面板堆石坝垫层固坡施工方法对比分析

刘政伟，彭东海

(葛洲坝集团第二工程有限公司，成都，610091)

1 垫层施工工艺发展概况

垫层的施工工艺随着其表面防护方式的变化而变化，一般常用的方法有三种:斜坡碾压固坡法、挤压边墙法、翻模固坡法。斜坡碾压固坡法根据坡面保护材料品种不同又分为三种:碾压砂浆法、喷混凝土法和喷乳化沥青法。

20世纪90年代以前，一般采用斜坡碾压固坡法，20世纪90年代末在巴西伊塔面板堆石坝(高125m)，首次运用了挤压边墙工法辅助垫层料的施工。我国于2002年7月将此技术应用于公伯峡面板堆石坝工程，此后迅速推广运用到水布垭、街面、那兰、白莲河等几十个面板堆石坝工程中。

鉴于挤压边墙技术在高坝、特高坝工程中应用存在不足，研究出翻模固坡法，目前我国翻模固坡法已在双沟水电站面板堆石坝和蒲石河抽水蓄能电站上水库面板堆石坝中成功运用。

2 三种工法施工原理

2.1 斜坡碾压固坡法原理

垫层料与其后坝体填料同层上升，并向上游面超填30cm左右，坝体每升高10m～20m修整一次斜坡面，然后采用坡面碾碾压，使坡面密实度达到设计要求，坡面检验合格后，进行坡面防护(碾压砂浆、喷混凝土或喷乳化沥青)。

2.2 挤压边墙技术原理

挤压边墙施工技术借鉴了道路工程中的路缘混凝土施工法，在面板堆石坝的每一层垫层填筑前，沿设计断面利用挤压边墙机制作出一个低强度、低弹模、半透水、连续的混凝土边墙，待混凝土达到一定强度(2h～3h)后，在小墙内侧按照设计要求铺填垫层料，碾压合格后重复以上工序。

2.3 翻模固坡技术原理

翻模固坡技术的原理是:在大坝上游坡面支立带楔板的模板，在模板内填筑垫层料，振动碾初碾后拨出楔板，在模板与垫层料之间形成一定厚度的间隙;向此间隙内灌注砂浆，再进行终碾。由于模板的约束作用，使垫层料及其上游坡面防护层砂浆达到密实并且表面平整。模板随垫层料的填筑而翻升。

3 三种工法施工技术对比

3.1 斜坡碾压固坡法

垫层料填筑必须向上游超填30cm左右，坝体上升至一定高度后进行修坡、斜坡碾压、摊铺砂浆和斜坡再次碾压。

主要优点:适应变形能力较好，垫层上游防护层与垫层料协调变形一致，高坝填筑引起沉降变形时，可避免脱空现象的发生，工程造价低。

主要缺点:施工工序繁杂、施工干扰大、修坡工程量大，费料、费工、费时，斜坡面密实度难以保证，上游坡面施工工序复杂，坡面固坡前难以防护，垫层填筑、修坡时存在坡面飞石的安全隐患。同时，由于垫层料超填和整理工程量大，防护层砂浆的厚度大且不均匀，刚度也较大，不能跟随垫层料一起沉降，容易造成防护层与垫层之间脱空。坡面平整度很难达到规范要求的“+5cm，－8cm”的标准，致使面板混凝土大量超填。坡面不能及时进行防护，易受雨水冲刷造成坍塌破坏等，未做防护前不具备临时挡水度汛能力。

3.2 挤压边墙工法

主要优点:能在垫层区上游形成一个规则、坚实的坡面，不仅为混凝土面板提供了一个理想的支承面，而且为坝体施工采用临时断面挡水度汛方案创造了良好条件。边墙在坡缘的限制作用，使垫层料不需要超填，施工安全性也有所提高。在垫层区填筑施工中用水平碾压取代传统工艺中的斜坡碾压，有利于提高垫层料的压实密度。施工设备简化，减少了传统工艺需要的削坡、坡面平整、碾压及防护施工所需的工具设备等;加快了垫层区上游坡面的施工进度，使坡面整洁美观。

存在的不足:挤压墙对于垫层料相当于重力式挡土墙，其尺寸较大，混凝土工程量较大，造价较高。挤压墙断面型式为梯形，上、下底面厚度相差悬殊，为面板提供了一个很不均匀的基础，对面板受力可能产生不利影响。挤压墙的刚度较大，不能与坝体协调一致的变形，尤其是对于坝体变形较大的高坝、特高坝来说，挤压墙与坝体不能协调变形的问题更加突出，更容易造成挤压墙与垫层料之间的脱空现象。挤压墙施工时没有精确的控制措施，各层结合处极易形成错台，坡面平整度较差，后期坡面修正工作量大。由于振动碾距成形不久的挤压边墙不能太近，否则易导致挤压边墙向上游坡面的错台变形，因此距挤压边墙一定范围内的垫层料往往碾压密实度较差。挤压墙成型后需等2h～3h才能填筑垫层料，施工进度受到限制。

3.3 翻模固坡工法

主要优点:翻模固坡工法具有挤压边墙工法的所有优点，该工法不仅给面板提供了一个较均匀的支承面，而且很好地解决了垫层上游防护层与垫层料协调变形的问题，也适当降低了工程造价，且所用翻模可重复使用，每平米面板可节省垫层料0.3m3左右，每平米面板可减少混凝土的超填0.13m3左右，较之挤压墙技术降低工程造价20%～30%。上游防护层是由模板形成，采用厚度5cm～7cm的低标号砂浆，厚薄均匀可控，较常规的斜坡碾压固坡法形成的砂浆防护层厚度薄且均匀;与挤压墙相比，体形减小很多，且上下厚薄均一性好很多，不仅减少了工程量，能够与垫层料协调变形，而且更有利于面板受力。工艺施工干扰小，安全性较高。垫层料填筑和砂浆固坡平行施工，不占直线工期，并能缩短大坝直线工期2～3个月，且可随时具备挡水条件，增大了工程度汛的安全性。

存在的不足:翻模固坡工法与挤压边墙工法相比，模板一次性投入较多，翻模固坡施工所需的劳动力较多。

4 小结

面板堆石坝垫层三种固坡施工技术，通过上述分析比较，其优势与不足在表1中作了简单归纳，可供参考。从表1中不难看出，翻模固坡工法最适合高坝、特高坝的垫层坡面施工。

表1 垫层坡面固坡法的优势与不足对比