土石坝工程及施工技术近况(19页)

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1、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。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

2、工一般速度可达 4060m/h,在砼成型12h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

3、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。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：测量放线|一|挤压式边墙施工|T垫层料摊铺IT垫层料碾

4、压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5cm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

5、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4060m/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

6、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

7、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。垫层料碾压来自料搜索网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27.528.0Hz，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2X 4m方格网，以成型的挤压式

8、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12遍，使挤压式边墙内侧的垫层料高差在1.5cm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。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

9、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 & 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。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

10、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/ MPaBJY-40100 X 710 X 400螺旋挤压40 80P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457203660 X1390X11502600机械

11、锁定300mm1-41：砼边墙垫层料图2-1-2 边墙典型截面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。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

12、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

13、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。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来自料搜索翩本可以归 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

14、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。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

15、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1.0

16、7 （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（）4.085566138492.15.35 X 10-31.9529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

17、，能否满足渗透要求；二是挤压砼的强度和弹模的大小；三是配合比可施工性的要 求。1.1试验的技术指标一级配干硬性砼，坍落度为 0.28d砼抗压强度大约再9MPa左右，砼渗透系数再10-210-3 cm/s范围 内，弹模较低。1.2原材料鉴定1）水泥：耀县生产的秦岭牌 42.5R水泥，其物理、力学性能合格，见表 1。2）砂子：黑河砂，其物理试验成果见表 2。3）石子：黑河河床卵石、破碎石，粒径 520mm，其物理、力学试验成果见表 3。表1水泥物理及力学试验成果表品种成型日期凝结时间标准稠度/ %安定性（煮）抗折强度/MPa抗压强度/MPa初凝终凝3d28d3d28d耀县秦岭42.5R水泥2001

18、.10.177.523.5727.3合格6.210.134.156.6表2砂料物理试验成果表产地体积质量含泥量/ %松散密度/ （g/cm3 ）振实密度/ （g/cm3 ）吸水率/ %细度模数黑河2.68091 1.761.651.751.12.65 3.01表3石料物理力学试验成果表粒径/mm体积质量超径/ %逊径/ %含泥量/ %松散密度/ （g/cm3 ）振实密度/ （g/cm3 ）吸水率/ %5202.711.93.90.15 0.781.551.770.864）水：拌和及养护砼用水系洁净的饮用水。5）外加剂：咸阳产高效速凝剂。1.3试验方法模拟挤压试验（采用加工好的试模加压板在压力机

19、上模拟挤压）1）直压法：O按试配砼装好试模后用加压板在压力机上一次直接挤压成型。O 2用配置好的砼装模，用加压 板分层在压力机上挤压成型。2）振压法：按试配砼装好试模后分层用加压板在压力机上，边人工敲打边挤压成型。一般方法试验1）人工插捣法：按试配砼装好试模后分层用人工插捣成型。2）振动台振动法：按试配砼装好试模后用振动台振动成型。1.4砼配合比试验成果及分析1）试验成果见表4。2）通过试验和比较，模拟挤压显然比一般方来自资料搜索网法效果明显, 在掺一定速凝剂，成型时间同为3h的情况下，模拟挤压出的砼抗压强度较高， 而一般方法成型的砼抗压强 度较低，有些甚至测不出强度，并且振动挤压的砼成型更接

20、近挤压机成型砼边墙的方式。1.5试验说明1）本试验所采用的小石均过 520mm筛。2）表4推出的配合比中砂、石均以饱和面干状态量为准，砼浇筑前应对原材料的含水量进行实际检查。根 据检查的结果调整单位用水量及其它各材料的用量。2挤压式砼边墙现场试验挤压机研制成型以后，在黑河工地进行了现场挤压砼边墙和垫层料铺填碾压的综合试验。 表4挤压式边墙砼配合比设计成果表水泥标号序号水灰比砂率/ %每方砼中各材料用量/ （kg/m3 ）成型时间（h）成型方式抗压强度/MPa密度/(kg/m3)水泥水砂小石速凝剂/4 %秦岭42.5R水泥11.5307010559313822.83直压/213021.53070

