擠壓墻施工技術(shù)在面板堆石壩中的應(yīng)用

張 鵬，王 璐

(慶達(dá)水利水電工程有限公司，哈爾濱 150080)

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擠壓墻施工技術(shù)在面板堆石壩中的應(yīng)用

張 鵬，王 璐

(慶達(dá)水利水電工程有限公司，哈爾濱 150080)

文章基于擠壓式邊墻的施工技術(shù)，從對(duì)工期影響、工程施工成本和經(jīng)濟(jì)效益等方面對(duì)此施工方法進(jìn)行研究，并對(duì)比傳統(tǒng)施工方法進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益分析，得出了實(shí)際工程施工中的優(yōu)點(diǎn)并具有經(jīng)濟(jì)效益明顯的特點(diǎn)。

面板堆石壩；擠壓式邊墻；施工工藝；效益分析

1 面板堆石壩擠壓式邊墻技術(shù)的產(chǎn)生及應(yīng)用發(fā)展

擠壓式混凝土邊墻技術(shù)是今年來(lái)國(guó)內(nèi)進(jìn)行混凝土面板堆石壩上游坡面施工的新工藝和新技術(shù)，是一種穩(wěn)固上游坡面的新技術(shù)，它的崛起僅用短短數(shù)年時(shí)間，因其簡(jiǎn)單靈活的方法和顯著的工程施工特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)諸多工程實(shí)例均采用此種施工方法，均得到了成功應(yīng)用。擠壓式邊墻固坡技術(shù)在國(guó)外先行應(yīng)用，在被我國(guó)引入后，國(guó)內(nèi)多家企業(yè)和科研單位進(jìn)行了充分的研究論證，并成功開發(fā)出的邊墻擠壓成型機(jī)，使得擠壓式邊墻施工技術(shù)在我國(guó)多個(gè)工程中得到應(yīng)用，短時(shí)間內(nèi)迅速得到發(fā)展和提高。擠壓式混凝土邊墻技術(shù)原理來(lái)源于園林工程中道沿機(jī)的擠壓滑模，即在施工前期，先用邊墻擠壓成型機(jī)擠壓成型一道混凝土小墻，以此分割墊層料[1]。然后進(jìn)行墊層料鋪填，這樣對(duì)墊層料鋪攤、整平和碾壓均有比較好的施工效果，同時(shí)先行施工的混凝土墻面因其較好的強(qiáng)度，上游坡面無(wú)需再防護(hù)。

2 擠壓式邊墻施工技術(shù)應(yīng)用

某水利樞紐工程的擠壓式混凝土邊墻標(biāo)準(zhǔn)斷面為一梯形，斷面形式見圖1。

圖1 擠壓式混凝土邊墻剖面圖

工程實(shí)際施工中包含以下步驟：測(cè)量放線→安置擠壓機(jī)→擠壓式施工→吊裝→處理末端頭→墊層料鋪攤→墊層料整平→墊層料碾壓。

2.1 擠壓式混凝土邊墻工作原理

邊墻擠壓機(jī)存在兩套工作系統(tǒng)：輸送系統(tǒng)和成型系統(tǒng)。在攪拌機(jī)中自攪后的混凝土料均勻傳送至擠壓機(jī)攪拌倉(cāng)，輸送系統(tǒng)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)在此進(jìn)行攪拌，然后傳輸至成型室，經(jīng)過成型系統(tǒng)中振動(dòng)器的高頻振動(dòng)，混凝土料在兩套工作系統(tǒng)雙重作用下，在成型倉(cāng)充滿成品混凝土料，根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試力學(xué)性能滿足設(shè)計(jì)要求的密實(shí)度，經(jīng)過攪龍的軸向推力，推進(jìn)已經(jīng)密實(shí)的混凝土進(jìn)入輸送管道，進(jìn)而形成滿足斷面尺寸和設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求的混凝土邊墻。

