浅谈混凝土面板堆石坝上游坡面机械削坡施工技术

(中国水利水电第五工程局有限公司，成都，610066)

1 工程概况

安徽绩溪抽水蓄能电站位于安徽省绩溪县伏岭镇境内，由上水库、输水系统、地下厂房、地面开关站及下水库等建筑物组成。上水库大坝坝型为混凝土面板堆石坝。坝顶高程966.20m，防浪墙顶高程967.40m，坝顶长336.00m，坝顶宽10.00m，最大坝高117.70m(坝轴线处)，坝体上、下游面坡比均为1∶1.4。坝体填筑材料分成垫层区、特殊垫层区、过渡区、主堆石区、次堆石区及大坝上游辅助防渗区。

2 机械削坡的设计与思考

根据常规人工垫层料削坡施工中所遇到的问题，为降低人工在坡面上施工安全隐患、减少常规削坡垫层料在趾板运料难度、加快施工进度，采取机械削坡施工方式。

利用自制的反铲运输平台在垫层料坡面形成反铲作业平台，两侧配置运料斗满足削坡后富裕料运输。反铲选用徐工XE18小型反铲，削坡后的垫层料采用反铲装运集料斗运至坝顶。由削坡平台和徐工XE18反铲组成的削坡系统、由运输架+运料斗组成的垫层料运输系统分别利用2台10t固定卷扬机牵引在斜坡面上下移动。

在削坡初期，反铲运输平台起到满足作业的支撑作用。坝顶配置25t吊车将料斗吊至自卸汽车，削坡后段垫层料可二次回收利用级配碎石及水稳铺设等。

2.1 垫层料运输系统

垫层料运输系统由运输架+运料斗组成。运输架采用I10工字钢加工，尺寸为3.5m×1.75m×0.87m。运料斗采用1cm厚钢板加工，尺寸为1.5(1.9)m×1.5m×1.0m(长×宽×高)，容量2.25m3。一个运输架配两个料斗，采用2个10t卷扬牵引提升。

图1 垫层料运输系统运料斗结构模型示意

图2 垫层料运输系统示意

为确保施工安全，垫层料运输系统及卷扬机均须进行稳定性受力计算。本工程采用的运输架、集料斗(含料)等重量共计104.97kN，通过受力分析计算，选用了D286×36WS+FC型钢丝绳(最小破断拉力406kN)、2套10t卷扬机(现场选用2块尺寸为1.5m×1.2m×1.2m的混凝土墩作为配重)。

2.2 反铲削坡系统

本工程反铲削坡系统由1台XE18反铲+作业平台+卷扬机组成。作业平台采用[25槽钢加工而成，尺寸为6.0m×2.0m×1.4m(长×宽×高)，2台10t卷扬机牵引。为保证反铲作业期间的人员和机械安全，除上游坡面侧平台外侧三面采用63角铁高1m间隔1m做相应的防护栏杆。

图3 反铲削坡系统作业平台结构模型示意

图4 反铲削坡系统示意

削坡系统采用的反铲、作业平台等重量共计68.7kN，通过受力分析计算，选用了D286×36WS+FC型钢丝绳(最小破断拉力406kN)、2套10t卷扬机(现场选用2块尺寸为1.8m×1.5m×0.9m的混凝土墩作为配重)。

3 机械削坡现场施工

3.1 测量放点

按6m×6m网格做控制点，控制点采用φ14螺纹钢作为钢钎，插入垫层料坡面，单根长度60cm(具体长度可根据现场实际条件调整)，根据测量设计高程在插筋上标记削坡线控制点。垫层料坡面碾压前，修整后的坡面在法线方向高于设计线5cm(施工时以生产性试验数据为准)。

3.2 系统吊装及运行

待测量放样并交底后，采用汽车吊吊装。吊装前对装置、各系统连接组件等进行检查及预验收，确认无误后方可进行吊装就位。待全部安装后，现场负责人对卷扬机、平台及钢丝绳连接等外部情况再次进行检查确认，无异常后，将XE18反铲行驶至作业平台。

作业平台+反铲向下运行中，由10t卷扬机牵引向下滑动。根据JM10型卷扬机额定速率0～9m/min，结合现场试验情况，考虑反铲在作业平台向下滑行稳定及安全性，卷扬机运行速度控制在6m/min以内，即按<0.1m/s(高度方向下降0.06m)速度向下。

同时，为控制反铲在向下滑行时作业平台倾斜角度在2°内，单侧牵引钢丝绳下方长度不得超过0.5m斜长(实际高度方向下降0.3m，倾斜角度1.72°)。

3.3 削坡及装料

3.3.1 削坡

根据XE18反铲特性，斗容仅0.1m3，为增大削坡接触面，将XE18反铲斗齿去掉，安装1块长1m、宽0.3m钢板。反铲操作手按照测量放样的削坡厚度控制点，自上而下按1：1.404坡比削坡，根据作业平台宽度和反铲特性，单幅削坡有效宽度控制在7m内。

