挤压边墙在胶凝砂砾石固坡应用中的探讨
浏览 发布时间 2017-5-11 14:13:34
1·工程背景
胶凝砂砾石坝是近几年出现的一种新坝型，该技术扩大了坝型选择范围，放宽了筑坝条件，可就地取材，快速施工，同时对筑坝材料、施工工艺以及坝基的要求大大降低，大坝施工基本实现零弃料，具有更加经济、安全、环保、施工快速等独特的优点，得到了国际坝工界的重视。
山西省守口堡水库大坝为胶凝砂砾石坝，是我国首次将胶凝砂砾石筑坝技术应用在永久工程的大坝。守口堡水库胶凝砂砾石大坝坝高60 m，上、下游坡比均为1∶0.6，由于坡度比较陡，机械碾压固坡便不可能实现，而且常规的固坡方案在施工中存在很多弊端，施工速度慢，交叉施工干扰大，而且在碾压胶凝砂砾石过程中，为了保证压实强度，必须进行超填碾压，超填碾压后，超填部分需切除，虽然投入小，但施工周期长，工序繁琐，且浪费大。为了保证大坝的施工质量，工程项目部在施工方式、质量控制等方面进行了探讨性研究。在铺筑过程中，胶凝砂砾石固坡工艺成为一个难题，由此提出了对挤压边墙工艺在胶凝砂砾石固坡上应用的探讨。
2·解决办法
为了达到既能起到固坡作用又能减少上游防渗层和下游保护层相互间的施工干扰。本工程借鉴以往的施工工艺及经验，提出在面板混凝土与胶凝砂砾石之间采用挤压边墙固坡的施工方案。挤压边墙施工技术是山西省水利建筑工程局的成熟施工技术，在泽城水电站、柏叶口水库、唐河水电站的施工建设中均运用了该项技术，其在保证质量的前提下均能达到固坡作用。
1）挤压边墙的设计
在胶凝砂砾石的铺筑过程中，每次铺筑55 cm，碾压成型后厚度为50 cm，所以设计挤压边墙机的出料成型厚度为50 cm，上部为20 cm，下部为70 cm。这样在胶凝砂砾石固坡施工中，上游坝面形成一道挤压混凝土层。
2）挤压边墙的施工要点
挤压边墙的初始施工面为胶凝砂砾石垫层，胶凝砂砾石经过碾压，平整度不需要处理，经过测量放线，在挤压边墙机的行走路线定桩并挂线保证施工质量，施工过程中混凝土采用搅拌车供料，并在喂料口均匀地喷洒速凝剂，由专人控制挤压边墙机和搅拌车的行走速度，使二者速度保持一致。边墙垮塌和尺寸误差由专人处理。终点处人工进行施工。挤压边墙一层施工完成以后，为了使胶凝砂砾石与挤压边墙更好的结合，铺筑胶凝砂砾石时，距离挤压边墙30 cm 时停止铺筑，这样形成了一个倒梯形，上部宽为70～80 cm，空缺部位采用二级配变态混凝土填充，填充完成后用加浆振捣的方式，使得挤压边墙与胶凝砂砾石相结合，然后对二级配变态混凝土与胶凝砂砾石结合部位进行碾压，整平，保证铺筑质量。具体在胶凝砂砾石铺筑过程中，距离挤压边墙宽度在施工中可以调整，以免在碾压胶凝砂砾石与二级变态混凝土结合部位时，挤压边墙由于震动碾压错位过多。而且在每次铺筑时都应当对铺筑边线进行校核，减少误差的叠加，从而影响施工质量。
具体的施工见图1：
3）进一步设想
试想如果调整挤压边墙混凝土施工的配合比，是否能在上游坝面形成一道排水墙，这样就能代替排水盲管的作用，使得上游坝面排水从线成为面。理论上讲，更有利于上游防渗面渗水的排放，减少排水盲管的安置，从而减少成本，这样挤压边墙不仅起到固坡作用，而且代替了排水盲管，施工工序减少，施工进度加快。
