挤压式混凝土边墙施工技术

任智锋，鲁永华，迟守旭

（中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津 300222）

1 概述

挤压边墙施工技术是通过借鉴道路工程的混凝土路缘拉模施工技术而摸索出来的一种面板坝垫层料坡面施工的新技术，于20世纪90年代末率先在巴西埃塔（ITA）面板堆石坝（高125 m）施工中成功应用，并很快推广到多个国家。因其与垫层料同期上升，能同步完成堆石坝上游坡面保护的特点，因而受到了坝工界的广泛关注和应用。

我国于2001年开始对该技术进行研究，2002年8月开始将该项施工技术成功应用于公伯峡面板堆石坝工程[1]，并在短短的几年时间里，先后在龙首二级、芭蕉河、水布垭、旱平嘴等多个面板堆石坝工程中推广应用。

2 施工机理及其特点

挤压边墙施工技术是一项面板堆石坝垫层料填筑施工的新技术。是在面板堆石坝的每一层垫层料之前，沿着面板堆石坝上游垫层料设计边线，采用混凝土挤压机连续挤压出一低强度、低弹模、半透水的干贫混凝土小墙，称为挤压式边墙。待该边墙混凝土达到一定强度后，再在其下游侧铺填垫层料，并用振动碾水平碾压完成垫层料的填筑施工。传统施工工艺相比，挤压边墙主要有以下优点：

1）替代了传统的超填、削坡、斜坡碾压、坡面防护等施工方法，简化了施工工序，挤压边墙施工速度可达60 m/h，边墙成型2～3 h后即可进行垫层料填筑、碾压，施工进度明显加快。

2）挤压边墙混凝土强度低，弹模小，有一定的透水性，有利于适应坝前垫层区的变形，能有效防止坝面脱空。

3）边墙在坝前形成一道规则、坚实的支撑面，表面整洁美观，避免了上游坡面削坡、斜坡碾压等作业，有利于坝前趾板区灌浆、防护、宽槽回填等施工，减少了施工干扰。

4）一次性成型并自动形成坡面保护，可快速提供一个抗冲刷的防护面，有利于安全渡汛。

5）机械设备简易，操作简单，施工方便、快速。

6）垫层料的碾压由水平碾压一次完成，取代了传统工艺中的垫层料斜坡碾压，从而提高了上游坡面垫层料的密实度，进一步确保了垫层料的碾压质量。

3 设计要求

3.1 断面设计

边墙设计典型断面为梯形（见图1），边墙以绞接的方式使其能适应垫层的沉降变形，其底部不会形成空腔，有效地避免了空腔对面板地不利影响。上游坡面可根据坝坡坡比进行调整。

3.2 混凝土配合比设计

配合比设计主要考虑两个因素：1）挤压机挤压力的大小，即挤压出的混凝土密实度能满足渗透要求，且尽可能与垫层料一致；2）挤压混凝土的强度和弹性模量能满足设计要求，其强度要低，能适应垫层料的变形，且能承受一定的荷载和冲击。

由于挤压机对混凝土配合比比较敏感，湿的混凝土行进速度快，干的混凝土行进速度慢，因此，挤压边墙混凝土须按一级配干硬性混凝土配合比设计，坍落度为0。通常采用水泥用量60～85 kg/m3，用水量控制在 80～100 kg/m3之间，水灰比1.31～1.45，砂率控制在28%～30%，速凝剂掺量为水泥用量的2.0%～4.0%。28 d混凝土抗压强度5.0 MPa，混凝土的渗漏系数在10-2～10-3范围内，要求低弹模。

图1 挤压边墙典型断面图

4 对面板结构的影响及处理措施

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，有限元分析成果显示，由于挤压边墙的模量与垫层模量相比有较大的提高（垫层料经碾压后，其弹性模量在1 000 MPa左右，挤压边墙的弹性模量为2 000～5 000 MPa），且边墙可以自由变形，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[2，3]。但实际情况往往与理想化模型有一定出入，原因如下：

