土石坝工程及施工技术近况19页.docx
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土石坝工程及施工技术近况19页
2施工新技术简介
2.1面板堆石坝挤压式砼边墙固坡技术
挤压式砼边墙固坡技术是面板堆石坝上游坡面的一种新的防护技术。
挤压式砼边墙固坡技术（以下简称边墙挤压施工法）因其能简便及时地提供上游坡面的保护，1999年巴西埃塔面板堆石坝建设中首先采用，2002年引进我国。
首先在我国黄河公伯峡、湖北鹤峰和甘肃黑河龙首等电站的面板堆石坝施工中开始应用，评价较好。
2.1.1边墙挤压施工法的技术优点：
面板堆石坝上游坡面的传统施工，因其繁杂工序，往往自始至终处于进度计划的关键线路，并难以保证密实度和平整度，同时坡面长期无保护，在工程进度、质量和经济少年性上均有较大负面影响。
而采用边墙挤压施工法有下列技术优点：
边墙施工一般速度可达40～60m/h，在砼成型1～2h即可进行垫层料填铺，两者可同时上升，上游坡面防护一次成形，不需进行斜坡碾压和削坡处理。
施工安全性提高。
新的施工方法使作业人员大大减少，同时坝脚部位可安全的进行有关作业。
工程量减少。
垫层区不需要超填，面板砼超填现象也可减少。
因挤压砼具有与垫层料相近的透水性、密实度等特点，垫层水平厚度可望减少。
边墙可提供一个规则、平整的坡面，坡面整洁美观，改善砼面板的接触支撑条件，加之工序简化有利于施工管理。
上游坡面的新技术使得工序和施工设备、机具得到简化。
坡面施工可随垫层区的上升一次完成，传统工艺需要的坡面平整和碾压设备、沥青喷涂设备、水泥砂浆施工模具等也可被挤压墙技术取代。
边墙在坡面形成一个规则、坚实的支撑区域。
因其内侧具有直立结构，传统工艺中的坡面斜披碾压可以完全被对填筑料的垂直碾压取代，密实度得以保证，蓄水后这一区域的变形将大大减少。
对大型工程尤其对导流标准较高的工程，因其提供了一个可抵御冲刷的上游坡面，从而使得坝体导流、渡汛安全性提高，渡汛建筑物的规模得以降低。
由于边墙的防护，面板施工可安排在合理时段进行，可延长面板浇筑前的堆石沉降期。
据有关资料，一些大坝的面板开裂是由于坝体填筑和面板施工间隔时间过短所致。
2.1.2挤压式砼边墙施工程序
面板堆石坝垫层区上游坡面的施工工艺流程是：
挤压式边墙施工程序：
在每填筑一层过渡料（垫层料）之前，用挤压式边墙机制作出一个半透水砼墙，然后在其内侧按设计铺填坝料，碾压合格后再挤压制作上层边墙，重复以上工序，参见挤压式砼边墙施工程序图（图2-2-1）。
挤压式边墙机介绍见2-1-4节。
其施工过程为：
测量放线
对垫层高程进行复核后，确定挤压式砼边墙的边线，并根据底层已成型的墙顶边线作适当调整，使坝体上游坡面水平方向偏差控制在内。
根据调整后的边线分段挂线或用白灰标识出挤压机行走路线。
挤压机BJY-40就位
用WA-380（3.0m³）装载机（或其他机械）将挤压机吊运到指定位置，使其内侧外沿紧贴线位。
操作人员调平内外侧调节螺栓，并查看水平尺，使其在同一高程；用钢尺量挤压机出口高度，使其保持在40cm。
挤压机就位后，安放挤压边墙三角形端头挡板并予以固定。
挤压式砼边墙浇筑
砼料在拌和楼进行拌制，6m³砼罐车运至施工现场，采用后退法卸料。
待罐车就位后，开动挤压机，并开始卸料，卸料速度须均匀连续，并将挤压机行走速度控制40～60m/h（即就是1分钟1m左右）。
卸料的同时，用自制的量筒均匀地掺加速凝剂溶液。
挤压机行走路线以前沿内侧靠线为准，并应根据后沿内侧靠线情况作适当调整。
在卸料行走的同时，根据水平尺、坡度尺校核挤压墙结构尺寸的情况，不断调整内外侧调平螺栓，使上游坡比及挤压墙高度满足要求。
挤压式边墙砼施工时，两端应尽可能地靠近两岸趾板，以减少人工处理量。
砼施工结束后，及时养护。
用塑料薄膜或麻袋进行覆盖，设专人进行洒水养护。
两端与趾板接口处理
接口处砼配合比采用人工法施工配合比，并按施工要求现场掺加速凝剂。