在平台上部削坡形成的料较多时，XE18型反铲将以坡面料堆作为基础，逐层向下削坡，运输平台在料堆提前向下滑动。

图5 现场反铲削坡系统作业

3.3.2 装料

机械削坡过程中，实施了单侧集料斗装料运输，但存在如下问题：

(1)受坝顶宽度限制，卷扬机、运输车辆等摆放受限，难以满足施工布置条件；

(2)集料斗采用单台10t卷扬机牵引，方向出现跑偏，可能会与削坡平台钢丝绳交叉的情况；

(3)在集料斗装料上行时，存在上下交叉作业。

综合上述因素，后续机械削坡中取消了两侧集料斗运输方案，调整为挖机直接向下削坡至趾板区域，再进行集中清运。

3.4 人工配合

反铲对坡面削坡的同时，配置2、3人工手持铁锹或耙板在两侧辅助，对反铲未能修整到的坡面进行补削。

图6 XE18反铲现场削坡、人工辅助

3.5 系统向上运行

待反铲削坡系统削坡至指定高程后，现场对卷扬机、平台及钢丝绳连接等外部情况进行检查确认，无异常后。反铲驾驶员利用安全通道到达坝顶，在确保两侧及下部趾板区域无人员、设备前提下，卷扬机操作司机启动并向上运行。

向上运行时，采用导链对反铲履带基础固定，防止出现倾覆等情况发生。卷扬机速率仍控制在6m/min以内，即按<0.1m/s。到达坝顶后，汽车吊吊装至下一削坡段，重复上述步骤即可。

4 安全及质量注意事项

(1)作业平台在坝顶、削坡面就位后，现场负责人须对卷扬机、平台及钢丝绳连接等外部情况进行检查，确认无异常后，方可进行下一步操作。

(2)10t卷扬机施工前按相关要求完成验收试运行。

(3)考虑反铲在作业平台向下滑行稳定及安全性，卷扬机运行速度控制在6m/min以内，即按<0.1m/s(高度方向下降0.06m)速度向下滑行。

(4)在反铲削坡、提升及操作过程中，下方不得站立人员、设备，防止出现交叉作业。

(5)作业平台在上、下运输中，利用导链对XE18反铲固定，确保机械安全。

(6)驾驶反铲的司机选用经验丰富、技术娴熟的驾驶员。

(7)卷扬机作业完毕，应断开电源，锁好开关箱。

(8)坡面修整时的允许偏差严格控制在规范内，并在削坡过程中配备一台测量仪器随时监测坡面的削坡情况。

(9)反铲削坡后，根据测量检查情况由人工进行补修。

(10)在反铲削坡时，专、兼职安全员在侧面安全旁站，及时有效管控削坡。

5 机械削坡取得的成效

依托安徽绩溪抽水蓄能电站上水库大坝工程，通过对面板堆石坝上游坡面机械削坡施工技术进行研究，取得了一定的成果，但也存在一些不足。

5.1 成果

(1)从削坡过程分析，自制[25槽钢的反铲作业平台及其系统满足垫层料机械削坡施工操作需求，同时垫层料削坡作业平台上下滑行时，反铲削坡系统运行稳定。

(2)节省了大量的人力投入。根据现场施工统计，单幅7m宽上游坡面，常规人工削坡中需投入不少于8人，而且在逐层向下削坡余料增多后，人工削坡还须分上下二层进行翻甩，人员数量还需进一步增加。而采用机械削坡后，人员减少至2、3人。

(3)从数量上降低了人员暴露作业安全风险。在斜坡上人员需做好安全防护措施，采取机械削坡，可降低斜坡面人员作业数量约3倍，在安全风险管控日益增高的情形下，可有效降低人员暴露作业安全风险。

(4)施工效率明显。单幅7m宽上游坡面，根据现场施工情况，在坡度1∶1.4、斜长140m条件下，常规人工削坡需约4d～6d，而采用机械削坡后，时间可缩短至约2d，削坡效率明显提高。

(5)与人工削坡相比，机械削坡质量波动小、平整度较好，受坡面等条件影响。人工削坡受个人操作水平、身体条件、劳动时间等影响，平整度质量波动大；采用机械削坡后，削坡多采用机械，大大降低了人为因素，平整度质量控制波动小，平整度提高。

5.2 存在的不足

(1)垫层料运输系统未能达到试验使用。受坝顶宽度限制，卷扬机、运输车辆等摆放受限，难以满足多种机械同时或交叉施工条件；其次是集料斗采用单台10t卷扬机牵引，在上下运行方向存在跑偏现象，虽然在试验运输中未出现与反铲削坡系统碰撞，但其与削坡平台钢丝绳发生缠绕的可能性仍较大；最后是在集料斗满载上行时，存在交叉作业，安全管控风险较高。

(2)选用的XE18反铲(理论标准斗容0.1m3)偏小，削坡效率受到一定限制。在后续施工中，建议可选用标准斗容在0.2m3～0.3m3的反铲进一步提高削坡效率。

(3)机械削坡质量仍有待提高。较人工削坡相比，机械削坡虽降低了人为因素波动，但仍会受操作人员技术水平、主观因素影响，因此，质量控制还需要利用PDCA做好循环管控。

6 结语

通过对面板堆石坝上游坡面机械削坡施工技术研究，可以得到以下结论：

(1)采用自制的垫层料机械削坡平台系统满足施工操作、运行稳定，且削坡总体情况较好，为本工程及其它抽水蓄能水电站大坝垫层料机械削坡提供了新的思路和方法，可在类似工程推广应用。

(2)对于面板堆石坝，垫层料上游坡面采用机械削坡工艺，与传统的人工削坡工艺相比，节省了大量的人力投入、降低了人员暴露作业安全风险、机械削坡质量平整度较好、施工效率明显。对加快施工进度有推动作用。也节省了相应的生产成本，实践以人为本，具有较好的社会效益。