方法相比，施工進(jìn)度會(huì)得到明顯提高，同時(shí)由于其經(jīng)濟(jì)性較傳統(tǒng)方法較好，為該技術(shù)的推廣應(yīng)用提供了較好的前景[1]。隨著在越來(lái)越多的水電站中的使用，混凝土擠壓邊墻技術(shù)將更加成熟起來(lái)，能夠?yàn)楦嗟墓こ添?xiàng)目提供使用經(jīng)驗(yàn)。

［1］潘文學(xué)，孫淑俠.擠壓式混凝土邊墻固坡施工法在黃河公伯峽水利工程的應(yīng)用［J］.水利與建筑工程學(xué)報(bào)，2005（6）.

［2］呂玉峰，周慶瑜.擠壓邊墻施工方法對(duì)面板受力的影響［J］.東北水利水電，2007（6）.

［3］羅先啟，等.基于擠壓邊墻技術(shù)水布埡面板堆石壩應(yīng)力-應(yīng)變研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005（7）.

［4］張海莉，胡維群.擠壓邊墻施工技術(shù)在水布埡工程中的應(yīng)用［J］水力發(fā)電，2007（8）.

［5］王海全，代昌福，等.乳化瀝青隔離保護(hù)技術(shù)在巴貢水電站面板堆石壩工程中的應(yīng)用 ［J］.四川水力發(fā)電，2007（5）.

［6］吳曉銘.對(duì)面板壩擠壓式邊墻技術(shù)的探討［J］.湖北水力發(fā)電，2005（1）.