人工立模进行浇筑，每层铺料10cm，人工用夯锤密实，与趾板结合部位须加强夯实。
缺陷（错台、起包、倒塌等现象）处理和下道工序
对施工中出现的错台、倒塌现象须挂线用M5.0砂浆抹平，对错台超出设计线的部分，人工凿除抹灰处理。
处理完成后并经监理验收合格后方可进行下道工序。
挤压边墙成型2h后，即可进行垫层料的摊铺。
现场施工人员在挤压式边墙上挂高于边墙约4cm的线绳，并经高程测量作相应调整，以作为机械、人工平料的标准。
垫层料采用20t自卸汽车运输，后退法卸料。
每车拉料约7.0m³，每5m倒料1车。
用推土机进行摊铺，摊铺厚度44cm，并辅以人工整平，推土机采用后推法用推刀刮平，人工配合WA-380装载机剔除挤压边墙处的超径块石。
垫层料碾压
碾压前在砼边墙布设观测点，以便测定挤压墙的侧向位移。
距挤压式砼边墙10cm，现场施工员用白灰线进行标识。
顺坝轴线方向用自行式振动碾碾压，动碾8遍，振动碾振动频率控制在27.5～28.0Hz，振幅控制在1.2～1.4mm，行走速度控制在1.5km/h以内，边角用10t液压夯板振压30s，以确保垫层料夯压密实。
碾压后，现场施工员布设2×4m方格网，以成型的挤压式边墙顶高程位依据，对边墙内侧垫层料不足部分采用人工补料至平整，并碾压1～2遍，使挤压式边墙内侧的垫层料高差在以内，若达不到要求，应重新补料碾压，直到满足高程要求。
碾后用全站仪（经纬仪）测定挤压墙的侧向位移。
2.1.3边墙截面
边墙截面基本为三角形，上下层连接可视为铰接方式，这可使边墙适应垫层区的沉降变形，其下部不易形成空腔进而对面板造成不利影响。
2002年8月公伯峡面板坝施工中，结合上游坡比，并借鉴了埃塔工程的经验确定断面（见图2-1-2）。
实践表明，这种截面形式有利于挤压机运行和边墙成形，可满足对垫层料铺填的约束，也符合我国常规填筑工艺的要求。
边墙顶宽应限制在12cm以内，过大的定宽会降低边墙适应变形的能力。
龙首二级水电站大坝上游坡比为1：
1.5，顶部宽度取为10cm。
墙高取40cm，与碾压后的垫层料厚度一致，内侧坡比设计为8：
1，以便于垫层料碾压，底部宽度为75cm；挤压式砼边墙标准断面每延米方量为0.17m³，每层高度为0.40m。
2.1.4挤压式砼边墙机
砼一次成形的挤压机械是边墙施工技术的关键环节。
适当的挤压力以保证砼成形的同时具有一定的孔隙率以及与坝料填筑进度相协调的挤压施工速度是挤压机械的基本要求。
挤压机的设计借鉴了道沿滑模的原理，由于施工对象的不同尤其是砼性能的巨大差异，挤压机的研制是与砼性能相关联的一项全新课题。
2001年9月陕西省水利机械厂经过多方面工作，以螺旋挤压成型进行设计，在黑河枢纽工地多次生产性模拟试验，并进行了砼材料的施工工艺相关研究，2002年4月在黄河公伯峡工地结合工程实际生产性试验成功、2002年9月公伯峡大坝正式使用，进行挤压式边墙施工。
挤压机有关资料介绍如下：
1）挤压机结构
后轮、成型仓、搅拌仓、动力仓、液压系统、前轮及转向机构
2）挤压机主要机械参数
挤压机主要技术参数表
型号
成形截面/cm
成形方式
工作速度（m/h）
工作方式
主泵压力/MPa
BJY-40
100×710×400
螺旋挤压
40～80
液压
25
额定功率/KW
最大转角
外型尺寸/cm
净质量kg
方向控制
最大离地间隙
45
7o20’
3660×1390×1150
2600
机械锁定
300mm
2.1.5质量控制
施工前精心复核和优化砼配合比，尽可能降低水泥用量，以降低挤压式边墙砼的弹模。
并将选定的配合比报监理工程师审批。
严格控制砼坍落度，确保现场施工坍落度符合设计要求，保证挤压质量。
拌和楼专人监督，严格把关，按配料单配料，不得擅自更改。
边墙内侧的垫层料严格按设计要求铺填，边角部位用10T液压夯板夯实，确保填坝质量。
2.1.6边墙对面板裂缝的影响
已建工程中面板出现裂缝的很多，大体可分为两类：
