混凝土面板堆石坝面板表层止水机械化施工技术.pdf

第 3 8卷第 8期 2 0 1 2 年8 月 水 力 发 电 混凝土面板堆石坝面板表层止水 机械化施工技术 何旭升 1 ，2 ，鲁 一晖 1 ’2 ，郭 霞辉 ，关遇时 ，一 ，郝 巨涛 1 I2 ，张福成 1 ,2 ( 1 ． 中国水利水 电科 学研 究院流域 水循环模拟 与调控 国家重点实验 室，北京1 0 0 0 3 8 ； 2 ． 水利部水 工程建 设与安全重 点实验 室 ，北 京1 0 0 0 3 8 ； 3 ． 国电阿克 苏河流域 水 电开发有 限公 司，新疆阿克 苏 8 4 3 0 0 0 ) 摘要 ：国内外面板堆石坝的面板接缝表层止水通 常采 取的措施为在预 留的 V形槽 内嵌填柔性填料 ，并在填料外 部 设盖板对 填料加以保护 。若采用手工嵌填 ，质量不易控制 。第二代柔性 填料挤出机在一代 的基础上进行 了改进 和完 善 ，其挤 出速度 以可达 到 2 0 — 1 2 0 n d h ，挤 出成形 的填料外形美 观 、内部密 实 ，且通过螺旋挤 压加热后 ，既粘且软 ， 可以很好地与混凝土面 和盖板粘 接 ，显著提高了施工质量和施工效 率 ，降低 了工人劳动强度 。在温泉水 电站 混凝 土 面板堆石坝表层止水施 工中全 面使用 ，取得 了良好效果 ，具有很好的推广前景 。 关键词 ：混凝 土面板堆石坝 ；G B填料挤出机 ：板间缝表层 止水 ；机 械化施工 Co n s t r u c t i o n Me c h a n i z a t i o n o f J o i n t S u r f a c e W a t e r s t o p f o r Co n c r e t e S l a b s o f CF RD H e X u s h e n g ， L u Y i h u i ‘G u o X i a h u i 。 ， G u a n Y u s h i ， Ha o J u t a o 。。 ， Z h a n g F u c h e n g 。 f 1 ． S t a t e Ke y L a b o r a t o r y o f S i mu l a t i o n a n d Re g u l a t i o n o f W a t e r Cy c l e i n Ri v e r B a s i n ． Ch i n a I n s t i t u t e o f W a t e r Re s o u r c e s a n d Hy d r o p o w e r R e s e a r c h ， B e i j i n g 1 0 0 0 3 8 ， C h i n a ； 2 ． K e y L a b o r a t o r y o f Hy d r a u l i c E n g i n e e r i n g C o n s t r u c t i o n a n d S a f e t y o f M WR ， B e i j i n g 1 0 0 0 3 8 ， C h i n a ； 3 ． G u o d i a n A k s u R i v e r V a l l e y H y d r o p o w e r D e v e l o p m e n t C o ． ， L t d ．， A k s u 8 4 3 0 0 0 ， X i n j i a n g ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e s u r f a c e w a t e r p r o o fi n g o f c o n c r e t e s l a b j o i n t s i n C F R D i s u s u a l l y c o n d u c t e d b y e m b e d d i n g f l e x i b l e fi l l e r i n r e s e r v e d V— s