工程機(jī)械在西藏直孔水電站堆石壩壩面碾壓中的組合應(yīng)用

黎 明，李 廣

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

1 工程概況

直孔水電站位于西藏自治區(qū)墨竹工卡縣境內(nèi)的拉薩河中下游，距墨竹工卡縣22 km，距拉薩市100 km。

直孔水電站是以發(fā)電為主、兼顧防洪和灌溉的二等工程。工程由混凝土閘壩、堆石壩、引水系統(tǒng)及岸邊廠房系統(tǒng)組成。

壩址區(qū)位于拉薩河河段，河谷寬闊，由無名巖石孤島將河床分為左右兩支水域。右水域河床水面寬約55 m，枯水期大片基巖與孤島連接，岸邊基巖裸露。左水域?yàn)橹骱哟玻哟菜鎸捈s60 m，沿河有五級(jí)階地分布，開闊、平緩，岸坡覆蓋層深，河床部位最深約28 m。堆石壩位于拉薩河河心島左側(cè)河床及左岸臺(tái)地上，左岸臺(tái)地地勢寬闊，寬1500 m左右。直孔水電站工程施工采用兩期導(dǎo)流，右岸為一期導(dǎo)流施工，左岸堆石壩工程為二期導(dǎo)流施工。

壩體結(jié)構(gòu)布置:堆石壩位于拉薩河河心島左側(cè)河床及左岸臺(tái)地上，壩長1330 m，壩頂寬6 m，上游壩坡1∶2.1，下 游 壩 坡1∶1.9，壩 頂 高 程3892.6 m，壩面平均坡長30 m，坡面碾壓總面積達(dá)到50000多m2。其中碎石土心墻頂高程為3892 m，頂寬3 m，上、下游邊坡均為1∶0.25。壩基防滲采用封閉式混凝土防滲墻、懸掛式混凝土防滲墻和黏土截水槽相結(jié)合的方式，采用封閉式混凝土防滲墻，混凝土防滲墻深入基巖0.5 m，心墻與壩殼料之間設(shè)反濾層。壩體斷面結(jié)構(gòu)型式及尺寸詳見圖1，堆石壩主要工程量見表1。

圖1 壩體斷面結(jié)構(gòu)示意圖

表1 堆石壩主要工程量表

2 工程機(jī)械配置

根據(jù)《壩面碾壓施工技術(shù)規(guī)范要求》選擇配置拖式振動(dòng)碾、液壓履帶式挖掘機(jī)、履帶式推土機(jī)等主要機(jī)械設(shè)備，組合成一個(gè)新的運(yùn)行系統(tǒng)，通過這個(gè)多機(jī)械組合運(yùn)行系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)運(yùn)行，完成了對(duì)斜坡壩面碾壓施工作業(yè)。

目前，國內(nèi)在斜坡面碾壓施工中普遍采用的是拖式振動(dòng)碾。我們根據(jù)現(xiàn)場現(xiàn)有的施工設(shè)備選用、組合成一個(gè)對(duì)斜坡面進(jìn)行碾壓的復(fù)合聯(lián)動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)。

圖2 YZT10D多功能壓路機(jī)

(1)YZT10D多功能壓路機(jī)(簡稱:拖碾)。

YZT10D多功能壓路機(jī)是新型拖式壓實(shí)機(jī)械，具備技術(shù)先進(jìn)(發(fā)動(dòng)機(jī)前置，坡底壓實(shí)不留死角)、制造精良的優(yōu)點(diǎn)，整體質(zhì)量達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平(圖2)。主要用于水庫大壩、渠道、高填筑公路、鐵路的邊坡及橋頭部位的壓實(shí)工作。多功能壓路機(jī)的推出，解決了長期困擾施工單位大面積邊坡及橋頭壓實(shí)的難題，對(duì)施工單位保證施工質(zhì)量，提高施工效率，降低施工成本等方面產(chǎn)生了明顯效果。其技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 YZT10D主要技術(shù)參數(shù)表

(2)履帶式挖掘機(jī) SK250LC(圖3)，技術(shù)參數(shù)見表3。

圖3 SK250LC履帶式挖掘機(jī)

表3 SK250LC主要技術(shù)參數(shù)表

(3)履帶式推土機(jī)TY220(圖4)，技術(shù)參數(shù)見表4。

(4)工具器材。

根據(jù)堆石壩上游壩面坡比1∶2.1，下游壩面坡比1∶1.9，按坡面最大受力荷載考慮，斜坡碾在坡面上的受力情況如圖5所示。

由于拖碾在振動(dòng)時(shí)強(qiáng)度達(dá)到30 t，因此考慮將鋼絲繩的系數(shù)加大，受力情況分析為:

圖4 TY220履帶式推履帶式推土機(jī)

表4 TY220履帶式推土機(jī)主要技術(shù)參數(shù)表

圖5 斜坡碾工況示意圖

式中 G為拖碾在振動(dòng)時(shí)的重量(N);sinθ為斜坡度;Fx為鋼絲繩受力。

因此，鋼絲繩總的理論拉力需要:

在拖碾工作過程中，由于受到多種因素的影響，需要將鋼絲繩受力情況作更全面的分析，在充分考慮軟地基的阻力、振動(dòng)瞬間的沖擊力、起重滑車的摩擦力、鋼絲繩磨損后強(qiáng)度降低等因素的前提下，選擇φ15.5鋼絲繩作為滑車系統(tǒng)牽引主繩。φ15.5鋼絲繩的力學(xué)性能為:鋼絲破斷拉力≥122583 N。設(shè)計(jì)滑車組鋼絲繩采用5倍率的纏繞方法，因此總牽引力允許F拉≥612515 N。通過理論計(jì)算，其完全可以滿足牽引拖碾的需要，配置情況見表5。

