挤压边墙在混凝土面板堆石坝中的应用.pdf

第 3 7卷第 1 2期 2 0 1 1 年1 2 月 水 力 发 电 挤 压 边 墙 在 混 凝 土 面 板 堆 石 坝 中 的 应 用 徐存 东，李海成 ，周琳 博 ( 兰州理工大学能源与动力工程学院 ，甘肃兰州7 3 0 0 5 0 ) 摘要：挤压边墙作 为 目前 正在 推广 的一项面板坝施工技术 ，与传统的上游坝坡施 工方法相 比，具有工序少 、干扰 小 、施工速度快 、利 于防洪度汛 、表面美 观等优点。在 白莲河抽水蓄能电站面板堆石坝 中应用了该施工技术 ，采用 机械设备在垫层料上挤压形成一 道混凝土边墙 ，避免了传统工艺 中对垫层料超填 、斜坡碾压 、削坡等繁琐工序 ，不 但保证 了工程质量 ，而且改善了面板 的受力状态 。 关键 词：面板堆石坝 ；挤压混凝土边墙 ；配合 比；白莲河抽水蓄能电站 Ap p l i c a t i o n o f Co n c r e t e Ex t r u s i o n S i d e W a l l i n RCC Da m Co n s t r u c t i o n Xu C u n d o n g ， L i Ha i e h e n g ， Z h o u L i n b o ( S c h o o l o f E n e r g y a n d P o w e r E n g i n e e r i n g ， L a n z h o u U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， L a n z h o u 7 3 0 0 5 0 ， G a n s u ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：Co mp a rin g wi t h t h e t r a d i t i o n a l u p s t r e a m s l o p e c o n s t r u c t i o n me t h o d o f f a c e r o c k f i l l d a m，t h e e x t r u s i o n s i d e w a l l t e c h n o l o g y h a s a d v a n t a g e s o f l e s s p r o c e s s ， l i t t l e i n t e rfe r e n c e ，f a s t c o n s t ruc t i o n ，c o n d u c i v e t o fl o o d c o n t r o l a n d g o o d s u rfa c e a p p e a r a n c e T h i s t e c h n o l o g y i s a p p l i e d i n t h e c o n s t ruc t i o n o f t h e f a c e r o c k fi l l d a m i n Ba i l i a n h e P u mp e d- s t o r a g e P o we r S t a t i o n ，i n wh i c h t h e ma c h i n e r y i s u s e d t o e x t r u d e a c o n c r e t e wa l l o n c u s h i o n ma t e ri a l a n d t r a d i t i o n a l p r o c e s s e s o f c u s h i o n ma t e r i a l o v e r - f i l l i n g ，s l o p e r o l l i n g a n d s l o p e c u t t i n g a r e c a n c e l l e d T h e e x t r u s i o n s i d e w a l l t e c h n o l o gy n o t o n l y e n s u r e s t h e q u a l i t y o f c o n s t r u c t i o n ， b u