21、10559313822.83振压/211531.5307010559313822.83人工插捣/228541.5307010559313822.83振动/229551.4308511958413623.43直压0.6212561.4308511958413623.43振压0.7211871.4308511958413623.43人工插捣/226581.4308511958413623.43振动/229091.253010012557813474.03直压0.92135101.253010012557813474.03振压1.02120111.253010012557813474.03人工插捣/

22、2270121.253010012557813474.03振动/2265131.03012512557013305.03直压1.5/141.03012512557013305.03振压2.3/151.03012512557013305.03人工插捣/161.03012512557013305.03振动/170.753015011356613216.03直压1.8/180.753015011356613216.03振压3.4/190.753015011356613216.03人工插捣/200.753015011356613216.03振动/备注该配合比均为干硬性砼，砂石料均为饱和面干状态2.1试

23、验场地准备1）用白灰线撒出了一个长 60m、宽40m的试验场地。2） 220HP推土机整平、洒水后稍经晾晒，再用18t自行式振动碾碾平。3）水准仪控制场地的不平整度小于 10cm。2.2挤压砼边墙初期试验1）第一次采用水泥用量100kg，砂率为50 %的配合比，拌和楼拌制，砼罐车运输，用3m3砼挤压了一道 长15m的砼边墙，用时1h15min。2） 第二次采用水泥用量85kg，砂率50 %和30 %的配合比，拌和楼拌制，砼罐车运输，用6m3砼分别挤压 了两道长15m的砼边墙，用时均为1h。3） 第三次采用水泥用量70kg，砂率30%的配合比，拌和楼拌制，砼罐车运输，用3m3挤压了一道长15m

24、的砼边墙，用时1h15mi n。4）三次试验均用人工在挤压机料斗内均匀掺和砼速凝剂。5）初期三次试验成果的评价。 从试验的实际效果看，挤压出的砼边墙都能成型，且具有一定的挤压强度，挤压机在坚实平整的基础上 行走是顺利的。在压实后的垫层区上行走有些困难。 挤压砼所选配合比基本可行。来自艸用22m强料搜索网 挤压机速度过慢，不能满足施工强度要求，应更换油泵，提高速度。为了保证砼边墙表面平整度及中线偏差符合要求，并改变挤压机在垫层料上行走困难的状况，挤压机应 更换较宽的轮胎。2.3挤压机改进后的第四次试验1） 采用水泥用量85kg、砂率30%的配合比，拌和楼拌制，砼罐车运输，在垫层区上挤压施工了长3

25、0m的 砼边墙，用时35min。2） 用12t自卸汽车拉垫层料，后退法卸料，220HP推土机整平，最后用18t自行式振动碾碾压8遍。振动 碾用小振幅低频率档位工作。3）第二层挤压机在垫层料上挤压长 30m的砼边墙，用时42min。4） 第三层挤压机在垫层料上挤压长 30m的砼边墙，用时43min。总共三层试验基本成功，挤压机在垫层料 上行走基本正常。5）试验评价。 挤压式边墙的砼配合比可行，施工性能良好，能满足施工要求。挤压机的行进速度满足要求，且挤压出的砼边墙能够满足2h后上垫层料碾压的要求。 每层用皮尺测量，30m长的砼边墙中线综合偏差57cm，基本满足要求。 挤压机对砼配合比比较敏感，稍

26、湿的砼行进速度快，稍干的砼行进速度慢。各次试验垫层料填料碾压时，均未发现明显的边墙侧向挤压位移。3挤压砼的物理力学性能试验3.1试样的制备1） 在挤压砼试验现场，砼龄期在 7d以后分别取采用水泥用量 70kg、85kg、100kg配合比的砼试样各3块。2）用蜡封法测出挤压砼密度，见表 5。用所测出的密度和挤压机挤压边墙砼同配合比成型抗压、抗渗、弹 模试样，做挤压砼的各项技术指标的室内试验。表5挤压砼密度测定成果表序号水泥用量/（kg/m3）样原重/kg（样+蜡）重/kg注入水重/kg（蜡+样）体积/L样体积/L蜡体积/L密度/(kg/L)备注17017.5518.7821.819.37.931

