擠壓式混凝土邊墻施工技術(shù)在澤城西安水電站（二期）工程中的應(yīng)用

趙中宇 曲小紅

（1山西省水利建筑工程局太原030006 2山西省水利水電建設(shè)監(jiān)理公司太原030002）

1 工程情況簡(jiǎn)介

山西省澤城西安水電站（二期）工程地處山西省晉中市左權(quán)縣境內(nèi)清漳河干流上。工程樞紐大壩是山西省正在施工的第一座混凝土面板堆石壩，該大壩上游坡比為l：1.5，下游平均坡比為1：1.3。壩體填筑包括墊層料、特殊墊層料、過渡料、主堆石料填筑等，壩體基礎(chǔ)為砂礫料軟基，上游壩腳處為支撐面板的鋼筋混凝土趾板，通過連接板與防滲墻連接（見圖 1）。

圖1 擠壓邊墻與壩體結(jié)構(gòu)示意圖

大壩于2010年3月31日開始填筑，由于工期很緊，上游存在交叉施工的問題，施工中還要經(jīng)過一個(gè)汛期，度汛方案為：大壩填筑到一定高程后在左岸預(yù)留一過水通道用作超標(biāo)洪水的泄洪；上游壩坡作防沖處理；過水通道用鉛絲籠防護(hù)。傳統(tǒng)的填筑上游固坡施工工藝為：墊層料超填、削坡、整坡、斜坡碾壓、坡面防護(hù)等。這種方法無(wú)論對(duì)上游的填筑質(zhì)量、大壩施工進(jìn)度、避免交叉施工影響，還是對(duì)大壩的安全度汛都是不太理想的，最終大壩施工選擇了擠壓式混凝土邊墻固坡新技術(shù)，取得了較好的效果，不僅滿足了度汛和避免交叉施工的影響，填筑質(zhì)量也有很大提高，而且作為主要因素，該技術(shù)的應(yīng)用使得筑壩比計(jì)劃工期提前了60天完工。本文就擠壓式混凝土邊墻施工技術(shù)及施工效果進(jìn)行總結(jié)與探討。

2 擠壓式混凝土邊墻的施工原理、技術(shù)要求及特點(diǎn)

2.1 工作原理

擠壓式混凝土邊墻施工技術(shù)是通過借鑒道路工程中的混凝土路緣石拉模施工技術(shù)而摸索出來的一種面板壩墊層料坡面施工的新技術(shù)，即在每填筑一層墊層料之前，沿上游墊層料設(shè)計(jì)邊線用混凝土邊墻擠壓機(jī)連續(xù)擠壓出一道混凝土小墻。待該邊墻混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，再在其下游鋪填墊層料，碾壓合格后再重復(fù)該工序進(jìn)行壩體上升填筑，形成完整的、有一定強(qiáng)度的上游混凝土坡面。邊墻擠壓機(jī)的成型速度快，可保證壩體堆石料、過渡料、墊層料同步上升，均衡施工。

該技術(shù)于20世紀(jì)90年代末首先在巴西埃塔（ITA）面板堆石壩施工中成功應(yīng)用，并很快在多個(gè)國(guó)家推廣。我國(guó)于2001年開始對(duì)該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行研究，2002年8月開始將該技術(shù)成功應(yīng)用于公伯峽面板堆石壩工程，并先后在龍首二級(jí)站、芭蕉河、水布埡等多個(gè)面板堆石壩工程中成功推廣應(yīng)用。山西澤城西安水電站（二期）工程在我省首次應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)。

2.2 技術(shù)要求

2.2.1 幾何尺寸的確定

擠壓邊墻幾何尺寸的確定主在有以下幾方面的因素：

（1）迎水面坡度要與大壩設(shè)計(jì)的上游坡度一致；

（2）擠壓式混凝土邊墻墻體高度取決于墊層料的鋪設(shè)厚度，而墊層料的鋪設(shè)厚度是根據(jù)設(shè)計(jì)的技術(shù)參數(shù)，用設(shè)計(jì)的筑壩材料通過碾壓試驗(yàn)后獲得，澤城西安水電站大壩墊層料壓實(shí)后的單層厚度為40 cm。

除上述兩項(xiàng)因素外，還需考慮其穩(wěn)定性和能夠抗擊振動(dòng)碾擠壓的強(qiáng)度要求及施工的便利等。

2.2.2 擠壓邊墻的強(qiáng)度和透水性要求

混凝土面板堆石壩，筑壩材料決定了整個(gè)壩體（面板混凝土除外）是一個(gè)半剛性體且具有一定的透水能力，與混凝土壩相比有較大的變形，混凝土擠壓邊墻必須能隨著墊層料或者說整個(gè)壩體的變形而變形，保證擠壓邊墻與墊層料接觸緊密，不產(chǎn)生脫空現(xiàn)象。所以，擠壓邊墻的彈性模量和透水性要與墊層料大體一致。同時(shí)，還必須顧及到混凝土的速凝，否則將會(huì)影響墊層料的填筑進(jìn)程。此外，在施工中還要特別注意外觀質(zhì)量，表面平整度對(duì)于減少對(duì)面板的約束、減少面板裂縫有著非常重要的意義。

