挤压墙施工技术在面板堆石坝中的应用

张 鹏，王 璐

(庆达水利水电工程有限公司，哈尔滨 150080)



挤压墙施工技术在面板堆石坝中的应用

张 鹏，王 璐

(庆达水利水电工程有限公司，哈尔滨 150080)

文章基于挤压式边墙的施工技术，从对工期影响、工程施工成本和经济效益等方面对此施工方法进行研究，并对比传统施工方法进行了技术经济效益分析，得出了实际工程施工中的优点并具有经济效益明显的特点。

面板堆石坝；挤压式边墙；施工工艺；效益分析

1 面板堆石坝挤压式边墙技术的产生及应用发展

挤压式混凝土边墙技术是今年来国内进行混凝土面板堆石坝上游坡面施工的新工艺和新技术，是一种稳固上游坡面的新技术，它的崛起仅用短短数年时间，因其简单灵活的方法和显著的工程施工特点，国内诸多工程实例均采用此种施工方法，均得到了成功应用。挤压式边墙固坡技术在国外先行应用，在被我国引入后，国内多家企业和科研单位进行了充分的研究论证，并成功开发出的边墙挤压成型机，使得挤压式边墙施工技术在我国多个工程中得到应用，短时间内迅速得到发展和提高。挤压式混凝土边墙技术原理来源于园林工程中道沿机的挤压滑模，即在施工前期，先用边墙挤压成型机挤压成型一道混凝土小墙，以此分割垫层料[1]。然后进行垫层料铺填，这样对垫层料铺摊、整平和碾压均有比较好的施工效果，同时先行施工的混凝土墙面因其较好的强度，上游坡面无需再防护。

2 挤压式边墙施工技术应用

某水利枢纽工程的挤压式混凝土边墙标准断面为一梯形，断面形式见图1。

图1 挤压式混凝土边墙剖面图

工程实际施工中包含以下步骤：测量放线→安置挤压机→挤压式施工→吊装→处理末端头→垫层料铺摊→垫层料整平→垫层料碾压。

2.1 挤压式混凝土边墙工作原理

边墙挤压机存在两套工作系统：输送系统和成型系统。在搅拌机中自搅后的混凝土料均匀传送至挤压机搅拌仓，输送系统进行旋转在此进行搅拌，然后传输至成型室，经过成型系统中振动器的高频振动，混凝土料在两套工作系统双重作用下，在成型仓充满成品混凝土料，根据实验测试力学性能满足设计要求的密实度，经过搅龙的轴向推力，推进已经密实的混凝土进入输送管道，进而形成满足断面尺寸和设计强度要求的混凝土边墙。

2.2 工艺流程

挤压式边墙施工的关键路线为：①依据设计交底资料进行测量布控，通过水准仪定出较为合适的基准高程点并对边墙上游边线进行放线，上述部分完成后，将线绳挂设于上游边1m位置，这样可以先行确定出挤压机工作路线；②吊机进场将挤压机吊装到指定位置，在此期间保持挤压机机身水平、线绳紧密挂至内侧，目的是将出料口高度抬高，理论上要求高度适宜为40cm；③在挤压机连续施工过程中，依据水平尺一直测量水准线不能偏离，使机身保证水平状态，若有偏离，即刻由专业人员通过调节机身上的升降螺栓，否则会影响成型边墙的工程质量及安全，路线及方向确定也是由专人操作控制杆通过挂靠在机身的线绳进行；④在工程施工过程中层间混凝土浇筑出现的错台等问题，在边墙混凝土没凝固时，人力进行二次拍打消除错台现象，混凝土终凝后的错台等，进行砂浆涂抹，以保证混凝土面的平整度；⑤为了确保混凝土墙体的连续性，上述工艺完成后，分段进行人工架设模板并分层浇筑，尤其在趾板两侧的空隙位置处进行重点处理；⑥碾压处理时，为避免自行碾碾压时对边墙的破坏，先人工在上游边坡面的20cm处洒白灰线，灰线以外进行自行碾碾压，灰线以内进行人工夯实。具体实施步骤为：

1) 测量放线：根据设计资料在上游坡面进行测量放线，依据水准仪找出合适的基准高程点，并对上游边1.0m宽度范围内地面进行找平，通过此方法可以确定挤压机的工作路线。

图2 施工工艺流程图

2)挤压机就位：挤压机由载重汽车运至工程现场后，吊车吊装使其安装就位，线绳紧贴挤压机的内侧，为保证仓料出口高度，调整挤压机机身的4个升降螺栓，使挤压机整体保持在水平状态。

