关于水利工程中混凝土面板堆石坝坝体填筑施工工艺的探讨

　　摘要:本文基于笔者多年从事水利工程施工的相关工作经验,以混凝土面板堆石坝坝体填筑施工为研究对象,分别从坝体填筑工序、施工方法、坝体填筑结合部施工、坝基反向排水与封堵施工以及坝体填筑冬季施工等方面研究探讨了混凝土面板堆石坝坝体填筑的施工工艺。

　　关键词:水利工程,坝体填筑,施工工艺

　　1概况

　　坝体填筑区域分为盖重区、垫层区、过渡区、主堆石区、次堆石区及块石护面区,其中盖重区分石渣护坡(1B)和粘土铺盖(1A)两区,石渣护坡上游坡比1:2.0，粘土铺盖坡比1:1.75;垫层区(2A)及过渡区(3A)坡比均为1:1.4，水平宽度均为3m;过渡层下游侧为主堆石区(3B)，主堆石区上游坡比1:1.4;在主堆石区下游侧设次堆石区(3C)，其上游坡比1:0.25，下游坡比1:1.5;坝下游面设厚为50cm的干砌块石护坡层(3D)。其坝体标准断面见图1-1所示。

　　坝体填筑总工程量为48.4万m3，坝顶铺20cm的碎石路面,各工程量详见表1-1。

 

　　2坝体填筑工序

 

　　3碾压试验

　　为确保坝体填筑质量，在坝体填筑前，首先做与施工条件相仿的现场碾压试验。由工地试验室进行原材料检(试)验，即测试填坝石料岩石的比重、容重、抗压强度、软化系数、级配料的视比重等。

　　3.1碾压试验的目的

　　3.1.1核实坝体填筑设计压实标准的合理性;

　　3.1.2检验所选用的填筑压实机械的运用性及其性能的可靠性;

　　3.1.3确定经济合理的施工压实数;

　　3.1.4研究和完善填筑的施工工艺和措施，并制定填筑施工的实施细则;

　　3.1.5确定压实质量控制试验方法积累试验资料。

　　3.2试验场地布置

　　试验场地选择在坝轴线以下120×40m的坝基上，场地面积在该场地中按不同层厚和碾压遍数布置试验单元，每一试验单元面积为L×B=10m×20m，按铺层厚度布置4组试验组，组与组之间的距离取10m。

　　3.3碾压试验原则

　　对不同填筑料分别进行碾压试验，结合设计提供的碾压参数及坝料级配要求确定施工控制碾压参数。

　　3.4试验步骤

　　3.4.1平整和压实场地

　　试验场地采用220HP推土机平整后，由18t振动碾碾压密实，其表面不平整度不超过±10cm，最后布设测量起始高程点。

　　3.4.2检测碾压机械性能

　　对振动碾压机具的工作性能(行走速度、击振力、振动频率等)进行检测，并作好详细记录。

　　3.4.3铺料填筑

　　根据拟定的铺层厚度铺填坝料，特殊垫层料由人工铺料整平，垫层料和过渡料用后退法铺料，220HP推土机整平;主堆石料按进占法铺料，320HP推土机整平。

　　3.4.4测量

　　在各试验区布置2.0×1.5m的网格测点，并在填筑区外设置控制基桩;在各单元的网格测点上以白灰标记和编号，用水准仪测量并记录其初始厚度与相对高程。

　　3.4.5洒水碾压

　　分别按拟定的碾压行车速度、碾压遍数和加水量进行试验。振动碾在试验场地上的碾压行驶路线每个单元内布置2.0×1.5m的方格网，以测量压实沉降量。

　　3.4.6测量压实沉降量

　　碾压完成后，分别测量各网格测点在碾压前后的相对高程变化，从而计算出每一次试验单元的平均沉降量。

 

     

　　3.4.7取样检查

　　用挖坑灌水法在各试验区分别取样测定压实密度及填料级配。

　　3.4.8复核试验

　　在第一层试验的基础上，铺第二层坝料，做复核性试验，程序和方法与第一层相同。

　　3.5试验结果整理

　　根据各检测和取样试验值，整理绘制如下各条关系曲线：

　　3.5.1以铺层厚度为参数，绘制压实沉降值与碾压遍数的关系曲线;

　　3.5.2以铺层厚度为参数，绘制压实干密度与碾压遍数的关系曲线;

　　3.5.3经过计算，绘制孔隙率与碾压遍数的关系曲线;

　　3.5.4绘制各试验单元的填筑石料碾压前、后级配曲线;

　　3.5.5绘制在最优参数组合下，压实干密度与加水量的关系曲线。

　　3.6选定碾压参数

　　根据碾压试验结果，结合本工程的具体特点，确定填筑施工碾压参数及压实方法，并编制试验报告，以论证设计标准的合理性，选择适宜各种坝料的压实机械及其参数，提出施工工艺与控制参数。