t a l s o i mp r o v e s t h e s t r e s s o f f a c e s l a b Ke y W o r d s ： f a c e r o c k fi l l d a m； c o n c r e t e e x t r u s i o n s i d e w a l l ； mi x p r o p o r t i o n ； B a i l i a n h e P u mp e d - s t o r a g e P o we r S t a t i o n 中图分类号 ： T V 6 4 1 4 3 ( 2 6 3 ) ；T V 5 2 文献标识码 ： B 文章编号 ： 0 5 5 9 9 3 4 2 ( 2 0 1 1 ) 1 2 0 0 4 7 0 3 混 凝 土 面 板 堆 石 坝 是 水 利 水 电 工 程 中 的 主 要 坝 型之一 l l l。面板 堆 石坝 上游 面护 坡施 工 中 ，传 统工 艺 采 用 超填 土石 方 、削 去坡 面 虚 土 、修 平 坡 面 、用 斜 坡 振 动碾 碾 压 坡 面 、坡 面砂 浆 防护 等 工 序 ，与坝 体 填 筑 施 工存 在 交 叉 作 业 ，挡 水 度 汛期 间矛盾 尤 为突 出 。且 安 全 风 险 大 ，会 直 接 影 响 工 程 进 度 和 施 工 质 量 。 而 挤 压 边 墙 施 工 技 术 较 好 地 解 决 了 上 述 问 题 ， 它 是 在 填 筑 一 层 垫 层 料 之 前 利 用 边 墙 挤 压 机 在 坝 体 上 游 面 修建 一 条 半 透水 的混凝 土边 墙 ，然后 在 其 内侧 铺填 坝料 ，碾压 合 格 后 再重 复这 一 工序 ，形 成 完 整 的 、有 一 定 强 度 的 混 凝 土 临 时 坝 面 ，具 有 能 保 证 垫 层料 压 实 质 量 、提 高 护 坡 防护 能 力 以及 施 工 简 便 、安全 性 高 、技术 可靠 等 特点 。该 技 术 已在 我 国 的公 伯 峡 、龙 首 二 级 、芭 蕉 河 、水 布垭 、黑麋 峰 等 面板堆 石 坝工 程 中应用并 取 得 良好 效 果 。 1 工程概况 白莲 河 抽 水 蓄能 电站 位 于湖 北 省 黄 冈市 罗 田县 白莲河 乡 境 内 ，白莲河 水 库 右 坝头 上 游 侧 。工 程 为 一 等 大( 1 )型 工程 ，总 装 机 1 2 0 0 MW ，枢 纽 工 程 的永久 建 筑 物 主要 包括 上 库 主 坝 、输 水 系统 和 地 下 厂 房 系统 等 。上 库 主坝 为混 凝 土面 板 堆石 坝 ，坐 落 在 弱 风 化 岩 体 中上 部 ，最 大 坝 高 5 9 4 0 I n，坝 顶 长 3 0 0 1 8 I n ， 坝 顶 宽 6 0 ru， 上 、下 游 坝 坡 均 为 1 ： 1 4， 最 大 坝底 宽 度 约为 1 8 0 9 6 i n；坝 体 自上游 至 下 游 依 次 为盖重 区 、垫层 区( 含特 殊垫层 区) 、过 渡 区 、上 游 堆石 区 、下 游 堆 石 区及 大 块石 护 坡 等 ；大 坝 垫 层 上 游边 坡 原设 计 采 用砂 浆 垫 层 固坡 ，后 经业 主 、设 计 、监 理及 施 工 四方研 究 ，并 结 合 公 伯峡 、水 布垭 等 工程 的应 用 实 际 ，决 定 采用 挤 压 混 凝 土边 墙 新 技 术 进 行 堆 石 坝 上 游 固 坡 防 护 。 收稿 日期 ：2 0 1 1 - 0 1 1 4 作 者简 介 ：徐存东 ( 1 9 7 2 一 ) ，男 ，甘肃景 泰人 ，教授 ，高级工 程师 ，博士 ，主要从事水利水电工程的教学和科研 工作 W a t e r P o w e r V o 1 3 7 N o 1 2 囫 2 挤压边墙的优越性 混凝 土 面 板 坝施 工 期 上 游 护坡 施 工 的传 统工 艺 技 术 简 单 但 工 序 复 杂 、超 填 量 大 、坡 缘 密 实 度 难 以 保 证 ， 蓄 水 后 坡 面 变 形 较 大 ，抗 水 压 能 力 低 ；削 坡 、 坡 面修 整 工作 量 大 ，需 要 的专 用 设 备 多 ；坝 体 每上 升 2 3 m 需 进 行 一 次 削 坡 ， 每 上 升 1 0 1 5 m 需 进 行 上游 坡 面 斜 坡碾 压 ，影 响坝 体 填 筑 进度 ；坡 面 防 护 前 ，若 遇雨 水 冲刷 ，则需 重新 补 坡 回填 、碾压 。 