3)混凝土挤压式边墙施工：按设计资料混凝土配合比在搅拌站中拌制，然后用搅拌运输车将成品混凝土运至工程部位。混凝土搅拌料经由运输进入挤压机进料仓，此过程保证料体均匀连续分布，通过大量实验数据表明，控制挤压机的适宜步进速度在50m/h左右；同时进行液态高效速凝剂的喷加，外加剂的加入是为了保证边墙浇筑2.5h后，本身具有相当的承载能力，做好垫层料的填铺、整平、碾压准备工作；在混凝土浇筑边墙的过程中，时刻通过挤压机机身的4个升降螺栓保证整体是水平状态，防止挤压机侧斜质量及安全事故。在施工过程中，混凝土浇筑时对层间出现的错台、蜂窝麻面等问题，考虑充足时间在边墙混凝土还没凝固时，进行二次拍打消除工程外观质量问题；混凝土终凝后还有的错台等，人工进行打磨并砂浆涂抹，保证边墙外观的平整度和施工质量。混凝土边墙经挤压机施工一段时，对趾板两端头位置附近进行立模并分区域分块浇筑间隙位置，分层填筑技术要求将厚度始终在10cm的误差范围内，强度要求考虑用钢钎密实。

4)挤压机吊装：挤压式边墙施工结束后，用装载机将机器吊至载重汽车上，然后使离现场进行冲洗和后期保养。

5)末端头处理：采用同趾板两端头一样的处理方法，处理时间在挤压机运输使离现场后。

6)垫层料摊铺、整平、碾压：碾压处理时，为避免自行碾碾压时对边墙的破坏，先人工在上游边坡面的20cm处洒白灰线，灰线以外进行自行碾碾压，灰线以内进行人工夯实。

2.3 边墙混凝土施工配合比

挤压式边墙施工结束后，上面是混凝土面板，下面是坝体垫层料，从材料渗透性来讲要能达到基本相同的要求，还要在短时间达到相同的使用强度，同时满足相应的弹模、应力变形、面板扰动能力低。工程施工时混凝土配合比应考虑的因素包括：尽量使混凝土梯形成体一次成型，这要求材料在搅拌仓和振动仓上的技术要求；渗透系数边墙和垫层料基本保持相同，可以合理的控制渗漏；混凝土挤压式边墙浇筑后短时间内要能达到一定强度，顺利进行垫层料的施工工序,以此来保证正常的工程建设进度。

结合上述施工工艺及技术要求，参考国内已建水电工程挤压式边墙的工程经验和实测数据，在此基础上研究分析出某水利枢纽工程的混凝土边墙配合比见表2。

表1 某一级水电站工程挤压式混凝土边墙配合比

注：挤压式边墙混凝土配合比设计依据干硬性混凝土技术要求；渗透系数为实验室测试数据的最值；外加剂使用量占比3%；；浇筑混凝土料中的骨料均为饱和面干状态。

2.4 挤压式边墙特性

现目前国内挤压式边墙的施工断面大致上是三角形见图3。

自挤压边墙施工技术引进国内以来，已在众多工程中得到实际应用，最早采用是公伯峡面板堆石坝，公伯峡大坝在采用这种施工技术前，联合国内多家科研单位做了大量的研究，对原材料选择、配合比设计及工程特性有较为丰富的理论基础。下表详细列出了部分试验的试验成果，通过附表中数据表明，边墙与垫层料的物理特性大致相同，在水泥用量、混凝土密度、弹模，对应力应变的适应性强，这样在垫层料施工过程中，起到了一定的约束作用。

表2 挤压式边墙混凝土物理特性

图3 挤压式边墙整体外观

3 挤压式边墙施工技术经济效益分析

挤压式边墙施工技术效益分为直接和间接效益。直接效益表现在因其特殊的施工工艺，它具有省去斜坡分层不断碾压整平的环节，在垫层料填筑高度相对适中等特点，这样有利于节省工程成本，减少投资，带来不错的工程效益；间接效益表现在采用后直接提高工程质量，保证工程建设进度的同时，在后续工程施工的连续性和安全的防汛度汛等方面有着明显的间接经济效益。虽然水利工程建设因地而异，各具特点，直接研究出其经济规律难度很大，但是在工程经济性和效益评价分析上的要求是相同的。

3.1 工程成本分析

我国采用多年的传统施工方法，在坝体上游护坡面施工的工程成本可分为3项：超填垫层区的施工费用；人工削坡然后对护坡进行的分层碾压和平整；涂抹砂浆的费用。而挤压式边墙的施工可以节省超填的垫层料费用，进行施工工艺的简化，同时也可节省等体积垫层料的施工费用上。