h a p e d s l o t a n d t h e n s e t c o v e r o n t h e fi l l e r a s e x t e r n a l p r o t e c t i o n a t h o me a n d a b r o a d ． T h e fi l l e r q u a l i t y i S o ft e n n o t s a t i s fi e d i f t h a t i S p e r f o r me d b y ma n u a 1 ． T h e n e w GB fi l l e r e x t r u s i o n ma c h i n e i S i mp r o v e d o n t h e b a s i s o f fi r s t g e n e r a t i o n ． a n d t h e e x t ru s i o n s p e e d c a n r e a c h 2 0 -1 2 0 m／ h ． T h e fi l l e r e x t r u d e d b y t h i s n e w ma c h i n e i s d e n s e a n d h a s a g o o d a p p e a r a n c e ． Th e fi l l e r i S a l S O s t i c k y a n d s o ft a s h e a t e d b y e x t r u s i o n ma c h i n e ． a n d c a n b e t i g h t l y b o n d e d w i t h t h e c o n c r e t e s u Y f a e e a n d t h e c o v e r ． T h e a p p l i c a t i o n o f ma c h i n e i n t h e c o n s t r u c t i o n o f W e n q u a n C F RD s h o w s t h e ma c h i n e c a n s i g n i fi c a n t l y i mp r o v e q u a l i t y a n d e ffic i e n c y a n d r e d u c e wo r k l o a d o f c o n s t ruc t i o n ． Ke Y Wo r d s ：C F RD； GB fi l l e r e x t rus i o n ma c h i n e ； i o i n t s u r f a c e w a t e r s t o p o f c o n c r e t e s l a b ；c o n s t ruc t i o n me c h a n i z a t i o n ． 中图分类号 ： T V 5 3 9 ；T V 6 9 8 ．2 3 1 文献标识码 ： B 文章编号 ： 0 5 5 9 — 9 3 4 2 ( 2 0 1 2 ) 0 8 — 0 0 5 5 — 0 3 1 混凝土面板堆石坝面板表止水简介 混 凝 土 面 板 堆 石 坝 在 国 内外 被 广 泛 采 用 ，坝 高 已达 到 2 0 0 IT I 以上 。其 以堆 石体 为主 要 受 力结 构 来 承 担库 水 压 力 ，以在 堆 石 体迎 水 面 自下 而上 浇 筑 的 钢 筋混 凝 土 面 板作 为 防 渗 结 构 。在 与 周 边 山体 连 为 一 体 的趾 板 和 面板 块 间 易 形成 接 缝 ，若 这 些接 缝 发 生 渗漏 ，则 渗 流会 带 走 堆 石体 内 的小 颗 粒 ，形 成 逐 步 扩大 的渗 流 通道 ，最 终 影 响整 个 坝 体 的稳 定 ．可 能发 生 渗 流 事 故 。