阿尔塔什大坝挤压边墙定型模板的研制与应用

(中国水利水电第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 工程概述

阿尔塔什水利枢纽工程是新疆叶尔羌河干流山区下游河段的控制性水利枢纽，被誉为“新疆三峡”工程。水库总库容22.49亿m3，正常蓄水位1820m，最大坝高164.8m，电站装机容量755MW。

阿尔塔什水利枢纽工程是国家172项重大水利工程，也是新疆最大的水利工程，由于在设计、施工等方面面临诸多技术难点，被业内专家称为“新疆的三峡工程”。

混凝土挤压式边墙断面结构为不对称梯形，其主要作用是防止垫层料底部因碾压不达标而形成空腔，对面板产生不利影响。挤压边墙墙身高度40cm,上游坡比1∶1.7，与大坝垫层料、过渡料坡比一致，顶部宽度为10cm，底部宽度为83cm，内侧坡比为8∶1。挤压边墙设计混凝土强度为3～5MPa，弹性模量3000～5000MPa，渗透系数10-3～10-4cm/s，其施工断面结构如图1所示。岸坡结合部位挤压墙采用传统人工架模成型不但施工质量差，而且施工进度缓慢。为了解决这一问题，我们研制了一种挤压边墙定型模板装置，采用机械化施工代替人工操作，不但可保证挤压边墙的施工质量和进度，而且可以减少操作人员的投入，降低施工成本。

图1 挤压边墙断面结构 (单位：mm)

2 岸坡部位挤压边墙的施工现状

在挤压边墙实际施工过程中，由于挤压边墙机只能单向行走，靠近岸坡部位存在3～4m无法采用挤压边墙机成型的边角部位，边角部位只能采用人工架模成型。人工按照挤压边墙成型尺寸进行模板支立、固定，所用混凝土与机械挤压混凝土配合比一致，由拌和站提供，罐车运至现场。压实方式为人工用夯锤夯实，分层厚度不大于20cm。轮廓尺寸与挤压边墙断面一致，使挤压边墙端头与趾板连接，基本不留缝隙。该部位可适量增加速凝剂的用量，以提高其早期强度，便于成型。由于采用人工架模成型挤压边墙，直接导致了成型后的挤压边墙外观质量较差，实测干密度、外观平整度均难以达到设计技术要求，一次验收合格率较低，返工处理工程量大且耗时较长，不仅增加了项目部施工成本的投入，而且影响施工质量和进度。

3 挤压边墙定型模板的研制及特点

在阿尔塔什大坝挤压边墙岸坡结合部位使用新研制开发的挤压边墙定型模板，根据设计图纸要求挤压边墙的干密度不小于2.15t/m3，定型模板采用了两个附着式振捣器对挤压边墙混凝土进行振捣，避免了挤压边墙施工干密度不满足设计要求的问题，确保了工程施工质量。定型模板的安装、拆除方便，可降低人工架模施工的难度及强度，提升了施工效率，加快了施工进度。 定型模板使用寿命长 ,经济优势明显，周转性能强,在岸坡部位的挤压边墙施工中具有极大的优势。

图2 新研制的挤压边墙定型模板结构示意图

3.1 挤压边墙定型模板的结构型式

新研制的挤压边墙定型模板结构示意见图2。新型挤压边墙定型模板用于挤压边墙靠岸坡两侧混凝土施工,安装方便、可周转使用,解决了岸坡部位挤压边墙成型质量差的问题。通过涡轮丝杠升降机和工业合页实现斜向模板的自由转动，采用3m3装载机进行吊装解决挤压边墙成型后的脱模问题。定型模板外模上采用附着式振动器进行振动压实。振动器与钢模板间增加一层缓冲钢板，避免振动器与钢模板直接连接，增加模板使用寿命。振动器与缓冲模板间采用高强螺栓进行连接，避免产生脱落现象；竖向钢板按挤压边墙高度制作，斜向钢板长度按挤压边墙坡度及高度计算、加工。在横向连接钢板下部安装工业合页将竖向钢板、斜向钢板连接成可活动的整体；竖向固定钢板上部加工为带孔结构，下部坡度同挤压边墙坡度，将竖向固定钢板分别焊接在横向连接钢板、斜向钢板上，在其上部预留孔上安装连接插销将涡轮丝杠升降机固定于竖向固定钢板上；缓冲钢板和附着式振动器间采用螺栓连接，缓冲钢板与竖向、斜向钢板采用焊接连接，最后对支撑钢板与竖向钢板间底部采用双面焊接，加固角钢与竖向钢板、斜向钢板采用焊接连接，形成可反复使用的挤压边墙定型模板。

