異型夯板固坡法在守口堡膠凝砂礫石壩工程中的應(yīng)用

(山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006)

膠凝砂礫石壩是近年來出現(xiàn)的新壩型，可就地取材，快速施工，同時對筑壩材料、施工工藝以及壩基的要求降低，施工基本實現(xiàn)零棄料，凸顯了在適應(yīng)環(huán)境、減輕生態(tài)破壞方面所具有的優(yōu)勢，得到了國際壩工界的重視。目前，我國相繼進行了一些圍堰工程的試驗性應(yīng)用。山西省守口堡水庫工程首次將該壩型應(yīng)用在永久工程中，被水利部確定為科研試驗壩。

異型夯板固坡施工方法，是2013年山西省水利建筑工程局自主研制的，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，并在守口堡水庫膠凝砂礫石壩施工中進行了成功應(yīng)用，為膠凝砂礫石壩的大力推廣應(yīng)用奠定了施工技術(shù)基礎(chǔ)。膠凝砂礫石壩是利用膠凝材料和砂礫石料，經(jīng)拌和、攤鋪、振動碾壓形成的，其施工工藝與傳統(tǒng)土石壩類似，異型夯板固坡方法提高了膠凝砂礫石壩的施工質(zhì)量，節(jié)約了施工成本，加快了施工進度。

1 工程概況

守口堡水庫位于山西大同陽高縣黑水河上游，水庫總庫容980萬m3，興利庫容423萬m3，水庫是一座以工業(yè)供水、農(nóng)業(yè)灌溉及防洪為主，兼顧生態(tài)供水的綜合利用小(1)型、Ⅳ等水庫工程。水庫工程實施后，可為工業(yè)供水640萬m3，改善農(nóng)業(yè)灌溉面積2.74萬畝，50%年份供水687萬m3。保護水庫下游陽高縣城和沿河三個鄉(xiāng)鎮(zhèn)34個行政村9.03萬人、13.37萬畝耕地的生命財產(chǎn)安全，改善兩岸的生態(tài)環(huán)境，社會效益非常顯著。

由于壩址區(qū)砂礫料儲量豐富，河谷地形開闊，開采條件好，適宜修建膠凝砂礫石壩。設(shè)計膠凝砂礫石壩壩頂長366m，最大壩高61.40m，大壩主體為膠凝砂礫石，上下游防滲保護均采用常態(tài)混凝土。

2 固坡方案選定

傳統(tǒng)的土石壩邊坡施工普遍采用“削坡法”“模板固坡法”“擠壓邊墻固坡法”等施工方法，但對于膠凝砂礫石壩施工，若采用以上方法進行邊坡施工，在工程質(zhì)量、進度、成本及施工安全等方面將存在不同程度的弊端，因此，需要開發(fā)適合膠凝砂礫石工程實際的固坡方法。異型夯板固坡施工法作為一種很好的膠凝砂礫石固坡方法在守口堡工程中首次采用，取得了良好的效果。異型夯板固坡法適用于膠凝砂礫石及碾壓混凝土壩、圍堰、堤防等建筑物邊坡的固坡施工。

3 原材料與設(shè)備

膠凝砂礫石的材料組成主要有水泥、摻和料、砂礫石、水、外加劑等。砂漿的材料組成有水泥、細骨料、水、外加劑等。水泥一般采用P.O 42.5水泥，質(zhì)量滿足《通用硅酸鹽水泥》(GB 175—2007)相關(guān)規(guī)定。摻和料主要為粉煤灰，其質(zhì)量滿足《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T 1596—2005)相關(guān)規(guī)定。砂礫料質(zhì)量要求符合《膠結(jié)顆粒料筑壩技術(shù)導則》(SL 678—2014)的要求。細骨料宜選用級配良好的中粗砂，其性能指標應(yīng)符合《水工混凝土施工規(guī)范》(SL 677—2014)相關(guān)規(guī)定。拌和水質(zhì)遵守《混凝土用水標準》(JGJ 63—2006)的相關(guān)規(guī)定。外加劑應(yīng)符合《混凝土外加劑》(GB 8076—2008)的相關(guān)規(guī)定，考慮和水泥的相溶性。該工法中使用的主要設(shè)備及器具見下表。

