挤压边墙在水库的运用讨论

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本文作者：魏东坡1张帆2作者单位：1.三门峡市水利勘测设计有限责任公司2.洛宁新华生物质能发电有限公司

1.工程概述

某水库是一座以灌溉为主，兼顾防洪的中型水利枢纽工程。该枢纽工程等别为三等，主要建筑物拦河坝为2级建筑物(坝体形式为混凝土面板坝)，放水隧洞(兼导流洞)及岸边正槽式溢洪道等为3级建筑物，次要建筑物为4级，临时工程上下游导流围堰为5级，并利用渠首引水进行下游农业灌溉。水库总库容1417万立方米，兴利库容1156万立方米，死库容111.1万立方米，主体工程大坝为混凝土面板坝，灌溉设计保证率为75%，工业及人畜用水保证率为95%，水库设计洪水重现期为50年，校核洪水重现期为100年。水库工程所在区域多年平均气温3.0℃，极端最高气温33.7℃，极端最低气温-32.9℃，多年平均降水量为422mm，多年平均蒸发量为1535mm，多年平均最大风速20m/s，多年平均风速2.7m/s，最大冻土深度1.41m。最大积雪深度41.9cm，洪水一般发生在6-8月份，7月份占50%左右。地层岩性，石炭系上统奥尔吐组地层(C3O)。在坝区仅露出石炭系上统奥尔吐组地层(C3O)，及第四松散堆积体，其中石炭系地层取为4个岩性段，C3O_1、C3O_2、C3O_3、C3O_4地质构造。水库坝址距半截沟断裂带约600m，由于受区域断层影响，在坝址区，不同成因，不同大小与规模的断层共计有10条。坝体填筑料不足，需爆破块石补充，施工工期较短，有效施工工期为5-10月份，为6个月。

2.方案的选择

混凝土面板堆石坝上游护坡施工的传统技术和工艺基本分为五步。

第一步，坝体填筑时，坝前护坡处，为保证坝体填筑质量和保证施工时机械设备安全，超宽填筑坝前垫层料。根据规范要求，垫层区的水平碾压振动碾距上游边缘的距离不得大于40cm，但为保正填筑量压实质量。如垫层料填筑厚40cm，坝前坡度1：1.5，计算水平宽度为60cm，而为保证机械设备安全和根据规范要求，振动碾距上游边缘的距离40cm。所以垫层料超填宽度最小为100cm，才能保证该层填筑料底面的填筑质量。

第二步，填筑6-8层后，用全站仪放线，石灰洒出上游边线，利用挖掘机把粗削坡面虚料，并在法线方向预留高出的设计线10cm的料。

第三步，坝体填筑到设计高程后，坝面停止施工，坝前用全站仪放线，利用施工挂线3m×3m网格，人工精削坡面，法线方向预留应高于的设计线5cm，备斜坡碾压时沉降。

第四步，斜坡碾压，利用坝顶牵引设备钢丝绳牵引拖碾，碾压方法为上动下静法，碾压遍数以满足压实度为准。

第五步，坡面防护，坡面完成碾压后，在混凝土面板分缝处施工挂线挖沟槽，进行砂浆条带施工，砂浆条带平整度±5mm，然后进行砂浆条带间的再次精削坡和碾压砂浆施工，平整度为+50mm～-80mm。

为完成坝前混凝土面板浇筑前的工作，其工序较为复杂，与坝体填筑施工干扰大，坡面平整度与坡缘的密实度难以控制，抗水压能力降低，影响坝前渡汛安全(上游围堰渡汛压力大)，工程质量和施工进度。

为简化上游垫层坡面施工工序，加快施工进度，保证施工质量，水库施工时引进了现时代较为先进的挤压边墙技术，挤压边墙为半透水性混凝土，施工简单，其施工方法要点为：(1)填筑前原始面的施工测量放线平整，主要放两条线，一条为上游坡面设计线，另一条，为挤压机行走路线。整平宽度以挤压机宽度为准，平整度为±15mm。(2)挤压机就位。(3)挤压墙混凝土浇筑。(4)每一层挤压墙挤压完后将挤压机移走吊运至指定位置。(5)两端与趾板接口处理和缺陷处理，对施工中出现的错台起包、倒塌等现象在挤压过程及时处理，用铁锹将错台部分削平，然后用挤压料填平。挤压墙成型2h-4h后，即可进行垫层料的摊铺和垫层料碾压，水库在总结以上施工经验时，选择了挤压边墙的施工方案。