2.3 技術(shù)特點(diǎn)

擠壓式混凝土邊墻施工工藝與傳統(tǒng)施工工藝比較，具有以下特點(diǎn)：

（1）替代了上游坡面的超填、削坡、斜坡碾壓、坡面防護(hù)等施工環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)化了施工工序，減少了施工干擾，節(jié)省資源，節(jié)約投資，加快了壩體填筑進(jìn)度。澤城西安水電站采用該項(xiàng)技術(shù)，有效地避免了上游壩坡削坡與防滲墻交叉施工的干擾。

（2）墊層料的碾壓由水平碾壓取代了傳統(tǒng)工藝中的斜坡碾壓，不僅提高了上游坡面墊層料的密實(shí)度，提高了墊層料的碾壓質(zhì)量，而且施工機(jī)械相對(duì)簡(jiǎn)單，減少了設(shè)備的投入。

（3）混凝土邊墻在上游壩面形成一層整潔、美觀、規(guī)則、堅(jiān)實(shí)的支撐面，有利于后續(xù)面板的施工，同時(shí)也有利于壩前趾板區(qū)灌漿、防護(hù)、寬槽回填的施工。

（4）澤城西安水電站大壩填筑存在施工中度汛的問題，采用斜坡碾壓，在汛期到來前必須進(jìn)行專門的防護(hù)措施，汛后大壩填筑到頂后，在削坡和碾壓中，可能使得汛前的防護(hù)遭到破壞，須進(jìn)行二次防護(hù)。其缺點(diǎn)一是造成了成本較高的墊層料的浪費(fèi)，更主要的是兩次防護(hù)處理極易造成坡面上墊層料的缺損，從而對(duì)面板和大壩的質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。而混凝土擠壓邊墻提高了坡面對(duì)汛期洪水的抗沖刷能力，坡面無(wú)雨水沖刷拉槽現(xiàn)象，勿需進(jìn)行專門的壩坡防護(hù)，有利于安全度汛。

（5）機(jī)械設(shè)備操作簡(jiǎn)單，施工方便、快速。

3 混凝土配合比設(shè)計(jì)

擠壓混凝土邊墻的材料組成主要有水泥、粗細(xì)骨料、水、外加劑等。按照擠壓邊墻的技術(shù)要求，擠壓邊墻混凝土配合比的設(shè)計(jì)要考慮三方面的因素：一是擠壓機(jī)擠壓出的混凝土密實(shí)度能否滿足與墊層料基本一致的滲透要求；二是擠壓混凝土的強(qiáng)度和彈性模量能滿足設(shè)計(jì)要求；三是配合比可施工性的要求，能否滿足不對(duì)面板產(chǎn)生強(qiáng)約束的功能要求。具體指標(biāo)如下：

（1）混凝土為干硬性混凝土，混凝土骨料粒徑不大于20 mm，坍落度為零；

（2）彈性模量指標(biāo)宜控制在5 000 MPa以下；

（3）28d 抗壓強(qiáng)度為 3～8 MPa，2～4 h 抗壓強(qiáng)度應(yīng)滿足擠壓成型邊墻在墊層料振動(dòng)碾壓時(shí)不出現(xiàn)坍塌為原則；

（4）密實(shí)度宜控制在2.1～2.3 g/cm3，盡可能接近墊層料的壓實(shí)密度；

（5）滲透系數(shù)10-3～10-4cm/s，盡可能接近墊層料的滲透系數(shù)。

根據(jù)混凝土強(qiáng)度范圍，常用混凝土的配合比見表1。

表1 常用擠壓邊墻混凝土配合比表

4 施工工藝及操作要點(diǎn)

4.1 施工工藝流程

澤城西安水電站大壩擠壓邊墻斷面為梯形，高度40 cm，頂寬10 cm，上游坡比（i1）與大壩墊層料坡比一致，下游坡比（i2）一般為8:1。擠壓邊墻在每一層墊層料（小區(qū)料）填筑施工之前施工，其施工工藝流程為：作業(yè)面平整與檢測(cè)→測(cè)量放線→擠壓機(jī)就位→攪拌車運(yùn)輸卸料→邊墻擠壓→表面及層間缺陷處理→端頭邊墻施工→墊層料攤鋪、碾壓→取樣檢驗(yàn)→驗(yàn)收合格后進(jìn)入下一循環(huán)。擠壓邊墻及壩體填筑施工順序見圖2所示。