2.2 工藝流程

擠壓式邊墻施工的關(guān)鍵路線為：①依據(jù)設(shè)計(jì)交底資料進(jìn)行測(cè)量布控，通過水準(zhǔn)儀定出較為合適的基準(zhǔn)高程點(diǎn)并對(duì)邊墻上游邊線進(jìn)行放線，上述部分完成后，將線繩掛設(shè)于上游邊1m位置，這樣可以先行確定出擠壓機(jī)工作路線；②吊機(jī)進(jìn)場(chǎng)將擠壓機(jī)吊裝到指定位置，在此期間保持?jǐn)D壓機(jī)機(jī)身水平、線繩緊密掛至內(nèi)側(cè)，目的是將出料口高度抬高，理論上要求高度適宜為40cm；③在擠壓機(jī)連續(xù)施工過程中，依據(jù)水平尺一直測(cè)量水準(zhǔn)線不能偏離，使機(jī)身保證水平狀態(tài)，若有偏離，即刻由專業(yè)人員通過調(diào)節(jié)機(jī)身上的升降螺栓，否則會(huì)影響成型邊墻的工程質(zhì)量及安全，路線及方向確定也是由專人操作控制桿通過掛靠在機(jī)身的線繩進(jìn)行；④在工程施工過程中層間混凝土澆筑出現(xiàn)的錯(cuò)臺(tái)等問題，在邊墻混凝土沒凝固時(shí)，人力進(jìn)行二次拍打消除錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象，混凝土終凝后的錯(cuò)臺(tái)等，進(jìn)行砂漿涂抹，以保證混凝土面的平整度；⑤為了確?；炷翂w的連續(xù)性，上述工藝完成后，分段進(jìn)行人工架設(shè)模板并分層澆筑，尤其在趾板兩側(cè)的空隙位置處進(jìn)行重點(diǎn)處理；⑥碾壓處理時(shí)，為避免自行碾碾壓時(shí)對(duì)邊墻的破壞，先人工在上游邊坡面的20cm處灑白灰線，灰線以外進(jìn)行自行碾碾壓，灰線以內(nèi)進(jìn)行人工夯實(shí)。具體實(shí)施步驟為：

1) 測(cè)量放線：根據(jù)設(shè)計(jì)資料在上游坡面進(jìn)行測(cè)量放線，依據(jù)水準(zhǔn)儀找出合適的基準(zhǔn)高程點(diǎn)，并對(duì)上游邊1.0m寬度范圍內(nèi)地面進(jìn)行找平，通過此方法可以確定擠壓機(jī)的工作路線。

圖2 施工工藝流程圖

2)擠壓機(jī)就位：擠壓機(jī)由載重汽車運(yùn)至工程現(xiàn)場(chǎng)后，吊車吊裝使其安裝就位，線繩緊貼擠壓機(jī)的內(nèi)側(cè)，為保證倉(cāng)料出口高度，調(diào)整擠壓機(jī)機(jī)身的4個(gè)升降螺栓，使擠壓機(jī)整體保持在水平狀態(tài)。

3)混凝土擠壓式邊墻施工：按設(shè)計(jì)資料混凝土配合比在攪拌站中拌制，然后用攪拌運(yùn)輸車將成品混凝土運(yùn)至工程部位?；炷翑嚢枇辖?jīng)由運(yùn)輸進(jìn)入擠壓機(jī)進(jìn)料倉(cāng)，此過程保證料體均勻連續(xù)分布，通過大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，控制擠壓機(jī)的適宜步進(jìn)速度在50m/h左右；同時(shí)進(jìn)行液態(tài)高效速凝劑的噴加，外加劑的加入是為了保證邊墻澆筑2.5h后，本身具有相當(dāng)?shù)某休d能力，做好墊層料的填鋪、整平、碾壓準(zhǔn)備工作；在混凝土澆筑邊墻的過程中，時(shí)刻通過擠壓機(jī)機(jī)身的4個(gè)升降螺栓保證整體是水平狀態(tài)，防止擠壓機(jī)側(cè)斜質(zhì)量及安全事故。在施工過程中，混凝土澆筑時(shí)對(duì)層間出現(xiàn)的錯(cuò)臺(tái)、蜂窩麻面等問題，考慮充足時(shí)間在邊墻混凝土還沒凝固時(shí)，進(jìn)行二次拍打消除工程外觀質(zhì)量問題；混凝土終凝后還有的錯(cuò)臺(tái)等，人工進(jìn)行打磨并砂漿涂抹，保證邊墻外觀的平整度和施工質(zhì)量?；炷吝厜?jīng)擠壓機(jī)施工一段時(shí)，對(duì)趾板兩端頭位置附近進(jìn)行立模并分區(qū)域分塊澆筑間隙位置，分層填筑技術(shù)要求將厚度始終在10cm的誤差范圍內(nèi)，強(qiáng)度要求考慮用鋼釬密實(shí)。