所 以面 板接 缝 止 水 为 大坝 防渗 的 关 键 环 节 国 内 外 面 板 堆 石 坝 的 面 板 接 缝 表 层 防 水 措 施 通 常 为 在 预 留 的 V 形 槽 内嵌 填 柔 性 填 料 ，并 在 填 料 外 部 设 盖 板 对填 料 加 以保护 。柔 性 填料 的作 用 为 ，当 坝 体 发 生较 大 沉 降 和 变形 ，并 导 致 面板 底 部 预埋 的 铜 止 水 结构 发 生 破 坏 时 ，柔 性 填 料 可在 水 压 力 的作 收稿 日期 ：2 0 1 2 — 0 2 — 1 6 作者简 介 ：何旭 升( 1 9 7 5 一 ) ，男 ， 山东 汶 上人 ，高 级工 程 师 博 士 ，主要从 事水工新材料 和新技术 的研发工作． 水 力 发 电 2 0 1 2年 8月 用 下 流人 缝 腔 内封 堵 渗 漏通 道 。从 而 提 高接 缝 止水 的整体 安全 可靠性 ，进而保 证 坝体安 全 。 由于 柔性 填 料 的 作用 机 理 ．限定 了填 料 必 须 与 v形 槽 混 凝 土面 可 良好粘 接 且嵌 填 密 实 ，填 料 才 能 在水 压力 作 用 下 向缝 腔 内流动 ，所 以粘 接 面 紧密 牢 靠 和填料嵌 填 密实 是表层 止水 施工 的关键 。 2 目前止水人工施工存在的问题 目前在 混 凝 土 面板 堆 石 坝表 止 水施 工 中 ，国 内 外 广泛 采用 的柔性 填 料 嵌 填施 工 方 式 为人 工 绳梯 嵌 填 。由于 国 内外 市场 上 销 售 的柔 性 填 料产 品多 为断 面 为 矩 形 的 板 或 柱 ，且 填 料 本 身 粘 软 并 具 有 一 定 弹 塑 性 ．所 以在 大 坝坡 面 上人 工将 其 密 实地 嵌 入 V形 槽 有很 大 难 度 ，当外界 温度 偏低 导 致 填料 硬 度 增 大 时 ，嵌填 难 的 问题 尤 为 突 出 。因此 人 工嵌 填 效 率低 且 嵌 填质 量 并不 理 想 ，这 种 缺 陷会 造 成 体 系防 渗 可 靠 性 的降低 ，甚 至失 效 。另 一 方 面 ，施 工人 员 在 绳 梯 上施 工 ，人身 安全 也难 以保 障 。 面板堆 石坝 在我 国已成 为 主要 比选或 首选 坝型 。 未 来 1 0年 ， 随 着 技 术 进 步 ，还 将 促 进 更 多 的 面 板 堆 石 坝建 设L 1 J 。因此 ，实现 混凝 土面板 堆 石坝 面板板 间 缝 塑 性 填 料 的嵌 填 机 械 化 ， 已 经 迫 在 眉 睫 。 3 G B 填料挤出机技术 3 ． 1 GB填料挤 出机技术研发 针对 目前 混凝 土 面 板堆 石 坝 表 止水 人 工施 工 存 在 的问题 ，中 国水 利 水 电科 学 研究 院 与西 安理 工 大 学合 作 ，于 2 0 0 2年 开发 研制 了第 一代 柔性填 料 挤 出 机 ．可 以实现 周 边缝 和张 拉缝 填 料 的 现场 一 次 挤 出 成 形 。这 种挤 出机 曾在 青 海公 伯 峡 面板 坝( 最 大坝 高 1 3 9 m) 的垂 直 缝 上 试 验应 用 。该 挤 出机 填 缝 质 量 好 ，但 由于 其 嵌 填 速 度 太慢 ，只有 3 ～ 4 m／ h，在 工 程 中很难 广泛 采用 ，影 响 了这一技 术 的推广 。 为 进一 步 提 高挤 出机 嵌填 效 率 ，对 原 挤 出 机在 设 计 细节 上作 了改 进 和完 善 ，开发 了第二 代 柔 性填 料 挤 出机 组合 台车 。第 二 代 柔性 填 料 挤 出机 组 合 台 车于 2 0 0 8年在 吉林双 沟 面板坝( 最 大坝 高 1 1 0 ． 5 m) 成 功应 用 ．并 于 2 0 1 0年 6月 。在新疆 温 泉面板 堆 石 坝( 最 大 坝 高 1 0 2 1T I )工 程 中实 现 了全 部 面 板 板 间 缝 表 层 止 水 机 械 化 施 工 。 3 ． 2第二代填料挤出机组合台车简介 第二 代 填 料 挤 出机 组 合 台车 由柔 性 填 料挤 出 台 车 、送 料 车和牵 引 台车组 成 。 填 料 挤 出 台 车 是 在 混 凝 土 坝 面 上 进 行 止 水 施 工 的操 作 平 台 ，其 上配 有 柔性 填 料挤 出装 置 。