圖2 擠壓邊墻、ⅡA、ⅢA、ⅢB施工順序圖

4.2 施工操作要點(diǎn)

4.2.1 作業(yè)面平整與測(cè)量放樣

人工修整施工作業(yè)面，其平整度控制在±2.0 cm以內(nèi)，以保證邊墻擠壓成型后平整、直順。

施工放樣采用全站儀，沿壩軸線方向每隔10 m設(shè)一個(gè)控制點(diǎn)（控制點(diǎn)與上游面的距離根據(jù)擠壓機(jī)的寬度確定），并用水泥釘或鋼筋樁固定掛線，標(biāo)識(shí)出擠壓機(jī)行走路線。

4.2.2 擠壓機(jī)就位

擠壓機(jī)采用機(jī)械吊運(yùn)就位，利用機(jī)械自備的水平尺或垂直刻度調(diào)整擠壓機(jī)垂直方向和行走路線（平行機(jī)身）方向，使其處于水平狀態(tài)，進(jìn)行起點(diǎn)就位和定向調(diào)整，安放、固定擠壓邊墻起頭的端頭擋板。施工時(shí)應(yīng)注意：

（1）調(diào)節(jié)擠壓機(jī)機(jī)身，使其處于水平狀態(tài)；

（2）校核擠壓機(jī)輪高，使擠壓邊墻墻體高度符合設(shè)計(jì)要求；

（3）考慮到面板堆石壩施工期存在沉降變形，擠壓邊墻施工應(yīng)根據(jù)沉降變形規(guī)律沿設(shè)計(jì)坡面線預(yù)留盈、虧坡幅度，以適應(yīng)壩體變形；

（4）根據(jù)測(cè)量結(jié)果確定擠壓邊墻的邊線，在邊線上分段掛線標(biāo)識(shí)出擠壓機(jī)行走路線。

4.2.3 擠壓邊墻施工

（1）擠壓邊墻混凝土在攪拌站集中拌制，用自卸汽車或混凝土罐車運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)。

（2）混凝土擠壓施工時(shí)，在邊墻擠壓機(jī)進(jìn)料口均勻噴灑液態(tài)速凝劑。

（3）邊墻混凝土擠壓施工

a.根據(jù)測(cè)量邊線，專人控制擠壓機(jī)行走方向，以保證邊墻澆筑成型精度控制在規(guī)定偏差范圍內(nèi)，自卸汽車或混凝土罐車卸料后，人工進(jìn)料。邊墻擠壓機(jī)施工速度宜控制在30～50 m/h。

b.施工中應(yīng)派專職人員，對(duì)出現(xiàn)的位置及外形尺寸誤差、邊墻垮塌等質(zhì)量缺陷進(jìn)行人工修補(bǔ)處理。

c.自卸汽車或混凝土罐車卸料始末產(chǎn)生的分離粗骨料應(yīng)作廢料處理。

4.2.4 邊墻端頭混凝土施工

邊墻兩岸端頭混凝土利用組合鋼模板或木模板，采用人工進(jìn)料、分層夯實(shí)，分層厚度不大于10 cm，并按規(guī)定的配合比量噴灑速凝劑，1 h后拆模。

4.2.5 表面及層間缺陷修補(bǔ)

對(duì)擠壓成型后邊墻表面缺陷和層間臺(tái)口，采用與混凝土邊墻同種材料的細(xì)料補(bǔ)填，輔以用人工及時(shí)進(jìn)行修整、補(bǔ)平、拍實(shí)。

4.2.6 墊層料攤鋪、碾壓

擠壓邊墻成型2 h后開始?jí)|層料攤鋪。墊層料卸料方向與邊墻軸線一致，卸料位置距邊墻不小于50 cm，采用機(jī)械輔以人工，按碾壓試驗(yàn)確定的松鋪厚度進(jìn)行攤鋪，4 h后開始碾壓。

墊層料采用自行式振動(dòng)碾輔以振動(dòng)平板夯碾壓，鋼輪距擠壓邊墻內(nèi)邊線約40 cm，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)確定的試驗(yàn)參數(shù)控制碾壓質(zhì)量。貼近邊墻處及邊角部位采用30kN振動(dòng)平板夯夯擊8～10遍（夯擊次數(shù)預(yù)先通過試驗(yàn)確定）。由于墊層料碾壓后的表面平整度對(duì)混凝土擠壓邊墻的平直度影響較大，因此墊層料碾壓后，現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)方格網(wǎng)，以成型的擠壓邊墻高程為依據(jù)，采用人工補(bǔ)料等方法。用靠尺和水平尺隨時(shí)檢測(cè)，使擠壓邊墻內(nèi)側(cè)墊層料的平整度及高差控制在±2.O cm以內(nèi)。