依照这种想法，我们对挤压边墙做了进一步的改进，调整其配合比，分别对无砂挤压边墙混凝土和半砂挤压边墙混凝土进行试验，并委托中国水利水电科学研究院工程检测中心对工艺试验的挤压边墙钻芯取样检测，检测结果显示，无砂挤压边墙混凝土渗透系数在3.0×10-2 cm/s 左右，渗透能力能满足要求，但其抗压强度均值为4.9 MPa，低于上游防渗层和胶凝砂砾石6 MPa，在两者之间形成了薄弱层，影响大坝质量和稳定性，不予采用；对半砂挤压边墙混凝土进行了抗压强度、弹性模量、容重、渗透系数的检测，检测数据表明均能满足设计指标的要求。半砂挤压边墙混凝土渗透系数均值在1.7×10-2 cm/s，抗压强度均值在8.0 MPa，能满足要求，且不会成为薄弱层，具体的检测结果如表1 所示：
由于挤压边墙兼备了排水盲管的作用，在上游防渗层浇筑、振捣密实过程中，会有水泥浆渗入挤压边墙而减小挤压边墙的渗透系数，因此，在挤压边墙铺筑高度达到3~4 层时，先对挤压边墙上游面进行砂浆或水泥浆抹面，然后再对上游防渗层进行混凝土的浇筑，这样在对上游防渗层进行混凝土浇筑时可以避免水泥浆的流入，从而影响挤压边墙的渗透能力。
3· 挤压边墙应用的优点
1）在施工过程中可以把面板混凝土的施工和胶凝砂砾石的施工一分为二，互不干扰，在施工工序上有效地减少了施工周期，加快了坝体的填筑速度。
2）由于挤压边墙的有效作用，胶凝砂砾石料在铺筑过程中不需要超填，更重要的是以水平碾压代替斜坡碾压，既能保证施工质量，又能保证施工安全。
3）挤压边墙施工速度快，在大坝面板未完成前可以起到抵御冲刷的作用，降低了度汛的难度。
4）挤压边墙技术的应用，可以在坝面上形成平整的坡度，既美观又坚实。
5）半砂挤压边墙的较强渗透性使挤压边墙兼备了排水盲管的作用。
4·结语
上游防渗层和下游保护层的施工，始终是一个控制胶凝砂砾石铺筑进度和影响坝体质量的关键，我们对半砂挤压边墙在胶凝砂砾石铺筑施工中可行性的探讨和研究，为的是在保证质量的前提下更好、更快地完成首座胶凝砂砾石坝永久工程的施工，凸显胶凝砂砾石筑坝技术的独特优点，然后加以推广。
胶凝砂砾石坝是近几年出现的一种新坝型，该技术扩大了坝型选择范围，放宽了筑坝条件，可就地取材，快速施工，同时对筑坝材料、施工工艺以及坝基的要求大大降低，大坝施工基本实现零弃料，具有更加经济、安全、环保、施工快速等独特的优点，得到了国际坝工界的重视。
山西省守口堡水库大坝为胶凝砂砾石坝，是我国首次将胶凝砂砾石筑坝技术应用在永久工程的大坝。守口堡水库胶凝砂砾石大坝坝高60 m，上、下游坡比均为1∶0.6，由于坡度比较陡，机械碾压固坡便不可能实现，而且常规的固坡方案在施工中存在很多弊端，施工速度慢，交叉施工干扰大，而且在碾压胶凝砂砾石过程中，为了保证压实强度，必须进行超填碾压，超填碾压后，超填部分需切除，虽然投入小，但施工周期长，工序繁琐，且浪费大。为了保证大坝的施工质量，工程项目部在施工方式、质量控制等方面进行了探讨性研究。在铺筑过程中，胶凝砂砾石固坡工艺成为一个难题，由此提出了对挤压边墙工艺在胶凝砂砾石固坡上应用的探讨。
2·解决办法
为了达到既能起到固坡作用又能减少上游防渗层和下游保护层相互间的施工干扰。本工程借鉴以往的施工工艺及经验，提出在面板混凝土与胶凝砂砾石之间采用挤压边墙固坡的施工方案。挤压边墙施工技术是山西省水利建筑工程局的成熟施工技术，在泽城水电站、柏叶口水库、唐河水电站的施工建设中均运用了该项技术，其在保证质量的前提下均能达到固坡作用。
1）挤压边墙的设计
在胶凝砂砾石的铺筑过程中，每次铺筑55 cm，碾压成型后厚度为50 cm，所以设计挤压边墙机的出料成型厚度为50 cm，上部为20 cm，下部为70 cm。这样在胶凝砂砾石固坡施工中，上游坝面形成一道挤压混凝土层。
2）挤压边墙的施工要点