结合文章所研究的水利枢纽工程的上游坡面方量28245的施工费用，采用传统工艺和挤压式边墙施工技术的成本进行对比，工程成本对比见表3。

3.2 间接效益

大坝的稳固边坡技术设计上采用的是传统工艺，但因一期回填难度太大，经过科研单位和专家论证，改为采用挤压式边墙技术来稳固边坡。

挤压式边墙技术明显节约了工程投资，缩短工程建设周期。主要表现为：传统工艺的施工工艺之间同步性差，譬如稳固边坡时大坝在回填一段时间后必须中断，人工进行削坡至设计坡度、自动碾碾压和后续砂浆涂抹；但挤压式边墙技术工序间的同步性明显较传统工艺提高，在大坝回填作业时边墙施工同步进行，规避了不必要的工序，节省了工程成本，重要的是不在关键路线上，提高了工程进度，从而节约了工期。

根据工程进度的实际资料显示：该面板堆石坝的混凝土面板原计划是2005年3月进行投入使用；使用挤压边墙固坡后，工期提前了3个月竣工并交付使用。

而工程的提前竣工对于参建各方来讲都带来了明显的经济效益，主要体现在：施工方工程成本降低，节省了工程投资；建设单位提前发电进行收益。

表3 以本工程为例进行成本比较表

说明：1)成本对比分析中各施工工序单价是借鉴国内已建工程的参考值，分析表中未考虑的随着天气变化雨水的冲刷导致坡面的工程量变化。 2)传统施工工艺的单价为平均值。挤压式边墙技术施工工序有待于进一步完善，在单价考虑方面需参照多个工程实践后进行综合考量。

1)施工成本降低：使用挤压式边墙技术后，施工单位在坝体进行浇筑过程中发生了两次回填中断，直接造成1月的机械、人员窝工，对工程造成损失。具体体现在：第一次大坝回填完成时工地现场的机械设备价值约4500万元，施工人员300人，如按1.0个月计算，窝工费用140万元(4500万元×0.95/5年/12月×1.0月+0.03万人×30元×30d×1.0月=140万元)；第二次大坝回填完成时(高程650)，现场机械设备价值约650万元，施工人员70人，如按1.0个月计算，窝工费用24.72万元(650万元×0.95/5年/12月×1.0月+0.007万人×30元×30d×1.0月=24.72万元)。综合两次机械设备人工窝工总费用为164.72万元。

工程提前竣工并交付使用3个月，施工单位节省管理费42万元。

综上所述节约工程成本206.72万元。

2)业主发电提前收益：使用挤压式边墙技术后，建设单位提前投产发电，该水利工程的电站年发电量11450万kWh、线路耗损失按2.0%计，工期提前3个月，总计发电量2778万kWh(11450万kWh/12月×3月×0.978=2778万kWh)。按当时电力入国网单价0.395元/kWh，此项可多产出1085.26万元。

通过传统工艺和采用挤压式边墙技术的经济效益分析对比，该枢纽采用挤压边墙有很明显的工程效益，进度加快，工期提前，投产使用提前。以上技术经济对比证明挤压式边墙技术在技术进步及应用上有其显著的效用。

4 结 论

文中以挤压式边墙的产生及应用发展背景，通过对边墙混凝土料配合比、现场施工工艺、工程特性等方面进行研究分析，结合国内已建并采用这种新技术的大坝进行对比，结合现场试验总结出适宜的施工流程和工艺，并对边墙料的混凝土配合比进行完善。传统施工方法和采用挤压式边墙技术的对比总结，该新技术的应用在工程进度、建设成本等直接效益方面的对比，工程成本区别相差不大。从工程间接效益分析，提前交付使用对工程成本的节约和业主提前发电带来的经济效益明显。故采用挤压式边墙技术在面板堆石坝中作用突出，工程效益显著。文章的研究对类似工程地质条件下的面板堆石坝建设提供了参考，并对设计工作和现场指导有一定的指导意义。

[1]郭林涛，张龙，赵海潮.混凝土面板堆石坝挤压式边墙试验研究[J].人民黄河，2010(11)：130-132.

1007-7596(2017)05-0137-04

2017-04-21

张鹏(1989-)，男，黑龙江尚志人，助理工程师，从事水利工程技术施工管理工作；王璐(1989-)，女，山东高密人，助理工程师，从事水利工程技术施工管理工作。

TV641.43

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