4)擠壓機(jī)吊裝：擠壓式邊墻施工結(jié)束后，用裝載機(jī)將機(jī)器吊至載重汽車上，然后使離現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行沖洗和后期保養(yǎng)。

5)末端頭處理：采用同趾板兩端頭一樣的處理方法，處理時(shí)間在擠壓機(jī)運(yùn)輸使離現(xiàn)場(chǎng)后。

6)墊層料攤鋪、整平、碾壓：碾壓處理時(shí)，為避免自行碾碾壓時(shí)對(duì)邊墻的破壞，先人工在上游邊坡面的20cm處灑白灰線，灰線以外進(jìn)行自行碾碾壓，灰線以內(nèi)進(jìn)行人工夯實(shí)。

2.3 邊墻混凝土施工配合比

擠壓式邊墻施工結(jié)束后，上面是混凝土面板，下面是壩體墊層料，從材料滲透性來(lái)講要能達(dá)到基本相同的要求，還要在短時(shí)間達(dá)到相同的使用強(qiáng)度，同時(shí)滿足相應(yīng)的彈模、應(yīng)力變形、面板擾動(dòng)能力低。工程施工時(shí)混凝土配合比應(yīng)考慮的因素包括：盡量使混凝土梯形成體一次成型，這要求材料在攪拌倉(cāng)和振動(dòng)倉(cāng)上的技術(shù)要求；滲透系數(shù)邊墻和墊層料基本保持相同，可以合理的控制滲漏；混凝土擠壓式邊墻澆筑后短時(shí)間內(nèi)要能達(dá)到一定強(qiáng)度，順利進(jìn)行墊層料的施工工序,以此來(lái)保證正常的工程建設(shè)進(jìn)度。

結(jié)合上述施工工藝及技術(shù)要求，參考國(guó)內(nèi)已建水電工程擠壓式邊墻的工程經(jīng)驗(yàn)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上研究分析出某水利樞紐工程的混凝土邊墻配合比見表2。

表1 某一級(jí)水電站工程擠壓式混凝土邊墻配合比

注：擠壓式邊墻混凝土配合比設(shè)計(jì)依據(jù)干硬性混凝土技術(shù)要求；滲透系數(shù)為實(shí)驗(yàn)室測(cè)試數(shù)據(jù)的最值；外加劑使用量占比3%；；澆筑混凝土料中的骨料均為飽和面干狀態(tài)。

2.4 擠壓式邊墻特性

現(xiàn)目前國(guó)內(nèi)擠壓式邊墻的施工斷面大致上是三角形見圖3。

自擠壓邊墻施工技術(shù)引進(jìn)國(guó)內(nèi)以來(lái)，已在眾多工程中得到實(shí)際應(yīng)用，最早采用是公伯峽面板堆石壩，公伯峽大壩在采用這種施工技術(shù)前，聯(lián)合國(guó)內(nèi)多家科研單位做了大量的研究，對(duì)原材料選擇、配合比設(shè)計(jì)及工程特性有較為豐富的理論基礎(chǔ)。下表詳細(xì)列出了部分試驗(yàn)的試驗(yàn)成果，通過附表中數(shù)據(jù)表明，邊墻與墊層料的物理特性大致相同，在水泥用量、混凝土密度、彈模，對(duì)應(yīng)力應(yīng)變的適應(yīng)性強(qiáng)，這樣在墊層料施工過程中，起到了一定的約束作用。

