土石壩心墻分界面雙料攤鋪器的研制與應(yīng)用

韓 興， 劉 東 方

(中國水利水電第五工程局有限公司 長河壩施工局，四川 康定 626001)

1 工程概述

長河壩水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內(nèi)，為大渡河干流水電梯級開發(fā)的第10級電站，工程區(qū)地處大渡河上游金湯河口以下約4～7 km河段上，壩址上距丹巴縣城82 km，下距瀘定縣城49 km，距成都約360 km。水庫正常蓄水位高程1 690 m，正常蓄水位以下庫容為10.15億m3，總庫容為10.75億m3。調(diào)節(jié)庫容4.15億m3，具有季調(diào)節(jié)能力，電站總裝機(jī)容量2 600 MW。

攔河大壩為礫石土直立心墻堆石壩，最大壩高240 m，壩頂高程1 697 m，最大壩高240 m，壩頂長502.85 m，上、下游壩坡坡比均為1∶2，壩頂寬16 m。心墻頂高程1 696.4 m，頂寬6 m，心墻上、下游坡度均為1∶0.25，底高程1 457 m，底寬125.7 m。心墻上、下游側(cè)均設(shè)反濾層，上游設(shè)一層反濾層(為反濾層3)，厚度8 m，下游設(shè)2層反濾層，分別為反濾層1和2，厚度均為6 m。大壩結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 長河壩水電站礫石土直心墻壩典型結(jié)構(gòu)圖

2 采用雙料攤鋪器施工的設(shè)想

高堆石壩反濾料設(shè)計寬度大，采用“先砂后土法”施工，反濾料單料攤鋪器一次攤鋪成型困難。該工程在原施工方案中針對反濾料與礫石土結(jié)合部位的填筑擬采用我單位自行研制的、獲國家專利的產(chǎn)品——反濾料攤鋪器。反濾料攤鋪器是一鋼結(jié)構(gòu)的框架無底箱體，由角鋼和鋼板制作而成。其尾部梯形出料口寬度和高度分別為反濾料設(shè)計寬度和其施工填筑厚度。反濾料由自卸汽車直接卸入其內(nèi)，由推土機(jī)或反鏟牽引，一次性將反濾料攤鋪成型。

壩體填筑初期，筆者隨同技術(shù)人員根據(jù)該工程特點加工完成了反濾料攤鋪器(寬度6 m，以適應(yīng)攤鋪反濾料1、2、3)并進(jìn)行了試驗性攤鋪。攤鋪過程中，由于攤鋪器寬度較大，箱體內(nèi)料堆摩擦阻力相對較大，攤鋪器在拖行前進(jìn)過程中出現(xiàn)左右擺動，擺動過程使連接架一側(cè)受拉成倍增加而導(dǎo)致連接架焊接處開焊，攤鋪器拖拉成型面邊線扭曲呈波浪形，且“先砂后土法”存在砂-土之間呈鋸齒狀施工縫而不能達(dá)到理想的“砂-土”間平順、準(zhǔn)確的成縫，對于高堆石壩而言，因反濾料設(shè)計寬度較大，采用一次性攤鋪成型方案不可行。

3 雙料攤鋪器的設(shè)計

為解決土石壩砂-土分界面采用常規(guī)施工方法存在的問題，技術(shù)人員結(jié)合現(xiàn)場施工情況考慮采用先單獨施工反濾料與礫石土料邊界部位，再進(jìn)行其他剩余大面填筑的施工方案。在反濾料攤鋪器設(shè)計的基礎(chǔ)上，研制加工出了一種能夠同時完成砂-土邊界區(qū)土料及反濾料各具一定寬度的雙料攤鋪器進(jìn)行砂-土分界面的攤鋪施工，將分界面一次攤鋪成型。

雙料攤鋪器的設(shè)計及制作過程：

雙料攤鋪器采用鋼板加工并以槽鋼或工字鋼作為其肋以保障其整體性焊接而成的箱式無底結(jié)構(gòu)。攤鋪器的設(shè)計尺寸為：高1 m、寬3 m、長4 m，以滿足裝載機(jī)的斗容量和卸料方便。在攤鋪器中間增加料倉分隔鋼板，且料倉分隔鋼板根據(jù)填筑料邊界按設(shè)計坡比焊接布置。雙料攤鋪器料倉由設(shè)定坡度的分隔鋼板分成兩個料倉。兩料倉倉面尺寸均為寬1.5 m、高1 m、長4 m。

考慮到不同料種碾壓后沉降量的不同，且為保障碾壓施工質(zhì)量，在制作兩側(cè)料倉出料口高度時參考了對應(yīng)料種生產(chǎn)性碾壓試驗確定的沉降率，出料口高度即為兩種料的攤鋪成型厚度；同時，考慮到分隔鋼板部位脫空造成分界部位料物坍陷，在攤鋪器料倉分隔板兩側(cè)料倉出料口頂部各留有梯形缺口(補(bǔ)償料口)以保證料種分縫部位的碾壓效果。攤鋪料倉采用方鋼三角架連接推土機(jī)，推土機(jī)沿礫石土料與反濾料邊線牽引攤鋪器前進(jìn)一次完成攤鋪。雙料攤鋪器設(shè)計結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 雙料攤鋪器制作加工結(jié)構(gòu)圖

