擠壓式混凝土邊墻施工新技術(shù)在鯉魚塘水庫工程大壩中的應(yīng)用

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一、工程概述
 鯉魚塘水庫工程位于重慶市開縣境內(nèi)，地處長江三峽區(qū)段小江流域的二級支流桃溪河上游。壩址距三溪口1.5km，距萬州區(qū)和重慶市的公路里程分別為122km和464km。鯉魚塘水庫的開發(fā)任務(wù)是以農(nóng)業(yè)灌溉和城鎮(zhèn)供水為主，兼有發(fā)電等綜合利用效益，并為灌區(qū)內(nèi)安置三峽水庫移民提供有利條件。鯉魚塘水庫壩址控制流域面積235.8km2，占桃溪河流域592.3km2的40%；壩址多年平均的流量5.60m3/s，多年平均徑流量1.77億m3；水庫正常蓄水位450.00m，死水位405.00m，總庫容為億1.024億m3，調(diào)節(jié)庫容0.8286億m3，庫容系數(shù)0.466，屬多年調(diào)節(jié)水庫。工程分樞紐和灌區(qū)兩大部分，樞紐包括大壩、溢洪道、排沙放空洞、引水隧洞和壩后電站；灌區(qū)包括總干渠、跌水電站、東河分干渠、南河分干渠、6條支渠等。

    工程規(guī)模為Ⅱ等大（2）型。樞紐壩址選在小黑灘，壩型為混凝土面板堆石壩。樞紐采用右岸岸邊開敞式溢洪道，河床混凝土面板堆石壩、左岸排沙放空洞、引水隧洞和壩后地面電站廠房的總體布置方案。灌區(qū)工程設(shè)計(jì)灌溉總面積24.28萬畝；為解決新縣城的用水問題，水庫向新縣城駟馬和白鶴兩水廠供水，規(guī)模分別為12萬t/d和4萬t/d；壩后電站和跌水電站裝機(jī)分別為6MW和9MW,多年平均發(fā)電量分別為2022萬km.h和2959萬km.h。

    樞紐工程攔河壩為鋼筋混凝土面板堆石壩，設(shè)計(jì)壩頂高程453.8m，最低建基面高程350.0m，最大壩高103.8m，壩頂長度243m,寬8m,是重慶市首座100m級鋼筋混凝土面板堆石壩。堆石壩體分區(qū)為：面板、墊層區(qū)、過渡區(qū)、主堆石區(qū)、次堆石區(qū)、排水反濾區(qū)、拋石區(qū)、大塊石護(hù)砌。大壩墊層外原設(shè)計(jì)采用C20噴混凝土護(hù)坡，后經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工四方有關(guān)人員對國內(nèi)在建工程的關(guān)于墊層護(hù)坡進(jìn)行考察，并參照水布埡工程的擠壓式混凝土邊墻施工技術(shù)，經(jīng)討論，決定采用。

    二、擠壓式混凝土邊墻的優(yōu)點(diǎn)

    邊墻擠壓斷面為不對稱梯形，以鉸接的方式使邊墻適應(yīng)墊層區(qū)的變形，防止其底部因碾壓不達(dá)標(biāo)而形成空腔，有效控制對面板的不利影響。墻身高度為40cm,上游坡比為1：1.4，與面板坡比一致，頂部寬度為12cm，底部寬度為70cm，內(nèi)側(cè)坡比為8：1，主要結(jié)合邊墻與墊層間的接縫情況，保證在碾壓過后達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。該技術(shù)與傳統(tǒng)工藝相比存在許多優(yōu)點(diǎn)。

    1、提高了大壩施工進(jìn)度。邊墻擠壓式施工速度可達(dá)40～80m/h，在邊墻成型后2～3小時(shí)即可進(jìn)行墊層料的鋪筑、碾壓，兩者銜接緊密、順暢，幾乎可同步上升。