挤 压式 边 墙 技 术 的 主要 优 点 是 ： 垫 层 料 坡 面 的 斜 坡 碾 压 完 全 被 垂 直 碾 压 取 代 ， 垫 层 料 的 密 实 度 得 到保 证 ，蓄水 后 变 形 小 ，提 高 了抗水 压能 力 ； 垫层 料有 边 墙 防护 ，面 板施 工 可 安 排 在 合理 时段 进 行 避免 开 裂 ，保 证 质 量 ； 方 案 取 消 了超 填 土 石 方 ，取 消 了削坡 、修 正 坡 面 、上 游 坡 面 的斜 坡 碾 压 等 工 序 ，并 且 边墙 机 的成 型 速 度快 ，垫 层 填筑 可 同 步 上 升 加 快 了施 工进 度 ； 混凝 土 边 墙 能抵 御 冲 刷 ，有 利 于防 洪度 汛和 汛期 的坡 面 防护 。 3 白莲河抽水蓄能电站面板堆石坝的应用技 术和施工工艺 3 1 挤 压式 边 墙 断面 挤 压 式 边 墙 采 用梯 形 断 面 ，以铰 接 方 式 使边 墙 可 适 应 垫 层 料 的 变 形 ，其 底 部 不 会 形 成 空 腔 ，有 效 避 免 了 空 腔 对 面 板 的 不 利 影 响 。边 墙 上 游 侧 坡 度 与 混 凝 土 面 板 堆 石 坝 上 游 坡 度 相 同 ，一 般 为 1 ： 1 4，顶 宽 一 般为 1 0 e m，下 游坡 度采 用 8 ： 1 ( 见 图 1 ) 。 图 1 挤 压 式 边 墙 断 面 示 意 3 2挤压 式 边墙 布置 在上 游填 筑 条件 具备 后 ，先铺 一层 填 筑料 找平 ， 填 筑料 填 筑 至趾 板 顶 部 高程 ；然 后 在 填筑 料 上 开 始 挤压 边 墙 施 工 ，由于 没 有水 平 段 的趾 板 ，挤 压 边 墙 无法 从 底部 开始 ，底 部用 人 工成墙( 见 图 2) 。 3 3挤压 边 墙混 凝土 技术 指标 边 墙 混 凝 土 各 项 技 术 指 标 制 定 的 总 原 则 是 尽 可 能 与 垫 层 料 接 近 ， 具 有 低 强 度 、 低 弹 性 模 量 、 适 当 的 渗 透 性 ，易 于 成 型 ，方 便 施 工 3 1 。设 计 单 位 确 定 的 该 坝 挤 压 边 墙 混 凝 土 技 术 指 标 见 表 1 囊 w a r e r P o e r V o I 3 7 1 2 图 2挤压边墙布置断面 表 1 挤压 边墙混凝土技术指标 3 4挤压 边墙 混 凝土 配合 比 该 工 程 挤 压 边 墙 混 凝 土 设 计 标 号 为 C5 。 在 确 定 其 配 合 比时 ，借 鉴 了 以往 工 程 的 成 功经 验 ，并结 合 当地 水 泥及 砂 石 骨 料 情况 ，经 过 多 次现 场 配 比试 验 最 终选 定 的混凝 土 配合 比见 表 2。 表 2挤压边墙 C5混凝 土配合 比 k g m 3 5挤 压边 墙 施工 工艺 挤 压 边 墙施 工 工 艺 流 程 为 ：底 层 找 平一 挤 压 机 行 走轨 道 测量 放线一 边 墙挤 压机 就位 一 混凝 土 运输 、 卸 料 及 入 仓一 边 墙 挤 压 施 工 一 表 面 及 层 间 缺 陷 修 补 一 立 模 人 工 浇 筑 端 头 边 墙 一 垫 层 料 摊 铺 、碾 压 一 取 样 检 测 一 验 收 合 格 后 进 入 下 一 循 环 。 3 6施工 现场 质量 控 制和检 测 f 1 ) 边 墙 混 凝 土 必 须 按 经 过 批 准 的 配 料 单 配 料 ， 严禁 擅 自更改 ，称 量精度应符合 下列规定 ：水 泥 1 ； 砂石 骨 - -I- -+ 2 ；水 、外 加剂 1 。 ( 2 )检 查 垫层 料 碾 压 后 与 边 墙 混凝 土 的高 差 和 平 整 度 两 者 尽 可 能 在 同 一 平 面 上 。 控 制 挤 压 机 行 走 范 同内 的平 整 度在 2 e m 内 ，采 用水 准 仪进 行 复核 检 查 。 ( 3)挤 压 机 行走 方 向用 全 站 仪 精 确 放线 ，在施 工 过 程 中严 格 控 制 ，施 工 前 要 确 保 挤 压 机 位 置 水 平 。 ( 4)在 挤 压 出 模 后 由 专 人 检 查 混 凝 土 质 量 ， 对 层 间 错 台 、局 部 坍 塌 、起 包 、 不 平 整 度 超 标 、 位 置 及 外 形 尺 寸 误 差 等 缺 陷 。应 立 即 进 行 人 T 修 补 处 理 ( 5)实 验抽 取频 率 为 ：每 1 0层挤 压 边墙 为 一个 施 工 单元 检 查 干 密度 和抗 压 强 度 1次 ，弹性 模 量 和渗透 系数 根据 情况 每 4 6个施 工单 元 检查 1次 。 3 7面 板混凝 土 浇筑 前对 边墙 的处 理 为 了 减 少 挤 压 边 墙 表 面 对 混 凝 土 面 板 的 约 束 影 响 。在 面 板 混 凝 土 浇 筑 前 对 边 墙 进 行 如 下 处 理 ： ( 1 ) 沥 青 砂 浆( 沥 青 砂 浆 垫 块 ) 施 T 。 为 了 1 ， J 1 =r 刁 习=- 】 J r L 悃1 工 ， 匕 Lu | u 似 匠 1 _ J J a M 口 n ， j 减 少 整 体 式 挤 压 边 墙 对 混 凝 土 面 板 变 形 的 约 束 。 在 施 工 过 程 中 ， 首 先 提 出 了 将“ 挤 压 边 墙 沿 面 板 垂 直 缝 凿 断 ” 的 设 想 。 在 面 板 设 计 垂 直 缝 处 ， 采 用 风 镐 、手 风 钻 、铁 钎 等 将 挤 压 边 墙 全 部 凿 断 ， 并 按 要 求 修 整 成 型 ， 然 后 铺 设 砂 浆 。 在 周 边 缝 处 ， 首 先 拆 除 趾 板 铜 止 水 片 的 保 护 设 施 ，拉 筋 露 头 采 用 砂 轮 机 磨 平 ，然 后 人 工 用 铁 钎 、铁 撬 按 设 计 边 线 、深 度 和 坡 度 凿 槽 ，并 修 整 成 型 ，埋 设 沥 青 砂 浆 垫 块 。 这 样 ， 将 坝 前 挤 压 边 墙 按 面 板 分 块 形 成 独 立 的 单 元 块 。 ( 2)坡 面 清 理 及 修 整 。砂 浆 垫 块 施 工 完 毕 后 在 面 板 坡 面 上 布 置 3 mx 3 m 的 网格 进 行 平 整 度 测 量 ，按设 计 线 逐 格 检查 ，对 超 过 或低 于 设 计线 的部 分 进行 人工 修整 ，以确保 面板 设计 厚度 。 ( 3 )表 面 喷涂 改 性 乳化 沥 青 。待挤 压 边 墙 垫 层 坡 面 清 理修 整 、垂 直缝 沥 青 砂 浆铺 设 、周边 缝 沥 青 砂 浆 垫块 埋 设 完 成后 ，使 用 喷射 机 沿 坡 面从 上 而 下 喷 射 表 面 阳离 子 乳化 沥 青 。表 面 阳离 子 乳化 沥 青 采 用 两 油 一 砂 4 挤压边墙对混凝土面板裂缝的影 向 面 板 堆 石 坝 的 面 板 、止 水 和 防 渗 墙 构 成 坝 体 防 渗 体 系 ， 一 旦 面 板 防 渗 失 效 ， 将 严 重 影 响 大 坝 的 运 行 ，据 有 关 资 料 统 计 ， 由 于 渗 流 、渗 透 破 坏 造 成 大 坝 垮 塌 等 事 故 占土 石 坝 事 故 总 数 的 3 2 l 4 _ 因此 ，分 析挤 压 墙 对 面 板堆 石 坝 防 渗 面板 裂缝 的影 响具 有 现 实 意义 。面 板 堆石 坝 防 渗 面板 裂 缝 可 分为 结 构 性 裂 缝 和 非 结 构 性 裂 缝 两 种 5 1 。 结 构 性 裂 缝 主 要 为 在 面板 自重 、水 压 力 等作 用下 ，坝 体变 形 造 成 防 渗 面 板 的剪 切 挤 压 力 产 生 的 裂 缝 。非 结 构 性 裂 缝 是 指 防 渗 面 板 混 凝 土 在 各 种 外 界 因 素 如 气 温 变 化 等 的 作 用 下 导 致 其 收 缩 变 形 而 产 生 的裂 缝 。挤 压 墙 对 两 种 裂 缝 的 产 生 都 有 影 响 ，主 要 是 挤 压 墙 对 面 板 的约 束 。 在 理 想 的 计 算 模 型( 即 挤 压 边 墙 是 平 整 的 无 任 何 尖 角 、突 变)条 件 下 ，边 墙 可 以 自由 变 形 ， 不 会 对 面 板 产 生 局 部 挤 压 作 用 ， 因 而 与 传 统 施 工 方 法 的计 算 成 果 相 比 ，面 板 的 挠 度 会 减 小 ，应 力 会 得 到 较 大 的 改 善 6 , 7 1 。 