表2 擠壓式邊墻混凝土物理特性

圖3 擠壓式邊墻整體外觀

3 擠壓式邊墻施工技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益分析

擠壓式邊墻施工技術(shù)效益分為直接和間接效益。直接效益表現(xiàn)在因其特殊的施工工藝，它具有省去斜坡分層不斷碾壓整平的環(huán)節(jié)，在墊層料填筑高度相對(duì)適中等特點(diǎn)，這樣有利于節(jié)省工程成本，減少投資，帶來(lái)不錯(cuò)的工程效益；間接效益表現(xiàn)在采用后直接提高工程質(zhì)量，保證工程建設(shè)進(jìn)度的同時(shí)，在后續(xù)工程施工的連續(xù)性和安全的防汛度汛等方面有著明顯的間接經(jīng)濟(jì)效益。雖然水利工程建設(shè)因地而異，各具特點(diǎn)，直接研究出其經(jīng)濟(jì)規(guī)律難度很大，但是在工程經(jīng)濟(jì)性和效益評(píng)價(jià)分析上的要求是相同的。

3.1 工程成本分析

我國(guó)采用多年的傳統(tǒng)施工方法，在壩體上游護(hù)坡面施工的工程成本可分為3項(xiàng)：超填墊層區(qū)的施工費(fèi)用；人工削坡然后對(duì)護(hù)坡進(jìn)行的分層碾壓和平整；涂抹砂漿的費(fèi)用。而擠壓式邊墻的施工可以節(jié)省超填的墊層料費(fèi)用，進(jìn)行施工工藝的簡(jiǎn)化，同時(shí)也可節(jié)省等體積墊層料的施工費(fèi)用上。

結(jié)合文章所研究的水利樞紐工程的上游坡面方量28245的施工費(fèi)用，采用傳統(tǒng)工藝和擠壓式邊墻施工技術(shù)的成本進(jìn)行對(duì)比，工程成本對(duì)比見表3。

3.2 間接效益

大壩的穩(wěn)固邊坡技術(shù)設(shè)計(jì)上采用的是傳統(tǒng)工藝，但因一期回填難度太大，經(jīng)過科研單位和專家論證，改為采用擠壓式邊墻技術(shù)來(lái)穩(wěn)固邊坡。

擠壓式邊墻技術(shù)明顯節(jié)約了工程投資，縮短工程建設(shè)周期。主要表現(xiàn)為：傳統(tǒng)工藝的施工工藝之間同步性差，譬如穩(wěn)固邊坡時(shí)大壩在回填一段時(shí)間后必須中斷，人工進(jìn)行削坡至設(shè)計(jì)坡度、自動(dòng)碾碾壓和后續(xù)砂漿涂抹；但擠壓式邊墻技術(shù)工序間的同步性明顯較傳統(tǒng)工藝提高，在大壩回填作業(yè)時(shí)邊墻施工同步進(jìn)行，規(guī)避了不必要的工序，節(jié)省了工程成本，重要的是不在關(guān)鍵路線上，提高了工程進(jìn)度，從而節(jié)約了工期。

根據(jù)工程進(jìn)度的實(shí)際資料顯示：該面板堆石壩的混凝土面板原計(jì)劃是2005年3月進(jìn)行投入使用；使用擠壓邊墻固坡后，工期提前了3個(gè)月竣工并交付使用。

而工程的提前竣工對(duì)于參建各方來(lái)講都帶來(lái)了明顯的經(jīng)濟(jì)效益，主要體現(xiàn)在：施工方工程成本降低，節(jié)省了工程投資；建設(shè)單位提前發(fā)電進(jìn)行收益。

表3 以本工程為例進(jìn)行成本比較表

說明：1)成本對(duì)比分析中各施工工序單價(jià)是借鑒國(guó)內(nèi)已建工程的參考值，分析表中未考慮的隨著天氣變化雨水的沖刷導(dǎo)致坡面的工程量變化。 2)傳統(tǒng)施工工藝的單價(jià)為平均值。擠壓式邊墻技術(shù)施工工序有待于進(jìn)一步完善，在單價(jià)考慮方面需參照多個(gè)工程實(shí)踐后進(jìn)行綜合考量。

