潘口水電站面板堆石壩擠壓邊墻施工技術(shù)

許東林，秦 赫

（1.漢江水電開發(fā)有限責(zé)任公司，湖北 丹江口 442700；2.丹江口水力發(fā)電廠，湖北 丹江口 442700）

1 工程概況

潘口水電站位于湖北省十堰市竹山縣境內(nèi)，地處堵河干流上游河段，壩址距竹山縣城13 km，經(jīng)鮑峽鎮(zhèn)至十堰公路里程162 km。工程開發(fā)任務(wù)以發(fā)電、防洪為主，電站建成后還具有增加南水北調(diào)中線可調(diào)水量、提高南水北調(diào)的供水保證率、改善庫(kù)區(qū)通航條件等綜合利用效益。水庫(kù)正常蓄水位355.00 m，相應(yīng)庫(kù)容19.70億m3，總庫(kù)容23.38億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容11.20億m3，為完全年調(diào)節(jié)水庫(kù)。電站裝機(jī)2臺(tái)，總裝機(jī)容量500 MW。

潘口水電站為一等大（1）型工程。樞紐建筑物主要由混凝土面板堆石壩、右岸岸邊開敞式溢洪道、右岸泄洪洞、左岸引水隧洞、地面廠房和開關(guān)站等組成。混凝土面板堆石壩布置在潘口河口上游約1.2 km。壩頂高程362.0 m，趾板最低建基面高程248 m，最大壩高114.0 m。壩頂寬9.2 m，上下游壩坡均為1∶1.4，下游壩坡在高程333.0 m、308.0 m處各設(shè)置一條2.0 m寬的馬道，在高程283.0 m處設(shè)置一條5.0 m寬的馬道，下游綜合坡比1∶1.482。

混凝土面板堆石壩是目前我國(guó)水利水電工程中的主要壩型之一，但大壩上游面墊層施工采用的傳統(tǒng)方法存在缺陷，即斜坡碾壓難以保證墊層區(qū)的質(zhì)量，工序多而復(fù)雜，交叉作業(yè)干擾大，特別是人工削坡費(fèi)時(shí)費(fèi)力，與大壩壩體填筑施工存在矛盾，直接影響了工程進(jìn)度和施工質(zhì)量。

擠壓式邊墻護(hù)坡技術(shù)是借鑒道路園林工程中道沿機(jī)的擠壓滑模原理，創(chuàng)出的一種面板壩墊層料坡面施工的新技術(shù)。1999年首先在巴西埃塔(ITA)面板堆石壩施工中使用，并取得成功。該技術(shù)具有能保證墊層料壓實(shí)質(zhì)量、提高坡面防護(hù)能力以及施工簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，已經(jīng)成為面板壩施工的一種新技術(shù)。

2 混凝土擠壓墻的施工技術(shù)要求及混凝土配合比

潘口水電站擠壓邊墻設(shè)計(jì)底高程為248.0 m，頂高程為358.0 m，擠壓式邊墻混凝土共275層（每層高40 cm），共41 426 m2，計(jì)混凝土10 239 m3。斷面為梯形，邊墻外側(cè)坡比1∶1.4，內(nèi)側(cè)坡比8∶1，頂寬10 cm，底寬71.2 cm，墻高40 cm，與碾壓后的墊層料厚度一致。

混凝土擠壓邊墻典型斷面見圖1。

圖1 擠壓邊墻典型斷面圖Fig.1 Typical section of the crushing side wall

2.1 基本施工條件

（1）為保證邊墻密實(shí)度均勻，墊層的密實(shí)度必須均勻；

（2）為保證擠壓墻斷面尺寸不變，墊層（2A料）必須碾壓平整，不能有起伏，也不得有凸出的大石料，墊層平面誤差控制在±3 cm；

（3）擠壓墻混凝土骨料最大粒徑不大于2 cm；

（4）由于邊墻擠壓機(jī)對(duì)混凝土的配合比較敏感，為保證成型邊墻的透水性和強(qiáng)度指標(biāo)，應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定擠壓混凝土的配合比和添加劑等參數(shù)。

