胶结颗粒料坝用箱式固坡初步成型装置在守口堡水库的应用

牛 耀

（山西省水利建筑工程局集团有限公司 山西太原 030006）

1 工程背景

大同守口堡水库是一座小（1）型水库，为山西省应急水源工程之一，目的是为工业和农业灌溉提供水源。大坝初设为碾压混凝土重力坝，经过现场调查，水库坝址区的覆盖层较厚，河床砂砾料丰富，可就地取材、加快施工进度、利于环保，适宜于采用新型的胶结颗粒料坝型。为促进山西省水利工程技术的发展以及胶结颗粒料筑坝的研究和推广应用，大坝由碾压混凝土重力坝改为胶结颗粒料坝，并被水利部确定为胶凝砂砾石试验坝。大坝坝体采用胶凝砂砾石，坝面为混凝土面板，其胶凝填筑量为40 多万m3。

2 技术背景

胶结颗粒料坝是一种新发展的坝型，我国只在四川、贵州一些南方地区的围堰等临时工程进行了一些试验性应用，守口堡水库大坝首次将该技术应用于永久性工程，施工技术尚不成熟。在施工过程中借鉴土石坝填筑工艺，研究并完善适合胶结颗粒料坝型的施工方法。现有土石坝边坡处理施工技术用于胶结颗粒料填筑时存在以下不足。

1）削坡法施工

根据有关规范要求和实际施工需要，在设计边线外进行适当的超宽填筑，碾压成型后，机械配合人工剔除超填部分。此种方法导致超填料不能再次利用，从而施工成本大大增加；另外，坝体与上游防渗层混凝土、下游保护层混凝土同步上升，施工相互干扰大，加大了安全隐患，同时直接影响施工进度。

2）模板固坡法施工

模板固坡施工工序为：模板制作安装→胶凝颗粒料铺筑→模板拆除→界面处理。此种方法工序多、速度慢，并且模板与排水盲管周围1.0 m 范围内碾压机具无法靠近，使得该部位胶结颗粒料不能压实，需采用变态混凝土替代胶结颗粒料，使施工成本剧增（胶结颗粒料单方造价远低于变态混凝土）；其次模板制作、安装、拆除及变态混凝土界面处理同样会加大施工成本，延误施工进度工期。

3 技术应用

为了解决现有胶结颗粒料采用削坡法或模板固坡法施工时存在施工成本较高、施工效率低下且安全隐患较大的问题，根据胶结颗粒料坝上下游边坡坡比和施工工艺，结合现场常规牵引设备（装载机、推土机、挖掘机）的性能特点，设计制作了箱式固坡初步成型装置。

3.1 箱式固坡初步成型装置设计

箱式固坡初步成型装置设计的结构示意图如图1、2所示。

图1 结构示意图 （正面）

箱式固坡初步成型装置是一种无盖无底箱式成型、附带平板振捣器的装置，材料主要采用厚度为10 mm 的钢板制作，其主要尺寸为：总长度360 cm，总高度115 cm，上、下部总宽度均为150 cm，料箱净宽度150 cm，出料口高度60 cm，上顶宽80 cm，两侧坡比根据坝坡设计坡比设为1：0.6，平板振捣器设于出料口的两侧钢板上。

图2 侧视示意图

箱式固坡初步成型装置其上、下端面均为敞口结构的料箱，料箱的后端开有成型口，成型口的截面为等腰梯形状，成型口的边缘设置有下端面、前后端面均为敞口结构的成型箱体，成型口的左右边缘固定有向左侧延伸且与料箱内壁固定的导料板，两导料板围成的空间向左侧逐渐变大；料箱的左端面外侧固定有牵引支架，牵引支架的端部固定有牵引环。

3.2 具体实施方式

1）在施工过程中，先将箱式固坡初步成型装置吊放至边坡处，装载机向料箱内喂入胶结颗粒料，当牵引料箱前进时，在口径逐渐变小的两导料板的作用下，将胶结颗粒料挤压塑形，接着在成型口的作用下，呈所需形状完成固坡成型。

2）箱式固坡初步成型装置箱体的左右外侧壁均设置有附着式振捣器，附着式振捣器上设置有一端与其固定、另一端穿入箱式固坡初步成型装置箱体的连接杆，连接杆的端部均固定有紧贴箱体左右内侧壁的振捣板。

3）当牵引料箱前进的同时，开动附着式振捣器的开关，通过对固坡初步成型的胶结颗粒料进行振捣，进一步提升了胶结颗粒料成型的稳定性能。

4）附着式振捣器与其相邻的成箱箱体左右侧壁之间均设置有橡胶层。通过橡胶层的缓冲性能，使得振捣过程更加平和。

4 装置应用效果分析

箱式固坡初步成型装置解决了胶结颗粒料固坡问题，避免了削坡法和模板固坡法的弊端，在守口堡水库胶结颗粒料坝工程中得到成功应用，具有良好的经济效益和社会效益。

1）降低了施工成本

同一铺筑厚度，采用延米工程费用计算成本，采用箱式固坡初步成型装置施工技术和削坡法相比降低成本约65 元/m，和模板固坡法相比降低成本约131元/m。可见该技术大大降低了施工成本，提高了经济效益。

2）加快了施工进度

箱式固坡初步成型装置实现了胶凝砂砾石料的连续作业，使得胶凝砂砾石料的摊铺速度大大提高，同时还给相邻上下游面板防渗体混凝土得施工创造工作面，使胶凝砂砾石料和上下游面板混凝土可以同步施工，防止窝工现象，加快了大坝整体填筑速度。

3）减少了安全隐患

箱式固坡初步成型装置工序简单，方便管理和操作。同时施工时不需要人工进行模板制作、安装及拆除、以及变态混凝土的浇筑、加浆振捣等工序，避免了人员和机械的交叉作业，减少了施工隐患，保障了施工安全。

4）提升了环保效益

常用的超填削坡法，会产生大量不能重复利用的工程废料，对环境造成一定影响。而箱式固坡初步成型装置置避免了超填料的废弃，减少了材料浪费，提升了环保效益。

5 结语

箱式固坡初步成型装置是一种带有平板振捣器的无盖无底箱式成型装置。装载机喂料，挖掘机牵引箱式成型装置铺料，平板振捣器预压胶结颗粒料成型，辅以液压专用夯具定型夯实，完成边坡固坡。

箱式固坡初步成型装置结构简单，使用方便，适用性强，实现了连续作业，提高了工程质量，在胶结颗粒料固坡施工中与削坡法和模板固坡法相比较，降低了施工成本，加快了施工进度，减少了安全隐患，提升了环保效益，对胶结颗粒料筑坝技术的推进起到了积极的推动作用，具有一定的经济效益和社会效益，值得类似工程借鉴。