3 施工方法

筆者側(cè)重介紹一下碾壓堆石壩上、下游斜坡面機(jī)械設(shè)備配合使用情況。由于壩體殼料全部采用砂卵礫石，在填筑過程中，利用液壓履帶式挖掘機(jī)(反鏟)進(jìn)行削坡，形成基本坡面。為防止坡面砌筑成型后出現(xiàn)不均勻沉陷現(xiàn)象，在坡面混凝土預(yù)制塊砌筑前必須將壩坡碾壓密實(shí)。更為重要的是壩面密實(shí)度和平整度直接影響堆石壩整體質(zhì)量和壩體安全，故對(duì)壩體上下游斜坡面實(shí)施碾壓。

表5 斜坡面碾壓機(jī)械設(shè)備配置表

依據(jù)施工組織技術(shù)方案要求，通過對(duì)施組方案進(jìn)行分析，并經(jīng)工程技術(shù)和設(shè)備技術(shù)理論論證，最終選擇液壓履帶式挖掘機(jī)、履帶式推土機(jī)和拖碾(YZT10D)組合成一個(gè)新的復(fù)合聯(lián)動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)(圖6)。

(1)拖碾(YZT10D)的主要作用是對(duì)大壩體斜坡面進(jìn)行壓實(shí)(圖7)。

圖7 拖碾(YZT10D)

(2)液壓履帶式挖掘機(jī)主要是解決移動(dòng)式地錨的問題。其發(fā)揮兩個(gè)作用:①做拖碾的地錨;②解決拖碾在斜坡面上沿大壩軸線方向做水平移動(dòng)(圖8)。

圖8 液壓履帶式挖掘機(jī)做地錨

(3)履帶式推土機(jī)在壩頂平面上進(jìn)行往返的行走，通過鋼絲繩索及滑車系統(tǒng)牽動(dòng)拖碾從壩底沿斜坡面到壩頂做上下往返運(yùn)動(dòng)，實(shí)施斜坡面的壓實(shí)作業(yè)(圖9)。

圖9 履帶式推土機(jī)牽引拖碾

根據(jù)主體工程設(shè)備配置情況，利用現(xiàn)場機(jī)械設(shè)備進(jìn)行再組合，選用現(xiàn)場神鋼SK250LC型挖掘機(jī)打錨，山推TY220型推土機(jī)為拖碾牽引源。挖掘機(jī)、推土機(jī)相互配合解決了拖碾(YZT10D)從壩底到壩頂沿坡面作上下運(yùn)動(dòng)和拖碾(YZT10D)在斜坡面上沿大壩軸線方向做水平移動(dòng)，從而完成對(duì)大壩斜坡面的碾壓工作。

挖掘機(jī)、推土機(jī)是主體工程施工必備的主力設(shè)備且配備充足。在大壩主體工程開挖、填筑基本完成后，工程施工強(qiáng)度由高峰期開始逐漸回落，設(shè)備工作使用時(shí)間、利用率將降低，部分設(shè)備將出現(xiàn)半閑置狀態(tài)，因此，有效地提高設(shè)備使用效率也是項(xiàng)目后期施工成本管理長期探討的課題。在斜坡碾壓設(shè)備配置過程中，有效地利用挖掘機(jī)自身質(zhì)量重又可以行走的特點(diǎn)，將其作為移動(dòng)式地錨，既解決了斜坡碾壓移動(dòng)地錨的難題，又提高了設(shè)備使用效率，不失為是一個(gè)兩全其美的選擇。利用推土機(jī)在大壩頂平面上作往返行走，并通過鋼絲繩及滑車系統(tǒng)牽動(dòng)拖碾沿壩斜坡面上下移動(dòng)。在高原缺電的情況下，既節(jié)約了發(fā)動(dòng)機(jī)，又節(jié)省了一臺(tái)卷揚(yáng)機(jī)，有效地提高了現(xiàn)場設(shè)備的使用效率，對(duì)降低項(xiàng)目施工成本不失為一個(gè)好的選擇。

4 結(jié)語

在該工程大壩斜坡壩面碾壓施工中，以液壓履帶式挖掘機(jī)、履帶式推土機(jī)等設(shè)備為主體工程投入設(shè)備，僅有拖式振動(dòng)碾為斜坡面碾壓專用設(shè)備。設(shè)備配置在原有開挖設(shè)備的基礎(chǔ)上，僅添置了一臺(tái)多功能壓路機(jī)(YZT10D)。通過施工實(shí)踐，多功能壓路機(jī)(YZT10D)、液壓履帶式挖掘機(jī)、履帶式推土機(jī)等主要機(jī)械施工設(shè)備及相關(guān)工器具的組合使用，有效地加快了堆石壩斜坡面碾壓施工的進(jìn)行，保證了工程質(zhì)量，按合同工期實(shí)現(xiàn)了工程目標(biāo)，為今后充分利用現(xiàn)場設(shè)備資源，提高機(jī)械設(shè)備利用率，降低施工成本，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的合理投入拓展了思路并積累了經(jīng)驗(yàn)。

從設(shè)備管理、資源配置角度看這個(gè)問題，筆者認(rèn)為這是一個(gè)經(jīng)典設(shè)備合理配置和設(shè)備有效利用的案例。在此介紹給大家，只想為設(shè)備、土建施工技術(shù)人員起到拋磚引玉的作用，為大家在今后的工作中發(fā)揮每一位工程技術(shù)管理人員的聰明才智起到一絲啟發(fā)，為合理配置施工機(jī)械設(shè)備資源而努力實(shí)踐和探索。