3.2 挤压边墙定型模板的安装与应用

挤压边墙定型模板安装前将涡轮丝杠升降机调整至收缩状态，使斜向模板处于放松状态。采用3m3装载机吊装挤压边墙定型模板于安装位置就位；根据挤压边墙定型模板长度确定岸坡部位挤压边墙预留长度，以便与已施工完成的挤压边墙平顺搭接；调整涡轮丝杠升降机至伸长状态，检查斜向模板坡度是否符合挤压边墙坡度要求。检查完成后进行挤压边墙混凝土浇筑施工；混凝土采用分层振捣密实的方法进行施工。混凝土施工完成后将模板涡轮丝杠升降机调整至收缩状态，模板与挤压边墙间形成间隙后，进行定型模板的拆除吊装。对拆下的挤压边墙定型模板进行清理保养后,可在挤压边墙另一侧构件或上层挤压边墙上重复利用。

3.3 主要参数的确定

3.3.1 涡轮丝杠升降机设计

首先确定涡轮丝杠升降机总当量荷载WS=Wmaxfs，WS=3.25kN，单台当量荷载W=WS/(Sfd)(其中S=2,fd=0.95)，W=1.71kN；根据现场升降机的移动范围进行量测，最终确定升降机丝杆的总行程为L=370mm。经研究决定选择SWL1型涡轮丝杆升降机，其技术参数为起升力20kN、功率0.18kW、起升速度0.7m/min。数量选择为两台，连接形式如图3所示。

图3 涡轮丝杠升降机结构示意图

3.3.2 确定仓壁振捣器型号

项目部对市场电动振捣器进行了调查，仓壁振捣器的振动力传递范围为4～5m，电机功率、适合仓壁厚度、激振力等参数见表1。

表1 仓壁振捣器技术参数

根据模板设计钢板厚度10mm进行相应的仓壁振捣器选型，选择规格为ZFB-9型的仓壁振捣器，其电机功率0.75kW、激振力4kN。挤压边墙浇筑厚度为 0.1～0.83m，自上而下递增，浇筑厚度较厚，为确保振动效果，在背面及斜面各配置一台电动振捣器。最终选择电动振捣器，规格、数量为：电动振捣器规格为ZFB-9型，电机功率0.75kW、激振力4kN，数量为两台。两台仓壁振捣器对称安装在仓壁的两个侧面上，安装位置应上下错开50～100mm，以避免互相干扰,并综合考虑浇筑挤压边墙尺寸。振捣器布设位置如图4所示。

图4 电动振动器设计布置

3.3.3 确定振捣时间

对选定的仓壁振捣器进行了振动器现场振动试验，对两个振捣器在不同距离、不同振捣时间等参数下的试验结果进行了统计，见表2。

表2 现场振动试验结果统计

通过试验统计数据可以看出，在振动160s和180s后，挤压边墙干密度能达到设计不小于2.15g/cm3的要求。

为了确保挤压边墙的施工质量，项目部在施工现场分别采用160s、180s两种振动时间进行了现场多次生产性试验，并对成型后的挤压边墙干密度、合格率进行统计分析，试验结果统计见表3。

表3 现场生产性试验结果统计

现场生产性试验统计发现，采用160s振动时间，挤压边墙干密度合格率为87.5%；采用180s振动时间，挤压边墙干密度合格率为100%。为了确保施工完成的挤压边墙干密度满足设计要求，将挤压边墙振动时间参数确定为180s。

4 使用效果及评价

挤压边墙定型模板在阿尔塔什大坝岸坡部位施工中应用已一年多，实践证明，采用定型模板后，岸坡部位挤压边墙表面平整度、干密度均满足设计技术要求，边角部位无掉角、脱块现象，大幅度提升了岸坡部位挤压边墙一次验收合格率，降低了挤压边墙二次处理、用工人数及原材料损失费用。阿尔塔什大坝工程在岸坡部位挤压边墙施工中采用定型模板后，不仅降低了施工成本，而且为2017年百年度汛目标提前5天实现、年度坝体填筑量超1200万m3、月平均填筑强度超130万m3奠定了良好的基础。由于其在混凝土面板堆石坝挤压边墙施工过程中具有的优点及广泛适用性，可在今后类似工程施工中推广使用。