2.2 邊墻混凝土施工技術(shù)要求

（1）根據(jù)潘口工程設(shè)計(jì)技術(shù)文件要求，擠壓墻上游坡面偏差控制在0～-15 cm之內(nèi)；

（2）邊墻上游坡面平整度用3 m直尺檢查，其誤差不大于2～3 cm；

（3）邊墻上游坡面不允許存在突坎，施工時(shí)形成的層間錯(cuò)臺(tái)應(yīng)打磨或用M5的水泥砂漿填補(bǔ)抹平，填補(bǔ)的砂漿坡度不緩于1∶10，打磨填補(bǔ)應(yīng)僅限于局部范圍，連續(xù)面積不大于1.0 m2，且每層總的打磨或填補(bǔ)面積不大于總面積的20%。

2.3 擠壓邊墻混凝土的配合比

本工程擠壓邊墻混凝土按一級(jí)配干硬性混凝土配合比設(shè)計(jì)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)材料試驗(yàn)推薦配合比，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核驗(yàn)證后，確定擠壓墻施工原材料的各項(xiàng)指標(biāo)和配合比?；炷猎牧先缦拢海?）砂石骨料采用潘口鄉(xiāng)人工料場(chǎng)生產(chǎn)的砂石料；（2）水泥采用普通硅酸鹽水泥；（3）速凝劑采用SA160（瑞士產(chǎn)）液態(tài)速凝劑。

最終的擠壓墻混凝土配合比見表1。

表1 擠壓邊墻混凝土施工配合比表Table 1:Mix proportion of the crushing wall concrete

3 混凝土擠壓墻擠壓機(jī)械

工程采用的邊墻擠壓機(jī)是本項(xiàng)目的施工承包人——中國(guó)水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司（原陜工局）制造的BJY－40型邊墻擠壓機(jī)。該設(shè)備設(shè)計(jì)原理比較先進(jìn)，能夠滿足設(shè)計(jì)要求，總體來(lái)說(shuō)，在施工質(zhì)量要求等各方面基本滿足混凝土擠壓墻的技術(shù)要求。邊墻擠壓機(jī)主要參數(shù)見表2。

表2 邊墻擠壓機(jī)主要機(jī)械參數(shù)Table 2:Main indexes of the side wall extrusion machine

3.1 邊墻擠壓機(jī)基本結(jié)構(gòu)

邊墻擠壓機(jī)由后輪、成型倉(cāng)、攪龍倉(cāng)、動(dòng)力倉(cāng)、液壓系統(tǒng)和前輪及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)六大部分組成。成型倉(cāng)、攪龍倉(cāng)、動(dòng)力倉(cāng)三段之間用螺栓聯(lián)結(jié)成一體，成型腔兩側(cè)各有一個(gè)后輪；前輪及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)焊接在動(dòng)力倉(cāng)的前端，液壓系統(tǒng)在動(dòng)力倉(cāng)內(nèi)。

3.2 擠壓機(jī)工作原理

邊墻擠壓機(jī)運(yùn)用“連續(xù)式壓移原理”（圖2），液壓泵將柴油機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓能，一路通過(guò)低速大扭矩液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)攪龍旋轉(zhuǎn)，將進(jìn)入攪龍倉(cāng)的混凝土拌和料輸送到成型腔；另一路通過(guò)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)器，使成型腔中的拌和料產(chǎn)生高頻振動(dòng)。成型腔內(nèi)拌和料在攪龍擠壓力和振動(dòng)器激振力的綜合作用下，充滿成型腔，并達(dá)到設(shè)定的密實(shí)程度，在攪龍軸向推力的作用下，邊墻擠壓機(jī)以密實(shí)的混凝土為支撐向前移動(dòng)，機(jī)后連續(xù)形成梯形斷面形狀的混凝土邊墻。