1）由于挤压边墙层间结合施工过程中控制不好将产生层面棱线，增加边墙坡面不平整度，对面板会造成一定约束。

2）堆石料填筑完成后，大坝坝体沉降变形仍将发展，因此混凝土面板浇筑前，大坝上游坝坡可能会发生一些亏坡或盈坡现象。

3）由于挤压边墙表面相对粗糙，且与面板混凝土材料同质，混凝土浇筑时水泥砂浆会渗入边墙表面，面板与边墙因之可能会黏合在一起，从而增大界面的摩擦系数，当坝体变形时会牵拉面板；或面板在水压、自重、温度等因素作用下自由变形时受到较大约束，继而发生开裂现象，造成大坝病害性缺陷。

鉴于以上原因，在混凝土面板浇筑前，需对挤压边墙进行针对性的处理措施，以使其实际工作形态尽可能地接近理想化模型：

1）对于不平整的边墙坡面在面板浇筑前需进行平整处理。

2）沿面板垂直缝将边墙断开，并在面板浇筑时逐层割除插入挤压边墙的架立钢筋，以适应面板板块的自由变形需要。

3）进行必要的计算分析，预测大坝坝面某一高程可能发生的沉降，在土坝填筑过程中，留有一定的补偿空间。同时对于变形量较大的亏盈坡面，如有必要，可以采取局部削坡或将挤压边墙挖除后采取补填的方法来解决。此外，混凝土面板间沉陷伸缩缝下的砂浆垫层施工，也需要将相应部位的挤压边墙切断挖除，变相地减小了挤压边墙对混凝土面板的约束。

4）为尽可能减少挤压边墙与混凝土面板之间的约束和对挤压边墙表面进行保护，常需在两者间喷涂乳化沥青，喷涂的乳化沥青层要求能充填挤压边墙表面孔洞，形成表面相对光滑、与混凝土面板异质的柔性隔离层。通常需要根据乳化沥青及砂料的主要技术指标结合现场破坏性试验确定沥青及砂料的最优喷洒量和喷洒方法，目前比较常用的喷涂工艺主要有“两油两砂”或“两油两砂一碾”[4，5]，以达到减少面板与边墙层间摩阻的工程目的。

5 进一步研究的问题[6]

1）挤压边墙的作用机理分析研究。一般认为构成挤压式边墙的材料为低强度、低弹模的干贫混凝土，在大坝运行期间，受上游面板应力的作用，挤压式边墙会被逐渐压碎，性质上逐渐恢复为垫层料，这种定性的推测还有待于进一步的试验研究与论证。

2）挤压边墙混凝土试件制取的进一步规范问题。对挤压边墙混凝土质量检测的试件制取主要有两种基本方法：模拟挤压法（直压法和振压法）、振动法（人工插捣法和振动台振动法）。这两种方法与实际条件都有一定相似，但又不完全相同，而且操作程序也各有不同，因此应该进一步规范挤压边墙混凝土质量检测试件的制取方法，使其质量控制规范有序，以对下一步推广应用本技术奠定基础。

6 结语

实践表明，挤压边墙施工技术是一种简单易行的实用技术，对加快施工进度和改善现场环境有着明显的作用。由于这种方法替代传统方法中的多道工序，与传统施工方法相比，施工进度会得到明显提高，同时由于其经济性较传统方法较好，为该技术的推广应用提供了较好的前景[1]。随着在越来越多的水电站中的使用，混凝土挤压边墙技术将更加成熟起来，能够为更多的工程项目提供使用经验。

［1］潘文学，孙淑侠.挤压式混凝土边墙固坡施工法在黄河公伯峡水利工程的应用［J］.水利与建筑工程学报，2005（6）.

［2］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，2007（6）.

［3］罗先启，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，2005（7）.

［4］张海莉，胡维群.挤压边墙施工技术在水布垭工程中的应用［J］水力发电，2007（8）.

［5］王海全，代昌福，等.乳化沥青隔离保护技术在巴贡水电站面板堆石坝工程中的应用 ［J］.四川水力发电，2007（5）.

［6］吴晓铭.对面板坝挤压式边墙技术的探讨［J］.湖北水力发电，2005（1）.