4 雙料攤鋪器的應(yīng)用

雙料攤鋪器加工制作完成后，技術(shù)人員進(jìn)行了現(xiàn)場攤鋪試驗。雙料攤鋪器能同時攤鋪礫石土及反濾料兩種料，攤鋪面邊線整齊，不再有砂-土相互侵占現(xiàn)象出現(xiàn)。首次攤鋪速度為5 m/min(操作人員熟練后攤鋪速度還會提升)且施工質(zhì)量易于保證，試驗證明該方案可行。技術(shù)人員遂根據(jù)現(xiàn)場試驗結(jié)果制定了新的心墻區(qū)填筑施工工藝，具體施工工藝如下：

(1)層面處理及驗收。

每層分界面鋪筑前，人工將層面上的雜物清理干凈，經(jīng)監(jiān)理工程師驗收合格后方可進(jìn)行下道工序施工。

(2)測量放線。

層面驗收合格后，測量人員使用手持式GPS測量儀按設(shè)計圖紙放出心墻土料及反濾料的鋪料邊線并將邊線用白灰標(biāo)記。同時，施工人員在距離料種分縫線1.85 m(推土機(jī)中線至履帶板邊緣距離)處平行放線并灑白灰線，畫出推土機(jī)行走軌跡引導(dǎo)線，以保證推土機(jī)行走路線的順直。

(3)雙料攤鋪器就位。

用反鏟挖掘機(jī)將雙料攤鋪器吊裝至分界區(qū)左、右岸一側(cè)對應(yīng)攤鋪位置，將雙料攤鋪器的料種分割板與料種分界線重合，雙料攤鋪器方鋼連接架方向朝向鋪料方向，并連接在推土機(jī)機(jī)身后面的連接插銷上。

(4)卸 料。

將裝有反濾料及礫石土料的自卸汽車采用后退法將礫石土料及反濾料分別卸在分界區(qū)各自準(zhǔn)備攤鋪的位置上。反濾料應(yīng)采用單車分堆卸料的方式卸料，以保證卸料堆占地尺寸滿足攤鋪作業(yè)要求，便于后續(xù)攤鋪作業(yè)施工。

(5)攤 鋪。

由推土機(jī)沿分界線牽引雙料攤鋪器一次完成鋪料。攤鋪過程中，裝載機(jī)或液壓反鏟及時跟進(jìn)給料(圖3)。當(dāng)鋪料箱偏離白灰線距離超過5 cm時應(yīng)及時用挖機(jī)進(jìn)行調(diào)整。如此連續(xù)作業(yè)，將分界面鋪筑完成。對于靠近岸坡處、攤鋪器難以鋪筑的局部地方用反鏟進(jìn)行攤鋪。砂-土分界面完成攤鋪后，進(jìn)行心墻區(qū)剩余部位的填筑施工。采用進(jìn)占法填筑心墻土料，后退法填筑上、下游側(cè)的反濾料。

(6)碾 壓。

當(dāng)整段分界面(3 m寬)鋪筑完成后，采用26 t自行式振動平碾(碾寬2.2 m)沿鋪筑方向(振動輪中線對準(zhǔn)分縫線)碾壓，靜碾2遍+振碾12遍(按礫石土的碾壓參數(shù)碾壓，本次碾壓完成后不再進(jìn)行跨縫碾壓)，將振動碾的行走速度控制在2.5±0.2 km/h。

(7)檢 測。

分界面碾壓完成后，試驗人員采用試坑灌水法檢測壓實度/相對密度及其顆粒級配。取樣頻次：1次/500 m3，每層至少1次。

5 應(yīng)用效果

圖3 雙料攤鋪器攤鋪砂-土邊界區(qū)施工

(1)成功實現(xiàn)了砂-土邊界填筑松坡平齊施工，并且首次100%按照設(shè)計體型完成了心墻土料與反濾料設(shè)計收坡坡比的填筑施工。

(2)砂-土分界部位一次攤鋪成型，填料尺寸清晰，避免了料種相互侵占，減少了浪費。

(3)對于心墻土料及反濾料分界部位，采用雙料攤鋪器完成攤鋪，解決了采用常規(guī)施工方法中推土機(jī)攤鋪邊界部位粗顆粒易于集中等問題，提高了接縫施工質(zhì)量。

(4)有效地解決了采用常規(guī)施工方法最大的施工干擾問題，能有效控制填筑面的攤鋪層厚。根據(jù)不同料種碾壓沉降量設(shè)置的不同鋪料厚度以及創(chuàng)造性地增設(shè)補(bǔ)償料口，在很大程度上提高了分界部位的碾壓質(zhì)量，對土石方填筑，特別是雙料分界部位的填筑施工具有極大地實用及推廣價值。

6 結(jié) 語

采用新研制的雙料攤鋪器進(jìn)行砂-土分界區(qū)攤鋪作業(yè)，砂-土各1.5 m范圍一次攤鋪后再進(jìn)行大面填筑的施工方法是傳統(tǒng)施工方法的一次技術(shù)革新，解決了常規(guī)砂-土分界面施工方法存在的料種間相互侵占、填筑料尺寸不規(guī)范、施工效率低、施工干擾大、質(zhì)量隱患多等諸多問題。減少了邊界處理工序，節(jié)約了施工成本，提高了邊界部位的施工質(zhì)量。

值得注意的是：采用后退法進(jìn)行分界區(qū)土料卸料時，對上料路線必須進(jìn)行專項規(guī)劃，盡量避免重車在心墻土料上行走對土料造成的剪力破壞。攤鋪作業(yè)完成后，應(yīng)及時用凸塊碾對車輛行駛及裝載機(jī)上料壓光土料面重新進(jìn)行刨毛處理。

筆者認(rèn)為：雙料攤鋪器及其心墻分界面施工新方法適用于高土石壩不斷提高的施工進(jìn)度及質(zhì)量要求，可在高土石壩施工中大力推廣。