    2、由于擠壓式邊墻在上游坡面的限制作用，墊層料不需要超填，以水平碾壓替代了斜坡碾壓，既提高了施工的安全性又保證了墊層料的施工質(zhì)量。

    3、邊墻擠壓技術(shù)簡化了工序、設(shè)備和機(jī)具，擠壓機(jī)操作簡單，施工方便、快捷。

    4、擠壓邊墻在上游壩面形成了一個(gè)規(guī)則、平整、壓實(shí)的坡面，而且坡面整潔美觀。

    5、提供了一個(gè)可抵卸沖刷的坡面，提高了度汛安全性，避免施工洪水對墊層料的沖刷，省掉了上游壩面的恢復(fù)工作，這對大型工程特別是導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)較高的工程及南方多雨地區(qū)修建混凝土面板堆石高壩是十分有利。

    三、施工配合比設(shè)計(jì)

    擠壓邊墻混凝土各項(xiàng)指標(biāo)是考慮擠壓邊墻的施工需要，因此邊墻混凝土總的原則是低強(qiáng)度、低彈模、適當(dāng)?shù)臐B透性，并易于成型，方便施工。本工程邊墻混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號為 擠壓邊墻混凝土配合比 材料名稱 水泥 砂 小石 中石 水 每m3用量（kg） 73.5 690 640.7 640.7 105 質(zhì)量比 1 9.39 8.72 8.72 0.7 說明：1、外加劑為重慶遠(yuǎn)吉外加劑廠，品名為液態(tài)速凝劑，推薦摻加量為水泥質(zhì)量的4%；2、配合比以干料計(jì)，各種材料符合規(guī)范要求，如材料發(fā)生變化應(yīng)通知試驗(yàn)室更改配合比。

    四、施工工藝過程

    1、施工程序

    在每填筑一層墊層料之前，將下層（已填筑）墊層料碾壓整平，測量定位畫線后用邊墻擠壓機(jī)擠壓出一條高40cm的低強(qiáng)度、低彈性模量、半透水的混凝土墻，待其達(dá)到一定強(qiáng)度后（一般2小時(shí)左右），在其下游側(cè)按設(shè)計(jì)要求鋪填墊層料，攤鋪平整，振動(dòng)碾靜碾4遍，再動(dòng)碾8遍，靠近邊墻部位40cm內(nèi)采用小型振動(dòng)碾進(jìn)行碾壓，防止因激振力過高而破壞邊墻。

    2、邊墻混凝土擠壓施工

    ⑴平整施工場地

    墊層表面的平整度直接影響著擠壓邊墻成型后的外觀尺寸，因此，必須提供一個(gè)平整的施工作業(yè)成績面便于擠壓機(jī)行走作業(yè)。施工時(shí)，應(yīng)將前一層擠壓邊墻和墊層料填筑后的高差和平整度進(jìn)行檢查，如果存在高差及凹凸，則應(yīng)用人工修補(bǔ)、找平并碾壓密實(shí)。

    ⑵測量放線

    在邊墻施工前，根據(jù)邊墻擠壓機(jī)的寬度，在其內(nèi)側(cè)放一根平行于壩軸線的細(xì)線，用以指導(dǎo)擠壓機(jī)的行進(jìn)方向，使成型的擠壓墻平直，位置準(zhǔn)確，每5米左右用鋼釘將細(xì)線固定在墊層料表面。

    ⑶擠壓機(jī)就位與定向

    擠壓機(jī)在吊裝前，先檢查其各部件是否連接牢固，確認(rèn)發(fā)動(dòng)機(jī)及其它構(gòu)件運(yùn)行狀況是否良好，熄火停機(jī)以備吊裝，吊裝可采用反鏟。

    將邊墻擠壓機(jī)吊裝到指定起點(diǎn)，就位是應(yīng)盡量滿足前進(jìn)的直線方向，利用水準(zhǔn)儀對擠壓機(jī)進(jìn)行機(jī)身調(diào)節(jié)，使機(jī)身處于水平狀態(tài)，并使外墻板與已成型邊墻外坡面重合。及時(shí)進(jìn)行高度校核，保證邊墻高度。