27、.372.01629.09.7825.825.294.420.872.03637.257.9426.714.43.630.771.99748515.1516.722.039.087.361.722.0582.047511.812.9223.997.125.881.242.007613.0514.0223.747.376.291.082.075710010.0810.7725.745.374.60.772.1912.126813.8514.5524.296.826.040.78-912.8413.8223.797.326.231.092.0613.2挤压式砼试验成果表6挤压式砼试验成果表速凝剂掺

28、量/%水泥用量/(kg/m3)砼密度/(kg/m3)砼抗压强度/MPa砼渗透系数/ (cm/s)砼弹性模量(MPa)备注龄期/d强度/MPa龄期/d渗透系数/ (cm/s)龄期/d弹性模量/MPa2.070201671.5692.86X 10-29727485204772.2492.02X 10-298624100212672.7492.01 X 10-29102333.070201671.7292.19X 10-29704585204772.4291.45X 10-293980100212673.6396.11X 10-2987863.3试验结果分析从表6、表7结果看，挤压砼渗透性能满来目八

29、人料搜索网足与垫层料 基本一致的要求，弹性模量小，变形适应能力强，对面板约束力小。砼强度稍低，但能满足挡垫层料的施 工目的。表7挤压式砼试验成果表速凝剂掺量/%砼抗压强度/MPa砼渗透系数/ (cm/s)备注水泥用量(kg/m3)龄期/h强度/MPa水泥用量/ (kg/m3)渗透系数/ (cm/s)2.070200.40704.67X 10-270390.62701.04X 10-28521.50.31852.07X 10-28521.50.42851.96X 10-285240.551002.01 X 10-285481.31-72721.51-3.085210.53702.45X 10-2

30、85210.49701.93X 10-285240.68851.82X 10-285481.34851.08X 10-285721.341006.11X 10-24.08550.12-8560.16-8570.16-4垫层料的级配与干密度的测试在试验现场测试了挤压式砼边墙内垫层料的干密度和级配，其结果如表8,垫层料的干密度满足要求。5结论1) 砼面板堆石坝垫层料挤压式边墙砼边墙新技术研究开发基本上取得了成功。可以进行生产试验，挤压机 也可以进行正式的批量生产。在生产使用过程中再进一步的完善和改进。2) 目前垫层料碾压试验中，未观察到碾压使砼边墙产生明显的侧向位移，应进一步对其进行定量试验。3)

31、 砼边墙表面不平整度应进行测试及控制。4) 速凝剂的添加方法有待于进一步探讨和研究。本节转录自陕西省水电工程局集团公司测试中心王星照、毕研军、李晨、易永军等撰文。、验、指-、-一标 序号、颗粒组成/mm8080 6060 4040 20201010- 5百分含量1011.715.316.414.39.7205.314.317.412.38.930.78.015.716.714.49.0f试、验指、标序号颗粒组成/mm52211 0.50.5 0.250.25 0.18000100010080060014.885.21.9298.080100.0060040085.24.9593.136.939

32、3.0740020012.2872.9227.3465.7912.0381.0420010015.957.0222.2443.5522.5758.47100 806.4150.615.538.056.5751.9080 606.8843.735.6632.397.4744.43604010.633.135.3427.057.2437.19402011.2821.858.2118.8411.3725.8220108.113.757.0311.818.8716.951054.788.974.57.315.8211.13523.195.782.84.514.017.122 0.0753.042.742.681.834.053.070.0752.741.833.0758.977.3111.132.3挂网喷植施工工艺简介挂网喷植是一种喷植护坡，是将植生材料采用喷射机械施工而成的一种新型护坡形式。它广泛应用于 各种开挖后的山体，堆石坝下游坝坡，尤其是坚硬的岩石山体等。工艺流程喷植施工按设计要求，一般情况下首先要预埋锚杆，再挂铁丝网，进行喷植。