1)施工成本降低：使用擠壓式邊墻技術(shù)后，施工單位在壩體進(jìn)行澆筑過程中發(fā)生了兩次回填中斷，直接造成1月的機(jī)械、人員窩工，對(duì)工程造成損失。具體體現(xiàn)在：第一次大壩回填完成時(shí)工地現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)械設(shè)備價(jià)值約4500萬(wàn)元，施工人員300人，如按1.0個(gè)月計(jì)算，窩工費(fèi)用140萬(wàn)元(4500萬(wàn)元×0.95/5年/12月×1.0月+0.03萬(wàn)人×30元×30d×1.0月=140萬(wàn)元)；第二次大壩回填完成時(shí)(高程650)，現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械設(shè)備價(jià)值約650萬(wàn)元，施工人員70人，如按1.0個(gè)月計(jì)算，窩工費(fèi)用24.72萬(wàn)元(650萬(wàn)元×0.95/5年/12月×1.0月+0.007萬(wàn)人×30元×30d×1.0月=24.72萬(wàn)元)。綜合兩次機(jī)械設(shè)備人工窩工總費(fèi)用為164.72萬(wàn)元。

工程提前竣工并交付使用3個(gè)月，施工單位節(jié)省管理費(fèi)42萬(wàn)元。

綜上所述節(jié)約工程成本206.72萬(wàn)元。

2)業(yè)主發(fā)電提前收益：使用擠壓式邊墻技術(shù)后，建設(shè)單位提前投產(chǎn)發(fā)電，該水利工程的電站年發(fā)電量11450萬(wàn)kWh、線路耗損失按2.0%計(jì)，工期提前3個(gè)月，總計(jì)發(fā)電量2778萬(wàn)kWh(11450萬(wàn)kWh/12月×3月×0.978=2778萬(wàn)kWh)。按當(dāng)時(shí)電力入國(guó)網(wǎng)單價(jià)0.395元/kWh，此項(xiàng)可多產(chǎn)出1085.26萬(wàn)元。

通過傳統(tǒng)工藝和采用擠壓式邊墻技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益分析對(duì)比，該樞紐采用擠壓邊墻有很明顯的工程效益，進(jìn)度加快，工期提前，投產(chǎn)使用提前。以上技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比證明擠壓式邊墻技術(shù)在技術(shù)進(jìn)步及應(yīng)用上有其顯著的效用。

4 結(jié) 論

文中以擠壓式邊墻的產(chǎn)生及應(yīng)用發(fā)展背景，通過對(duì)邊墻混凝土料配合比、現(xiàn)場(chǎng)施工工藝、工程特性等方面進(jìn)行研究分析，結(jié)合國(guó)內(nèi)已建并采用這種新技術(shù)的大壩進(jìn)行對(duì)比，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)總結(jié)出適宜的施工流程和工藝，并對(duì)邊墻料的混凝土配合比進(jìn)行完善。傳統(tǒng)施工方法和采用擠壓式邊墻技術(shù)的對(duì)比總結(jié)，該新技術(shù)的應(yīng)用在工程進(jìn)度、建設(shè)成本等直接效益方面的對(duì)比，工程成本區(qū)別相差不大。從工程間接效益分析，提前交付使用對(duì)工程成本的節(jié)約和業(yè)主提前發(fā)電帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益明顯。故采用擠壓式邊墻技術(shù)在面板堆石壩中作用突出，工程效益顯著。文章的研究對(duì)類似工程地質(zhì)條件下的面板堆石壩建設(shè)提供了參考，并對(duì)設(shè)計(jì)工作和現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)有一定的指導(dǎo)意義。

[1]郭林濤，張龍，趙海潮.混凝土面板堆石壩擠壓式邊墻試驗(yàn)研究[J].人民黃河，2010(11)：130-132.

1007-7596(2017)05-0137-04

2017-04-21

張鵬(1989-)，男，黑龍江尚志人，助理工程師，從事水利工程技術(shù)施工管理工作；王璐(1989-)，女，山東高密人，助理工程師，從事水利工程技術(shù)施工管理工作。

TV641.43

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