填 料 挤 出装 置 采 用螺 旋 挤压 成 形 ，填 料 从满 足设 计 断面 要 薹 要 W a t e r P o w e r o ! ． 础N o ． 8 求 的 模 口挤 出 ， 成 形 填 料 直 接 落 入 板 间 缝 ： 挤 出 成 形 的填 料外 形 美 观 、内部 密 实 ，且 通 过螺 旋 挤 压 加 热后 ，既粘 又软 ，可 以很 好 地与 混 凝 土 面和 盖 板粘 接 。挤 出施 工 台车 配有 盖 板 卷轴 和 夯 实 机 ，当挤 出 施 工 台车 沿 板 间缝 自下 而上 行进 时 ．操 作人 员 同时 释 放 盖 板 ，并 使 其 就位 于 已 挤 出 成 形 的 填 料 包 上 ： 后 续 跟 上 的 夯 实 机 则 把 盖 板 与 填 料 包 间 、填 料 包 与 混 凝 土 面 间 夯 压 紧 密 。 牵 引 台 车 由 1台 W1 2 0型履 带 式 挖 掘 机 改 装 而 成 ，履 带 式 行进 装 置 可使 其 在 不平 整 的坝顶 稳 步 行 进 ，并便 于 更 换工 作 面 。牵 引 台 车 上配 有 两部 功率 为 1 5 k W 的 卷 扬 机 ，分 别 用 于 牵 引 挤 出 施 工 台 车 和 送 料 车 。卷 扬 机 配 有 变 频 器 以调 整 电机 运 行 速 度 ， 实 现 牵 引速 度 与挤 出速 度 的 同步 控 制 。在 牵 引 台车 上 设 可停 放 挤 出施工 台车 的斜 台 ，斜 台坡 度 与 坝 面 坡 度 一 致 ，需 要 移 动工 作 面 时 ，可 直 接用 卷 扬 机 将 挤 出施 工 台车 沿 坝 面拉 上 斜 台停 放 ．而无 需 吊车起 吊 。 送 料 车 往 返 于 挤 出 施 工 台 车 和 坝 顶 间 ， 运 送 止 水 材料 。挤 出施 工 台车 配 有 停放 送 料 车 的平 台和 可 使 送 料 车 直接 驶 入施 工 台车 平 台 的探 板 ．送 料 车 可 直 接载 着 材料 进 入 挤 出施 工 台 车 ，便 于施 工 人 员 装 卸 材料 ；同 时 ，送 料 车可 停 放 于挤 出施 工 台车 的 平 台上 ，而 施 工 台车 可停 放 于 牵 引 台车 斜 台上 ，便 于 组合 台车拼合 成一体 后移 动工 作 面 。 3 ． 3柔性填料挤 出机的优点 柔性填 料挤 出机 有如 下优 点 ： ( 1 )有利 于保 障施工 质量 。面板 表止 水施 工 中 ， 微 小 部位 的施 工缺 陷 就会 造 成 整个 延 米 段 的止 水 失 效 。 常 规 人 工 止 水 施 工 中 ．施 工 人 员 在 站 立 行 走 困 难 的绳梯 上 进 行 高强 度 和 高危 险 性施 _ [作 业 ，且 该 施 工 环节 质 量 不 易监 控 ．其 施 工 质量 基 本 取决 于 施 工 人 员个 体 的责 任心 。而 采用 止 水 机 械化 施 工 ，填 料 成 型 、盖 板 的铺 设 和填 料 的夯 实 等关 键 工序 均 由 机 械 完成 ，可 做 到表 止水 外形 美 观 、内部 密 实 ，与 混 凝 土 面粘 接 紧 密 ，可显 著提 高 面板 表 止 水 的可 靠 性 。 ( 2 )提 高 施 工 效 率 ，缩 短 _T期 。第 二 代 GB填 料挤 出机 现 场 挤 出 成形 速 度 已可 达 到 2 0～ 1 2 0 m ／ h， 其 施 工效 率超过 人工 两倍 ．可 缩大 大短施 工工 期 。 ( 3 )实 现低 温 施 工 ，保 证施 工 进 度 。通 常 人 工 嵌填 止水 填料适 宜施 工 的室 外温 度 为 2 0℃ 以上 ，最 低 为 1 5℃．否则低 温会 导致 止 水填 料弹 性 和硬 度 显 著 提高 而 无法 嵌 填 。而 采 用 止水 机 械 化施 工 ，柔 性 材料 为 螺 旋挤 压 成 形 ，螺 旋 挤压 具 有 加热 作 用 ．因 此 室外 气 温 5℃以上 时 即 可进 行 止水 施 工 ，在 我 国