圖2 擠壓機(jī)工作原理Fig.2 Working principle of the extrusion machine

當(dāng)混凝土拌和料均勻進(jìn)入攪龍倉(cāng)時(shí)，邊墻擠壓機(jī)勻速前進(jìn)，機(jī)后勻速形成設(shè)定密實(shí)度的混凝土邊墻；當(dāng)拌和料斷續(xù)進(jìn)入攪龍倉(cāng)時(shí)，邊墻擠壓機(jī)的前進(jìn)速度為變值；當(dāng)拌和料停止供給，邊墻擠壓機(jī)的前進(jìn)速度為零。即邊墻擠壓機(jī)的前進(jìn)速度為無(wú)控自動(dòng)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)的前提條件是成型腔內(nèi)拌和料達(dá)到設(shè)定的密實(shí)程度。

混凝土邊墻的密實(shí)程度可以按需要設(shè)定。邊墻擠壓機(jī)向前移動(dòng)的前提條件是成型腔內(nèi)密實(shí)拌和料的支反力等于機(jī)器前進(jìn)的各種阻力之和，通過(guò)調(diào)整成型倉(cāng)內(nèi)配重?cái)?shù)量和前輪的支撐高度可改變成型腔內(nèi)拌和料與模板之間的摩擦阻力，摩擦阻力是前進(jìn)總阻力的主要組成，總阻力減小，拌和料的密實(shí)程度降低，反之，拌和料的密實(shí)程度增加。

4 擠壓邊墻混凝土施工

4.1 施工準(zhǔn)備

（1）編制混凝土擠壓墻施工技術(shù)措施及安全措施；

（2）對(duì)施工人員進(jìn)行技術(shù)和質(zhì)量、安全交底；

（3）吊運(yùn)擠壓機(jī)到施工現(xiàn)場(chǎng)并對(duì)其進(jìn)行必要的檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)解決。

4.2 混凝土擠壓邊墻與墊層料施工工序流程

每填筑一層墊層料之前，用擠壓式邊墻機(jī)制作出一個(gè)半透水的混凝土墻，然后在其內(nèi)側(cè)按設(shè)計(jì)鋪填墊層料，碾壓合格后再制作上層邊墻，進(jìn)行下一道工序，混凝土擠壓邊墻與墊層料施工工序流程見圖3。

4.3 混凝土擠壓邊墻施工方法

（1）場(chǎng)地平整

墊層料攤鋪壓實(shí)后，人工對(duì)擠壓邊墻機(jī)行走區(qū)域進(jìn)行修補(bǔ)整平，平整度控制在±1.5 cm范圍內(nèi)。

（2）測(cè)量放線

邊墻施工前，根據(jù)邊墻擠壓機(jī)的寬度，在其內(nèi)側(cè)放樣出一條平行于壩軸線的直線，每10 m左右用鋼釘將細(xì)線固定在墊層料表面，用于指導(dǎo)擠壓機(jī)的行進(jìn)方向，使成型的擠壓邊墻平直、位置準(zhǔn)確。

（3）擠壓機(jī)就位

將擠壓機(jī)吊運(yùn)至預(yù)定位置，就位后使其內(nèi)側(cè)邊沿緊貼測(cè)量放樣出的細(xì)線，并用水平尺檢查，將擠壓機(jī)調(diào)平。

圖3 混凝土擠壓邊墻與墊層料施工工藝流程圖Fig.3 Construction process of the concrete crushing side wall and cushion material

（4）擠壓邊墻混凝土施工

①混凝土由6.0 m3罐車運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，并沿?cái)D壓邊墻走向停放，在開動(dòng)擠壓機(jī)后，隨擠壓機(jī)同步前進(jìn)，行走速度控制在40～60 m/h，均勻連續(xù)卸料至擠壓機(jī)料倉(cāng)并在卸料過(guò)程中摻加高效速凝劑（其摻量為水泥用量的4%）。