    ⑷混凝土拌和及入倉

    直接在攪拌樓拌和后，用20t自卸汽車運(yùn)至工地現(xiàn)場，再由反鏟挖料入倉。

    ⑸成墻施工

    混凝土成型是依靠成型密實(shí)的混凝土邊墻為支撐向前移動(dòng)的，因此施工時(shí)，由專人控制擠壓機(jī)的行走方向，擠壓機(jī)水平行走控制在±20mm，確保其擠壓邊墻的直線滿足要求。并讓邊墻擠壓機(jī)保持一定的速度，一般為40m/h。邊墻擠壓成型后，對出現(xiàn)的缺陷，如每層邊墻的接坡間出現(xiàn)明顯的臺(tái)階、邊墻跨塌、平整度超標(biāo)、位置及外形尺寸誤差過大、成型混凝土缺陷等，應(yīng)立即對其采用人工修補(bǔ)處理。

    ⑹混凝土邊墻兩端與趾板接口處理

    由于擠壓機(jī)體本身占有一定長度，成墻不能與兩端混凝土趾板連接，應(yīng)人工立模澆筑混凝土（使用的混凝土材料與邊墻混凝土相同），人工用打夯機(jī)夯實(shí)，使擠壓墻兩端與趾板連接，基本不留空隙。

    ⑺墊層料填筑碾壓

    由于在邊墻混凝土里加了速凝劑，因此每層邊墻施工結(jié)束2～3小后，就進(jìn)行墊層料施工，墊層料分一次鋪填，每層40cm，采用18t自行式振動(dòng)碾，先靜碾4遍后，再動(dòng)碾8遍，靠近邊墻部位40cm內(nèi)采用小型振動(dòng)碾進(jìn)行碾壓，防止因激振力過高而破壞邊墻。

    ⑻擠壓邊墻迎水坡面處理

    將坡面浮碴及松散混凝土洗凈，進(jìn)行澆筑面板混凝土前，應(yīng)采取措施對表面進(jìn)行保護(hù)。

    五、擠壓機(jī)工作原理

    利用雙聯(lián)液壓泵柴油機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能，一路通過低速大扭矩液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)攪拌旋轉(zhuǎn)，將進(jìn)入攪拌倉的混凝土拌和料輸送到成型腔，另一路通過高速液壓馬達(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)器激振力的作用下，邊墻擠壓機(jī)以密實(shí)的混凝土支撐向前移動(dòng)，機(jī)后形成連續(xù)的梯形斷面混凝土小墻，其梯形斷面尺寸為上頂寬12cm，下底寬70cm，前坡1：1.4，后坡8：1，高40cm。

    六、檢測與試驗(yàn)

    1、擠壓邊墻檢測指標(biāo)

項(xiàng)目 干密度 滲透系數(shù) 彈性模量 抗壓強(qiáng)度 單位 g/m3 cm/s mpa mpa 指標(biāo) >2.15 10-3～10-4 3000～5000 3～5

    2、原材料及中間產(chǎn)品檢測頻率

    ⑴選用32.5級水泥，品質(zhì)應(yīng)符合《普通硅酸鹽水泥》要求，水泥每批檢測1組；

    ⑵速凝劑每批檢測1組；

    ⑶砂石料每200～300m3各檢測1組；

    ⑷擠壓邊墻混凝土（擊實(shí)法）抗壓強(qiáng)度，每5層（2m）檢測1組；

    ⑸擠壓邊墻混凝土彈性模量取3000～5000MPa，每20層（8m）檢測1組；

    ⑹擠壓成型的邊墻混凝土干密度，每10層（4m）檢測1組；

    ⑺擠壓邊墻混凝土滲透系數(shù)，每25層（10m）檢測1組。

    3、擠壓成型的邊墻混凝土表面外觀采用2m直尺進(jìn)行檢查。

    4、配料稱量不應(yīng)超過下列規(guī)定的數(shù)值：

    水泥±1%

    砂石骨料±2%

    水、外加劑溶液±1%

    5、試驗(yàn)