4 異型夯板用于膠凝砂礫石固坡施工流程

以“快速、經(jīng)濟、安全”為原則進行邊坡固坡處理，首先初步成型，然后定型夯實，為下一步施工提供保障，施工工藝流程主要包括6個方面(見圖1、圖2)。

主要設(shè)備及器具表

圖1 異型夯板固坡法施工工藝流程

圖2 異型夯板固坡法施工

4.1 層面處理

在鋪筑第一層膠凝砂礫料前，對基礎(chǔ)面進行找平及清理，每層膠凝砂礫料鋪筑前，應(yīng)進行層面處理，鋪筑間隔時間在直接鋪筑時間內(nèi)的，可直接鋪筑膠凝砂礫石；鋪筑間隔時間在加墊層鋪筑允許時間內(nèi)時，先鋪設(shè)高一強度等級的砂漿墊層，再進行膠凝砂礫石的施工；超過允許鋪墊層時間的，將表面浮漿及松動骨料等清理沖洗干凈，鋪設(shè)高一強度等級的砂漿墊層后，再進行膠凝砂礫石的施工。

4.2 測量放線

每層膠凝砂礫料鋪筑前，測量人員需使用測量儀器按設(shè)計圖紙放出膠凝砂礫料鋪筑邊線，用紅油漆等標明邊線位置。

4.3 裝料及鋪料

每層膠凝砂礫料鋪筑前，用挖掘機將鋪料箱吊至指定位置，鋪料箱邊緣與標線對齊，并接通振動板電源，鋪料箱前進方向與壩體膠凝砂礫石鋪料方向一致。用裝載機從料堆處將膠凝砂礫料鏟運到鋪料箱內(nèi)，裝載機每裝滿一箱料，用挖掘機順標線方向向前牽引鋪料箱并打開振動器開關(guān)，每次牽引距離以保證鋪料箱內(nèi)料堆高度不低于出料口高度為準。如此連續(xù)作業(yè)，使鋪料箱鋪筑初次固坡成型。

4.4 異型夯板夯實

鋪料箱鋪好條帶后，待壩體膠凝砂礫石攤平后，由挖掘機液壓系統(tǒng)提供動力的異型夯板按試驗得出的施工參數(shù)進行夯實。

4.5 碾壓

當一條帶膠凝砂礫料鋪筑完成后，采用26t單鋼輪光輪振動碾沿鋪筑方向搭接靜壓2遍，再振動碾壓6遍，振動碾行走速度控制在1.50km/h以內(nèi)。

4.6 檢測

檢測項目為表觀密度，采用核子密度儀或挖坑灌水法進行檢測。

5 質(zhì)量控制

施工前，進行膠凝砂礫石、砂漿配合比設(shè)計及優(yōu)化，其表觀密度、抗壓強度等指標應(yīng)滿足設(shè)計要求。拌和站設(shè)專職試驗、質(zhì)檢人員，嚴格把關(guān)，嚴格按批準的配合比進行配料，控制膠凝砂礫石和砂漿的拌和質(zhì)量。

施工過程中，砂漿鋪設(shè)厚度需按設(shè)計要求及試驗參數(shù)控制；鋪料箱垂向行走方向的底部鋼板留有足夠空隙，防止行進時破壞鋪好的砂漿面；砂漿鋪設(shè)后盡快進行鋪料箱鋪料。控制挖掘機牽引鋪料箱沿標準線行進，保證水平行走偏差控制在設(shè)計要求范圍內(nèi)；行走速度控制在試驗施工參數(shù)以內(nèi)，保證出料飽滿和邊坡表面平整。鋪料長度不宜過長，應(yīng)和壩體膠凝砂礫石攤鋪相匹配逐段施工。異型夯板夯實頻率、夯實時間等按試驗所得施工參數(shù)控制。夯實后的邊坡應(yīng)及時用核子密度儀進行表觀密度的檢測，如有不合格，及時補充夯實。新鋪設(shè)的膠凝砂礫石及砂漿，嚴防雨淋；外界溫度較高時，為防止風干，宜進行噴霧加濕處理。