3.施工方法

3.1工艺流程

挤压边墙一般为梯形，高约40cm，顶宽约10cm，上游坡比(1：1.5)与大坝坡面一致，下游坡比(1：0.125)一般为8：1.挤压边墙在每一层垫层料填筑之前施工，其施工流程如下：作业面平整与检测→测量与放线→挤压机就位→搅拌车运输卸料→边墙挤压→表面及层间缺陷修补→端头边墙施工→垫层料摊铺、碾压→取样检验→验收合格后进入下一循环。

3.2施工要点

3.2.1作业面平整与测量放样

人工整修施工作业面。其平整度控制在±1.5cm，以保证边墙挤压成型平整、直顺，施工放样等用全站仪，沿坝轴线方向每10cm设一个控制点，并用水泥钉固定挂线，标识出挤压机行走的路线。

3.2.2挤压机就位

挤压机等用机械吊装就位，利用水平尺或垂直刻度调整挤压机垂直方向和平行机身方向，使其处于水平状态，进行起点就位和定向调整、安放、固定挤压边墙起头的端头挡板，施工时应注意：(1)调节挤压机机身，使其处于水平状态。(2)校核挤压机轮高，是挤压边墙墙体高度符合设计要求。(3)考虑到面板堆石坝施工期间存在沉降变形，挤压边墙施工应根据沉降变形规律沿设计坡面预留盈，亏坡幅度，以适应坝体变形。(4)根据测量结果确定挤压边墙的边线，在边线上分段挂线或用白灰标识出挤压机行走的路线。

3.3挤压边墙施工

3.3.1边墙混凝土的拌制及运输

边墙混凝土采用强制式拌合站拌制，混凝土搅拌车运输。

3.3.2外加剂的掺加

一般在拌合站掺加减水剂，现场在边墙挤压机进料。均匀喷洒液态速凝剂。

3.3.3边墙混凝土挤压施工

(1)根据测量边线，专人控制挤压机行走方向。边墙浇筑成型精度控制在规定偏差范围内，搅拌车行走方向、速度与挤压机一致，出料口出料应均匀且速度适中，边墙挤压机速度宜控制在30-50m/h。(2)施工中应派专职人员，对出现的位置及外形误差，边墙垮塌质量缺陷进行人工修补处理。(3)搅拌车卸料始末时产生的分离的粗骨料应做废料处理。(4)边墙端头混凝土施工。边墙两岸端头混凝土利用组合钢模板或木模板，采用人工进料，分层夯实，分层厚度不大于10cm，并按规定的配合比喷洒速凝剂，1小时后拆模。

4.经济效益比较

水库坝前坡总面积15460m2，传统设计方案主要施工项成本分析,垫层料超填宽度100cm。根据斜坡计算超填厚度0.55m，超填垫层料15460m2×0.55m=8503m3。M10碾压砂浆厚15460m2×0.07m=1082.2m3。

参考合同内水泥砂浆相似单价736.08元/m3。机械削坡每平米用挖掘机0.01个台时×284.89元/台时=2.85元，人工削坡0.1个工日×100元/工日=10元。斜坡碾压每平米用振动0.01个台时×294.22元/台时=2.94元。挤压混凝土换成垫层料工程量3652-1082.2=2569.8m3。经计算挤压边墙的费用为3652m3×312.87元/m3÷15460m2=73.91元/m2。

水库面板坝上游采用挤压混凝土技术后，每平方可降低97.1元/m2-73.91元/m2=23.19元/m2。整个坡面施工因采用挤压边墙技术可以减少投资23.19元/m2*15460m2=35.9万元。采用挤压混凝土技术施工同期比传统技术在施工工期上提前了2个半月。经初步分析，仅施工单位就节约共计180.9万元，业主挽回损失在500万元以上。

5.结语

从施工成本比较可以看出，采用挤压边墙技术，可大大降低工程费用，经济效益显著。随着挤压边墙技术的逐渐成熟，经济成本还有下降的潜力，这次水库挤压边墙的新工艺成功应用，推动了挤压边墙施工技术的发展，为新疆以后的面板堆石坝施工提供了宝贵的经验。