    與常規(guī)混凝土、土工試驗(yàn)方法基本一致，可參見《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（DL/T5150-2001）及《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（DL/T50081-2002）有關(guān)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，測試擠壓邊墻混凝土的干密度、抗壓強(qiáng)度、彈性模量、滲透系數(shù)等。

    七、分部（單元）工程劃分、表格、質(zhì)量評定

    1、2005年11月28～29日，某工程質(zhì)量監(jiān)督中心站有關(guān)負(fù)責(zé)人在鯉魚塘水庫工程召開了混凝土面板堆石壩擠壓式邊墻施工質(zhì)量評定與檢驗(yàn)的專題研討會(huì)。會(huì)議的主要目的是針對本市幾個(gè)采用擠壓邊墻的工程的施工實(shí)際，研討、擬定邊墻相關(guān)施工參數(shù)和工藝，為全市同類水利工程提供較完善、統(tǒng)一的施工以及質(zhì)量檢驗(yàn)依據(jù)。本次會(huì)議建立了技術(shù)攻關(guān)領(lǐng)導(dǎo)小組和攻關(guān)情報(bào)組，其任務(wù)是負(fù)責(zé)混凝土面板堆石壩擠壓式邊墻施工質(zhì)量評定與檢驗(yàn)工作的資料收集與技術(shù)攻關(guān)；并討論制定了《砼面板堆石壩擠壓邊墻施工技術(shù)要求》、《砼擠壓邊墻單元工程質(zhì)量評定表》、《砼擠壓邊墻單元工程驗(yàn)收表》和《砼面板堆石壩擠壓邊墻砼試驗(yàn)方法》等資料（提到的表格、資料見相關(guān)文件，此處省略）。

    2、單元工程劃分，由于擠壓邊墻的層高與墊層料相同，不宜每層劃分一個(gè)單元，結(jié)合鯉魚塘水庫工程面板壩高和擠壓邊墻工程量，宜按高差4m（即10層）做一個(gè)單元，比較合理，共計(jì)26單元。

    3、擠壓式混凝土邊墻按一個(gè)分部工程劃分。

    八、存在問題及改進(jìn)辦法

    1、擠壓式混凝土邊墻在本工程尚屬新工藝，在國內(nèi)也不多見，沒有規(guī)范可循，所以還有待于在后期作進(jìn)一步考證。

    2、邊墻擠壓機(jī)必須根據(jù)現(xiàn)有工程實(shí)際情況進(jìn)行改進(jìn)，主要是改進(jìn)邊墻擠壓機(jī)的外觀、受力、進(jìn)料、成型尺寸等，要解決在一個(gè)工程用完之后，也可用在其它工程上。

    九、結(jié)論

    擠壓式邊墻是混凝土面板堆石壩施工中的一項(xiàng)新技術(shù)。該技術(shù)簡化了上游壩面的施工工序，減少了施工干擾，以水平碾壓代替了斜坡碾壓，提高了施工安全性，并保證了墊層碾壓質(zhì)量，加快了施工進(jìn)度，汛期可以較好地抵抗水流的淘刷，有利于安全度汛，且整個(gè)上游壩面平整美觀。因而，在國內(nèi)已越來越多的工程采用了這項(xiàng)技術(shù)，據(jù)悉，鯉魚塘水庫是全國第五座采用這項(xiàng)技術(shù)的水利工程。但我國水利工程采用這項(xiàng)技術(shù)為時(shí)不久，經(jīng)驗(yàn)還不豐富、成熟，目前理論上對其材料性能、施工工藝，對面板受力及變形的影響等研究尚不夠充分，特別是質(zhì)量的檢驗(yàn)方法很不成熟，質(zhì)量評定尚處“空白”，值得進(jìn)一步探討，加強(qiáng)交流，把科技注入到工程里去，為提高我市的水利水電工程施工質(zhì)量更上一臺(tái)階而努力。