②混凝土擠壓邊墻：擠壓機(jī)行走以其內(nèi)側(cè)放樣出的細(xì)線為準(zhǔn)，根據(jù)行走過(guò)程的偏差情況作適當(dāng)調(diào)整；同時(shí)，檢查已擠壓成型邊墻的結(jié)構(gòu)尺寸，并隨時(shí)調(diào)整擠壓機(jī)內(nèi)外側(cè)調(diào)平螺栓，使擠壓邊墻上游坡比及高度滿足設(shè)計(jì)要求。

③擠壓邊墻與壩肩趾板接口處，由于擠壓機(jī)不能到達(dá)，采用人工內(nèi)側(cè)立模，澆筑同標(biāo)號(hào)混凝土。

④對(duì)施工中出現(xiàn)的錯(cuò)臺(tái)（小于1cm）、鼓包、坍塌等現(xiàn)象，分別采取砂漿抹平、鑿除抹灰及立模補(bǔ)澆混凝土等措施進(jìn)行處理。

4.4 擠壓墻施工的質(zhì)量控制

擠壓式混凝土邊墻是一種新工藝，目前尚沒(méi)有規(guī)范的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，筆者根據(jù)潘口電站面板壩擠壓式混凝土邊墻的施工情況，提出以下幾點(diǎn)：

（1）把握好混凝土配合比和拌制質(zhì)量，其總的原則是低強(qiáng)度、低彈模、適當(dāng)?shù)臐B透性、易于成型及方便施工。

（2）施工場(chǎng)地的平整度控制在±1.5 cm以內(nèi)。（3）成墻后上游側(cè)斜面位置與設(shè)計(jì)坡面位置誤差應(yīng)控制在5 cm以內(nèi)。

（4）擠壓墻施工2 h后可進(jìn)行過(guò)渡料、墊層料的攤鋪碾壓施工，但不能對(duì)墻體造成任何破壞，如有損壞應(yīng)及時(shí)進(jìn)行修復(fù)。對(duì)墊層料的碾壓要求用靜壓。

（5）墻體混凝土應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)默F(xiàn)場(chǎng)取樣，并進(jìn)行不同齡期的強(qiáng)度、彈性模量及滲透性試驗(yàn)，以便指導(dǎo)施工。

5 結(jié) 語(yǔ)

混凝土面板堆石壩上游坡面的施工是控制壩體填筑進(jìn)度和影響壩體質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)?；炷翑D壓式邊墻護(hù)坡技術(shù)是面板堆石壩上游坡面施工的新方法，相對(duì)于其它施工方法來(lái)說(shuō)，有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）簡(jiǎn)化了墊層料的施工工序，保證和提高了墊層的施工質(zhì)量，降低了施工成本。

（2）施工簡(jiǎn)單方便，各工序銜接比較緊密，加快了施工進(jìn)度。擠壓機(jī)的標(biāo)定速度為40～80 m/h，實(shí)際施工中，擠壓速度一般在35～50 m/h之間，雖然比標(biāo)定值略低，但還是能滿足大壩的填筑上升速度，確保了壩體的安全度汛。

（3）若采用傳統(tǒng)方法施工，就無(wú)法避免暴雨對(duì)墊層料和坡面的沖刷，而且對(duì)沖溝的處理方法和處理質(zhì)量均不能讓人滿意。采用擠壓墻作為護(hù)坡，有效改善了暴雨對(duì)坡面的沖刷，不但保證了墊層料的填筑質(zhì)量，也降低了坡面處理的施工費(fèi)用。

（4）避免了填筑過(guò)程中上游邊坡滾石和斜坡碾壓高邊坡作業(yè)，提高了施工安全性。

[1]DL/T 5144-2001,水工混凝土施工規(guī)范[S].北京：中國(guó)電力出版社，2002.

[2]DL/T 5157-1996,水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].湖北人民出版社，1997.

[3]DL/T 5150-2001,水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程[S].北京：中國(guó)電力出版社，2002.

[4]DL/T5128-2009,混凝土面板堆石壩施工規(guī)范[S].