但 实 际 情 况 往 往 与 理 想 化 模 型 有 一 定 出入 ，为 了 使 实 际 与 理 想 更 接 近 对 挤 压 边 墙 进 行 了 处 理 ，主 要 是 将 其 坡 面 平 整 ，沿 垂 直 缝 凿 开 ，并 对 边 墙 表 面 喷 射 乳 化 沥 青 。 经 处 理 后 的边 墙 对 面 板 的 约 束 较 小 已不 是 面 板 产 生 裂 缝 的 关 键 因 素 。在 国 内 也 有 人 经 过 比 较 提 出 ， 采 用 挤 压 墙 与 否 不 是 影 响 混 凝 土 面 板 产 生 裂 缝 的 必 然 因 素嗍。 5 挤压边墙的经济性 挤 压 边 墙 对 经 济 性 的 影 响 是 两 方 面 的 ：一 方 面 取 消 了 垫 层 超 填 、 削 坡 和 斜 坡 碾 压 简 化 了 施 工 程 序 ，加 快 了施 工 进 度 ；另 一 方 面 ，挤 压 墙混 凝 土要 消耗 一 定 的水 泥 ，增加 一 定 的成 本 。对 白莲 河 水 电 站工 程上 游坡 面 1 0 0 m 的单元 项 目经 济 指标 进 行 了 比较 ，传统 工 艺 法 成 本 是 5 8 5 3元 m 。挤 压 墙法 成 本 是 5 1 5 6元 m ，可 节 省 工 程 成 本 6 9 7元 ， m 9 1 ；龙 首 二 级 水 电 站 面 板 坝 及 国 内 其 他 类 似 工 程 也 表 明 采 用 挤压 墙技术 可 节约成 本 ，具有 一定 的经 济效 益 。 6 结语 在 白莲 河 抽 水 蓄 能 电 站 运 用 挤 压 混 凝 土 边 墙 施 工 技 术 ，简 化 了 垫 层 坡 面 超 填 、坡 面 修 整 、斜 坡 碾 压 、坡 面防 护等 施 工 工序 ，加 快 了施 工 进 度 ，可 减 少 高 边 坡 作 业危 险 源 ，保 证 了 垫 层 料 的碾 压 质 量 ， 使 垫层 坡 面 可得 到 及 时保 护 ，以 防御 暴 雨 冲刷 ，并 便 于 临时 挡水 及 面 板 钢筋 混 凝 土施 工 。经过 喷 乳 化 沥青 后 的挤压 墙 ，对 面板 仍 有 一定 的约 束 ，但 其 增 加 的约 束较 小 ，不 是混 凝 土 面板 产 生 裂缝 的主 要 原 因 。采用 挤 压 墙施 工方 法 具有 一 定 的经 济性 。 参考文献 ： 1 潘家铮 序言 c 蒋国澄主编 中国混凝土面板堆石坝2 O 年 综 合 设 计 施 工 运 行 科 研 北 京 ：中 国水利 水 电 出版 社 2 o o 5 2 孙玉军 ，洪镝 ，武选正 公伯 峡面板堆 石坝混凝 土挤压式边 墙 技术 的应用 J 水力发 电，2 0 0 2 ，2 8( 8 )： 4 5 4 7 3 于福兴 挤压混凝 土边墙施工技 术在混凝 土面板堆 石坝 中的应 用 J 大坝与安全 ，2 0 0 9 ( 3 )： 6 4 6 7 4 吴中如 水工建筑 物安全 监控理论及其应用 M 北 京 ：高 等 教 育 出版社 ，2 0 0 3 ： 1 - 3 5 翁国华 混凝 土面板堆 石坝面板 裂缝成 因与防治措施 J 水利 科技与经济 ，2 0 0 9，l 5 ( 2 ) ： 1 7 4 1 7 5 6 罗先启 ，吴晓铭 ，童富果 ，等 基 于挤压边墙 技术水布 垭面板 堆石坝应 力应变研究 J 岩 石力 学 与工 程 学报 ，2 0 0 5，2 4 ( 1 3 ) ： 2 3 4 2 2 3 4 9 7 吕玉 峰 ，周庆瑜 挤压边墙施 工方法对 面板受力 的影响 J 东 北水利水 电2 0 0 7 ( 6 ) ： 8 - 1 0 8 陈洪 天 ，熊登峪 ，王丹迪 混凝土面板 堆石坝挤 压墙技术 概述 J 西北水电 ，2 0 0 9 ( 5 ) ： 2 1 2 4 9 黄浩钦白莲河 电站主坝混凝 土边墙施 工技术经济 分析 J 人 民长江，2 0 0 7 ，3 8 ( 3 ) ： 2 2 2 3 1 0 任金珂 ，许正月 龙首二级水 电站工程施工关键 技术 J 水利 水电技术，2 0 0 5 ( 2 ) ： 5 5 5 7 1 1 于福兴 挤压 混凝土边墙施工 技术在林 口面板 坝 中的应 用 J 水力发电 ，2 0 1 0 ，3 6 ( 4 ) ： 4 7 _ 4 9 ( 责任编辑常 青) 1 V (L t e r P o w e r V o 1 3 7 N o 1 2 圈