　　4施工方法

　　4.1坝体填筑的一般原则

　　4.1.1坝体填筑前，首先对坝基与岸坡进行处理。

　　4.1.2坝料填筑顺序按“先粗后细”法。

　　4.1.3垫层料及过渡料在装料、运输、卸料及摊铺过程中，尽可能避免粒径分离而造成局部级配不良。

　　4.1.4坝料运至坝面卸料后，及时平整，并保持填筑面平整，每层铺料后用水准仪检查铺料厚度，超厚时及时处理。

　　4.1.5坝体填筑采用全断面、均衡上升填筑，分台阶填筑时，顺水流方向高差不大于15m。

　　4.1.6碾压按坝料分区分段进行，各碾压段间的搭接不小于1.0m，碾压方法为进退错距法。

　　4.2各类坝料填筑施工工艺

　　4.2.1测量放线

　　坝基及岸坡处理完成后，按设计要求用NKGTM532C型全站仪测放确定各填筑区的交界线，白灰撒线并插标志牌进行标识，两岸岩坡上标写高程及桩号。

　　4.2.2反滤料填筑

　　反滤料填筑前，首先采用18t自行式平面振动碾对坝体基础面进行振动碾压至密实。反滤料由3.0m3装载机在垫层料加工场区装料，20t自卸汽车运输上坝，后退法卸料，220HP推土机摊铺整平，其摊铺层厚为40cm，加水量按15～25%控制;碾压采用18t自行式平面振动碾进退错距法碾压密实。施工过程质量控制，其厚度由水准仪与予埋标志物控制，灌砂法取样，烘干法检测压实度。计反滤料填筑4214m3，运距0.5km。

　　4.2.3过渡料(3A)填筑

　　过渡料(3A)由1.2m3反铲挖掘装料，5t自卸汽车运输上坝，后退法卸料，人工配合220HP推土机摊铺整平，其摊铺厚度为40cm，加水量按15～25%控制;碾压采用18t自行式平面振动碾进退错距法碾压密实。施工过程质量控制，其厚度由水准仪与钢钎插入法检测，取样频率1次/(3000～6000)m3，灌砂法取样，孔隙率不大于18%。计过渡料(3A)填筑22660m3，运距1.0km。

　　4.2.5垫层料(2A)及特殊垫层料(2B)填筑

　　①特殊垫层料(2B)填筑：对趾板后特殊垫层料(2B)，由3.0m3装载机在垫层料加工场装料，5t自卸汽车运输上坝，后退法卸料，人工配合PC220反铲摊铺整平，其摊铺厚度为20cm，加水量按15～25%控制，并由1t液压振动夯板压实。

　　②垫层料(2A)水平填筑：垫层料(2A)由3.0m3装载机在垫层料加工场装料，5t自卸汽车运输上坝，后退法卸料，人工配合PC220反铲摊铺整平，其摊铺厚度为40cm，加水量按15～25%控制;碾压采用18t自行式平面振动碾进退错距法碾压密实。

　　③挤压式边墙施工：

　　a 挤压式边墙施工的特点：

　　a1边墙在堆石坝迎水坡面形成一个规则、坚实的支撑区域，变传统工艺中的对填筑料坡面斜坡碾压为垂直碾压，密实度可以得到保证，蓄水后此区域的变形现象大大减少。

　　a2 由于边墙在坡缘的限制作用，垫层料区(过渡层)不需要超填，而且施工安全性提高，在修建成边墙的施工方案下，垫层料及过渡料水平宽度可望减少。

　　a3施工进度得到提高。边墙施工一般速度可达40～60m/h，与垫层(过渡料)填铺可同步上升。

　　a4 对多雨地区和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，防止了冲刷对已成坡面的损坏。

　　a5由于挤压边墙的防护，坝体填筑和面板施工可安排在合理时段进行，避免了赶工期而可能形成的质量隐患。

　　b 挤压式边墙施工法的基本程序：

　　挤压式边墙施工法是在每填筑一层垫层料(过渡料)之前，用挤压式边墙机制作一个半透水的混凝土墙，然后在其内侧按设计铺填垫层料(过渡料)，碾压合格后重复以上工序。

　　4.2.6铺盖填筑

　　①粘土铺盖(1A)：粘土铺盖料(1A)由1.2m3液压反铲挖掘机装料，20t自卸汽车分别沿1925m、1950m运输道路拉运至工作面，220HP推土机摊铺，施工过程质量控制，对拉运至坝面的土料，其含水量在料场宜控制在最优含水量的2～3%，必要时拟进行洒水补水或翻晒降水;铺土厚度，由钢钎插入法检测，环刀法取样，酒精燃烧法检测干密度，其干密度不小于1.65g/cm3。计粘土铺盖(1A)填筑16041m3，运距1.5km。