沉降断裂裂缝和温度收缩裂缝（包括干缩裂缝），据资料介绍大量出现的是温度收缩裂缝。
由温度、湿度等环境因素变化引起砼收缩，加之基础约束而在砼内诱发拉应力，是促使发生裂缝的破坏力，这是外因。
砼自身的性能和质量决定砼的抗裂能力，这是内因。
如破坏力大于抗裂能力时，就会出现裂缝，因此在增加砼极限拉伸值的同时，减少基础约束成为面板防裂的关键。
边墙挤压施工法的负面作用是如果砼面板与边墙结合在一起，面板会对坝料产生由台阶形断面所造成的约束，其剪应力就会更多地从坝体传递到面板，这样那些台阶就会成为面板薄膜料片进行预防，还有采用一种塑料黏合剂对边墙表面进行喷涂的方法，也有人正在研究其他的预防措施。
根据以往的实践经验，在边墙表面喷洒阳离子乳沥青以改善约束条件，和砼比较乳化沥青极低的粘结强度也可以达到预期的分离目的。
插入垫层的架立筋对约束程度也有一定的影响，改用板凳筋架立钢筋网以进一步减少约束，可以进行探索。
在砼配合比、温控、保湿及施工质量不变的条件下，综合考虑边墙法挤压施工对垫层压实质量、坡面平整度的改善和延长坝体预沉期的效果，相信，边墙挤压法施工不会增加面板裂缝的可能性。
2.1.7经济性比较
边墙挤压施工法对工程质量的提高、进度的加快以及增加导流渡汛的安全性等产生的经济效益是因工程而异的，但其基本特点与工程经济性要求是完全一致的。
传统工艺在上游坡面防护中产生的费用基本可以归纳为：
垫层超填费用：
斜坡的削坡、碾压、整平费用；坡面砂浆或喷涂乳化沥青的施工费用。
挤压式边墙方法在坡面防护中不仅只有挤压砼施工费用而且还可减少同体积垫层料费用。
工程所处地理位置的不同如多雨地区可能产生因降水对坡面造成冲刷的后续工作量的增加、可供使用的垫层料制备成本的不同等不确定因素会使新旧方法的经济性差异有所变化。
另外，挤压式边墙技术因探索阶段，工序计划、生产成本尚待进一步实践，这也是应考虑的方面。
挤压边墙技术的直接经济效益还有再探讨的余地，但若综合考虑经济和社会效益，其优越性是不言而喻的。
2.1.8边墙砼料配合比的试验研究
由于挤压式边墙对坝体结构的改变及约束应力对面板可能产生的不利影响，其砼性能应具备低强度、低弹模、半透水的特点；为了满足与垫层料填筑同步上升的要求，砼又要具备较高的早期强度；同时也应注意经济方面的要求。
因此，边墙挤压施工法中重要的一环是砼料配合比的研究，必须精心设计，反复进行室内外试验，确定满足要求的砼料配合比。
今将黄河公伯峡和黑河龙首二级两电站的面板坝应用挤压式砼边墙技术中使用的砼料配合比，以及陕西省水电工程局测试中心的试验研究资料，介绍于下，以供参考。
黄河公伯峡面板坝使用BJY-40型砼边墙挤压机进行固坡施工，其砼料配合比为：
水泥80kg/m³，水灰比1.31，砂651kg/m³，小石1449kg/m³，外加剂3％，达到了低强度、低弹模和半透水的要求。
（摘录自《水利水电工程施工手册、土石方工程卷》）
黑河龙首二级电站挤压式砼边墙砼料配合比
挤压墙砼按一级配干硬性砼配合比设计，坍落度为0。
经试验，采用水灰比1.07（人工法施工为1.35）
速凝剂掺量（％）
水泥用量（kg/m³）
砂子（kg/m³）
小石（kg/m³）
水
（kg/m³）
渗透系数（cm/s）
（9d）
抗压强度（MPa）（28d）
砂率（％）
4.0
85
566
1384
92.1
5.35×10-3
1.95
29
注：
1、弹模为6626MPa。
2、人工法施工时，水量调整为115kg，其它量不变。
3、用粉状的速凝剂配置浓度为12％的悬浊液可满足速凝剂4％（3.4kg）的掺加要求。
挤压式混凝土配合比试验研究
1挤压式边墙砼配合比的设计与试验
配合比的设计研究要考虑三个方面的因素：
一是挤压机挤压力的大小，即挤压出的砼密实度与室内成型砼的密实度是否一致，能否满足渗透要求；二是挤压砼的强度和弹模的大小
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