6 經(jīng)濟效益分析

守口堡水庫大壩采用異型夯板與鋪料箱組合固坡施工方法有效地保證了工程質(zhì)量和施工進度，與傳統(tǒng)固坡方法相比，既保證了邊坡尺寸，同時降低了施工成本，縮短了施工工期。施工運用中受到監(jiān)理單位、設(shè)計單位、建設(shè)單位一致好評，取得了很好的社會效益和經(jīng)濟效益，大大降低了施工成本。成本計算以守口堡水庫大壩工程為例，按每天兩班作業(yè)進行。該工程采用該方法平均每天處理邊坡166m，根據(jù)原始工程數(shù)據(jù)統(tǒng)計，對其工程費用折算成延米費用后與現(xiàn)有技術(shù)固坡費用進行比較(人工、機械、材料費用按2016年6—7月市場價格進行計算)。

6.1 與削坡法比較

人工費：削坡法每班8人，該方法每班1人，降低人工費2×(8-1)×150/166=12.70元/m；機械費：削坡法每班需裝載機1臺、挖掘機1臺、20t自卸汽車1臺，該方法每班需ZL50裝載機1臺、挖掘機1臺，節(jié)省機械費2×(1×2136)/166=25.70元/m；材料費：節(jié)省超填和挖除多余膠凝砂礫石0.25m3；降低材料費0.25×110=27.50元/m；綜合后，降低施工成本約65.90元/m。

6.2 與模板固坡法比較

人工費：模板固坡法每班6人，該方法每班1人，降低人工費2×(6-1)×150/166=9元/m；機械費：模板固坡法每班需25t起重機1臺、8m3混凝土罐車1臺、高頻振搗棒1組、水泥攪拌桶1套，該方法每班需ZL50裝載機1臺、PC220挖機1臺，節(jié)省機械費(2×1×2676+1×3736+1×210+1×200-1×3288-1×2280)/166=15.10元/m；材料費：節(jié)省變態(tài)混凝土0.50m3，節(jié)省模板0.58m2，降低材料費0.50×(290-98)+0.58×20=107.60元/m。綜合后，降低施工成本約131.70元/m。

6.3 與擠壓邊墻固坡法比較

人工費：擠壓邊墻固坡法每班8人，該方法每班1人，降低人工費2×(8-1)×150/166=12.70元/m；機械費：擠壓邊墻固坡法每班需邊墻擠壓機1臺、8m3混凝土罐車1臺、高頻振搗棒1組、水泥攪拌桶1套，該方法每班需ZL50裝載機1臺、PC220挖機1臺，節(jié)省機械費(2×1×2796+1×3732+1×210+1×960+1×200-1×3288-1×2280)/166=28.10元/m；材料費：節(jié)省擠壓邊墻混凝土0.17m3和變態(tài)混凝土0.43m3，降低材料費0.17×(300-98)+0.43×(290-98)=115.90元/m。綜合后，降低施工成本約156.70元/m。

7 結(jié) 語

在守口堡水庫大壩主體膠凝砂礫石填筑過程中，邊坡采用異型夯板固坡工藝進行施工后，2016年共完成膠凝砂礫石填筑24萬m3，加快了施工進度。綜合分析異型夯板固坡法具有如下優(yōu)點：與傳統(tǒng)的固坡方法相比，單米成本降低65～156元；實現(xiàn)了膠凝砂礫石的連續(xù)作業(yè)，大大提高了攤鋪速度，給相鄰上下游面板防滲體混凝土提供了工作面，使膠凝砂礫石和上下游面板混凝土同步上升，加快了大壩填筑速度；減少人機交叉作業(yè)，減少了安全隱患；免除了人工支模、鋪筑加漿振搗變態(tài)混凝土等工序，工序簡單，便于操作；避免了削坡法施工引起的超填料廢棄，對環(huán)境保護起到積極作用，環(huán)保效益明顯。