　　②石渣护坡(1B)：石渣护坡料(1B)由3.0m3 装载机装料，20t自卸汽车运输，220HP推土机摊铺，其厚度按80cm 控制，并由220HP推土机碾压至密实，经压实后的石渣料，其空隙率不大于26%。对石渣护坡填筑，应先铺粘土铺盖后铺石渣盖重，做到平起填筑，两者之间填筑高差小于0.3m。计石渣护坡(1B)填筑10144m3，运距1.0km。

　　4.2.7砂砾石回填

　　对泄洪洞进水口及引水洞工程台背侧砂砾石回填料，由1.2m3液压反铲挖掘机装料，20t自卸汽车拉运至工作面，220HP推土机摊铺，其厚度80cm，18t自行式平面振动碾静压至密实。计砂砾石回填5465m3，运距1.5km。

　　4.2.8碎石路面

　　对坝顶碎石路面，由3.0m3装载机在垫层料加工场装料，20t自卸汽车拉运至工作面，220HP推土机摊铺，5t洒水车洒水至均匀，其摊铺厚度20cm，18t自行式平面振动碾碾压至密实。计碎石路面1144m2，运距0.5km。

　　5 坝体填筑结合部施工

　　5.1坝体各区接合部的处理

　　坝体各区填筑时，允许细料占压粗料区，严禁粗料占压细料区。过渡料区与垫层料区或主堆石料区的界面上的大块石或超径石，人工配合1.2m3液压反铲挖掘机剔除。

　　5.2坝体与岸坡接合部的填筑

　　坝体与岸坡或溢洪道左趾墙砼接合部填筑时，对汽车卸料及推土机平料，容易发生大块石集中和架空现象，且局部区域碾压机械不易碾压。

　　5.2.1对岸坡反坡部位进行削坡、回填砼(浆砌石)予以处理。

　　5.2.2在接合部先填1～2m宽的过渡料，压实后再填堆石料。

　　5.2.3与岸坡接合处2m宽范围内，振动碾尽可能沿岸坡方向碾压。不易压实的边角部位，减薄铺料厚度，并用1t液压振动夯板压实。

　　5.3坝内斜坡道接合部填筑

　　坝体内修建的临时道路，填料按所经各区的要求填筑，随坝体上升在找平过程中，对坡内道路边缘松动或分离的填料，按所在料区填料碾压要求与新填料一起重新进行碾压。

　　6坝基反向排水与封堵施工

　　①用竹杆裹纱布清洗趾板头部反向排水管内壁，然后塞入30cm厚白麻至反向排水管深处，再塞入30cm厚GB填料(填料内预埋6mm化灌塑料管，塑料管引至排水管出口处)以临时阻止反渗水流。

　　②迅速回填M25～30预缩速凝砂浆(掺膨胀剂、水玻璃)。

　　③接上灌浆泵和8mm灌浆管开始灌浆，灌注Lw:Hw=30:70的混合浆液，灌浆压力为0.3～0.4MPa。当孔周围都出现浆液后，再次检查并扎紧灌浆嘴继续灌浆，直至孔周围都出浆并稳定(稳定时间3min)后停止灌浆。清除孔外周围浮浆及多余的Lw、Hw混合物，割掉灌浆嘴。

　　④在孔口5cm范围填入GB塑性填料。

　　⑤用钢刷将孔口周围80cm×80cm范围基面刷洗干净，再用喷灯将基面完全处理干燥后，涂刷冷底子油粘合剂，并用GB填料找平。

　　⑥用平板塑料片和80cm×80cm×2cm钢板封住孔口，利用预留插筋和膨胀螺栓固定钢板。

　　⑦在排水孔周围的趾板头部浇筑L×B×H=3×3×1m的砼盖板，保护钢板封口，砼结合面打毛处理。

　　7坝体填筑冬季施工

　　因本工程坝体填筑主要集中在2004年度第四季度与2005年第一季度，属冬季坝体填筑施工。对冬季坝体填筑，视回填料性质、回填区域、气温等情况，采用减薄铺筑厚度(减薄20cm)、增加碾压遍数(增碾2遍)、不加水的方法进行施工。

　　8结束语

　　随着我国水利水电建设的发展，混凝土面板堆石坝成为近十多年来得到很大发展的一种新坝型。棍凝上面板堆石坝具有充分利用当地材料、适用性广、施工简便、工期较短、造价较低等优点，比较适合我国水利水电工程应用条件，其发展具有较强的生命力。坝体填筑是土石坝施工中的主要部分,是决定坝的使用寿命的关键部分。

　　参考文献：

　　1、郑怀兴.土石坝坝体填筑施工方法[J].科技信息，2011年27期

　　2、黄学军.浅析土石坝坝体填筑施工方法评论[J].科技资讯, 2010年23期

　　3、张海鹰.土石坝坝体填筑施工措施[J].中国新技术新产,2011年第7期

　　4、冯庆义.浅谈土石坝坝体填筑施工流程[J].科技创新导报,2008年第5期

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