挤压边墙的初始施工面为胶凝砂砾石垫层，胶凝砂砾石经过碾压，平整度不需要处理，经过测量放线，在挤压边墙机的行走路线定桩并挂线保证施工质量，施工过程中混凝土采用搅拌车供料，并在喂料口均匀地喷洒速凝剂，由专人控制挤压边墙机和搅拌车的行走速度，使二者速度保持一致。边墙垮塌和尺寸误差由专人处理。终点处人工进行施工。挤压边墙一层施工完成以后，为了使胶凝砂砾石与挤压边墙更好的结合，铺筑胶凝砂砾石时，距离挤压边墙30 cm 时停止铺筑，这样形成了一个倒梯形，上部宽为70～80 cm，空缺部位采用二级配变态混凝土填充，填充完成后用加浆振捣的方式，使得挤压边墙与胶凝砂砾石相结合，然后对二级配变态混凝土与胶凝砂砾石结合部位进行碾压，整平，保证铺筑质量。具体在胶凝砂砾石铺筑过程中，距离挤压边墙宽度在施工中可以调整，以免在碾压胶凝砂砾石与二级变态混凝土结合部位时，挤压边墙由于震动碾压错位过多。而且在每次铺筑时都应当对铺筑边线进行校核，减少误差的叠加，从而影响施工质量。
具体的施工见图1：
3）进一步设想
试想如果调整挤压边墙混凝土施工的配合比，是否能在上游坝面形成一道排水墙，这样就能代替排水盲管的作用，使得上游坝面排水从线成为面。理论上讲，更有利于上游防渗面渗水的排放，减少排水盲管的安置，从而减少成本，这样挤压边墙不仅起到固坡作用，而且代替了排水盲管，施工工序减少，施工进度加快。
依照这种想法，我们对挤压边墙做了进一步的改进，调整其配合比，分别对无砂挤压边墙混凝土和半砂挤压边墙混凝土进行试验，并委托中国水利水电科学研究院工程检测中心对工艺试验的挤压边墙钻芯取样检测，检测结果显示，无砂挤压边墙混凝土渗透系数在3.0×10-2 cm/s 左右，渗透能力能满足要求，但其抗压强度均值为4.9 MPa，低于上游防渗层和胶凝砂砾石6 MPa，在两者之间形成了薄弱层，影响大坝质量和稳定性，不予采用；对半砂挤压边墙混凝土进行了抗压强度、弹性模量、容重、渗透系数的检测，检测数据表明均能满足设计指标的要求。半砂挤压边墙混凝土渗透系数均值在1.7×10-2 cm/s，抗压强度均值在8.0 MPa，能满足要求，且不会成为薄弱层，具体的检测结果如表1 所示：
由于挤压边墙兼备了排水盲管的作用，在上游防渗层浇筑、振捣密实过程中，会有水泥浆渗入挤压边墙而减小挤压边墙的渗透系数，因此，在挤压边墙铺筑高度达到3~4 层时，先对挤压边墙上游面进行砂浆或水泥浆抹面，然后再对上游防渗层进行混凝土的浇筑，这样在对上游防渗层进行混凝土浇筑时可以避免水泥浆的流入，从而影响挤压边墙的渗透能力。
3· 挤压边墙应用的优点
1）在施工过程中可以把面板混凝土的施工和胶凝砂砾石的施工一分为二，互不干扰，在施工工序上有效地减少了施工周期，加快了坝体的填筑速度。
2）由于挤压边墙的有效作用，胶凝砂砾石料在铺筑过程中不需要超填，更重要的是以水平碾压代替斜坡碾压，既能保证施工质量，又能保证施工安全。
3）挤压边墙施工速度快，在大坝面板未完成前可以起到抵御冲刷的作用，降低了度汛的难度。
4）挤压边墙技术的应用，可以在坝面上形成平整的坡度，既美观又坚实。
5）半砂挤压边墙的较强渗透性使挤压边墙兼备了排水盲管的作用。
4·结语
上游防渗层和下游保护层的施工，始终是一个控制胶凝砂砾石铺筑进度和影响坝体质量的关键，我们对半砂挤压边墙在胶凝砂砾石铺筑施工中可行性的探讨和研究，为的是在保证质量的前提下更好、更快地完成首座胶凝砂砾石坝永久工程的施工，凸显胶凝砂砾石筑坝技术的独特优点，然后加以推广。
上一个：小型水库加固中土方填筑施工的质量控制
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