5 質(zhì)量控制

（1）施工前，進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)及其優(yōu)化，其抗壓強(qiáng)度、彈模、滲透系數(shù)、密實(shí)度等指標(biāo)應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求；同時(shí)擠壓機(jī)對(duì)混凝土配合比比較敏感，稍干和稍濕的混凝土都對(duì)擠壓機(jī)的行進(jìn)速度有影響，配合比設(shè)計(jì)和優(yōu)化時(shí)應(yīng)綜合考慮。（2）拌和站設(shè)專職試驗(yàn)、質(zhì)檢人員，嚴(yán)格把關(guān)，嚴(yán)格按批準(zhǔn)的混凝土配料單進(jìn)行配料，控制邊墻混凝土拌和質(zhì)量。

（3）擠壓機(jī)水平行走偏差控制在±2.0 cm以內(nèi)，確保擠壓墻的坡面平整度滿足面板壩施工規(guī)范對(duì)墊層料坡面（+5～-8 cm）的表面平整度要求。

（4）擠壓機(jī)行走速度控制在30～50 m/h，保證混凝土密實(shí)度和邊墻表面平整度。

（5）現(xiàn)場(chǎng)速凝劑的噴灑要均勻、適速，保證其摻量和質(zhì)量。

（6）墊層料碾壓施工宜在擠壓混凝土邊墻施工后2～4 h后進(jìn)行。

6 需進(jìn)一步研究探討的問題

6.1 對(duì)材質(zhì)的優(yōu)化

擠壓式混凝土邊墻為低強(qiáng)度、低彈性模量的干硬性混凝土，在采用不同材料（如天然篩分料或人工軋制料）的墊層料時(shí)，擠壓式邊墻混凝土的物理力學(xué)性能（如滲透性和彈性模量等）如何能盡量接近碾壓后墊層料性能，適應(yīng)面板變形要求，應(yīng)在混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)考慮。

6.2 設(shè)備完善

該項(xiàng)施工技術(shù)基本成熟，但在施工過程中，發(fā)現(xiàn)擠壓邊墻層與層之間易產(chǎn)生錯(cuò)臺(tái)，設(shè)備有提升的空間，需對(duì)邊墻擠壓機(jī)進(jìn)行改進(jìn)和完善，能更適應(yīng)多種配比混凝土擠壓施工，更易操作。

6.3 邊墻混凝土強(qiáng)度的確定

擠壓式混凝土邊墻混凝土的強(qiáng)度大體有一個(gè)取值范圍，究竟在這個(gè)范圍的那一點(diǎn)，不得而知，因?yàn)閿D壓式混凝土邊墻混凝土的強(qiáng)度取決于墊層料壓實(shí)后的彈性模量，而墊層料壓實(shí)后的彈性模量現(xiàn)場(chǎng)并無(wú)檢測(cè)方法，需室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，盡管室內(nèi)試驗(yàn)非常困難，也很難模擬現(xiàn)場(chǎng)墊層料的壓實(shí)情況，即使如此，仍然希望通過大量的室內(nèi)試驗(yàn)，根據(jù)不同的材質(zhì)和技術(shù)參數(shù)能夠提供一些權(quán)威的統(tǒng)計(jì)資料。這樣現(xiàn)場(chǎng)能夠根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行查找和比對(duì)，選擇一個(gè)近似于墊層料彈性模量所匹配的混凝土強(qiáng)度，使得擠壓式混凝土邊墻和墊層料的變形同步耦合，從而保證不會(huì)由于墊層料的變形產(chǎn)生脫空現(xiàn)象。否則會(huì)對(duì)面板質(zhì)量甚至大壩的安全構(gòu)成威脅。目前這部分工作存在很大欠缺，需進(jìn)一步研究。

7 結(jié)束語(yǔ)

擠壓式混凝土邊墻施工技術(shù)，在我國(guó)多個(gè)已建和在建的混凝土面板堆石壩成功應(yīng)用，實(shí)踐證明，擠壓式混凝土邊墻施工技術(shù)是一項(xiàng)簡(jiǎn)單易行的新型技術(shù)，對(duì)加快施工進(jìn)度、提高墊層料碾壓質(zhì)量有著顯著的作用。擠壓式混凝土邊墻施工技術(shù)簡(jiǎn)化了坡面施工工序、節(jié)省了填筑材料、降低了碾壓的工作量，具有明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

隨著國(guó)內(nèi)混凝土面板堆石壩建設(shè)項(xiàng)目數(shù)量的快速增長(zhǎng)，該技術(shù)具有很好的應(yīng)用前景。另外在堤壩加固，農(nóng)水項(xiàng)目的斗、農(nóng)渠，過水圍堰等工程中進(jìn)行推廣應(yīng)用，也會(huì)有較好的發(fā)展前景。