面板堆石壩翻模固坡技術(shù)試驗(yàn)研究及應(yīng)用

中國水利水電第一工程局

二00七年十一月1.問題的提出◆面板堆石壩墊層料上游坡面及其防護(hù)層是面板的基礎(chǔ)，應(yīng)該是密實(shí)的、平整的、均勻的。如果不密實(shí)，面板在水壓力作用下將產(chǎn)生較大變形以致破壞；如果不平整，面板將受到較大的基礎(chǔ)約束力，容易產(chǎn)生裂縫；如果不均勻，將導(dǎo)致面板產(chǎn)生不均勻變形和應(yīng)力集中。

尤其是對(duì)于高壩、特高壩，壩體變形較大，則要求防護(hù)層基本是柔性的，能夠與壩體一起協(xié)調(diào)變形；與墊層料之間不能脫空；不應(yīng)該有突變?！魤|層料上游坡面及其防護(hù)層的施工進(jìn)度直接影響到整個(gè)大壩工程的施工進(jìn)度，其施工成本在很大程度上影響整個(gè)大壩工程的成本?！羲?，墊層料上游坡面及其防護(hù)層施工作為面板堆石壩施工的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，一直倍受重視，國內(nèi)外工程界也一直在研究、探索其更好的施工方法和工藝。◆采用現(xiàn)代碾壓技術(shù)修建的面板堆石壩在國外已經(jīng)有四十多年的歷史，該壩型二十多年前引進(jìn)我國。幾十年來，墊層料上游坡面及其防護(hù)一直采用斜坡碾壓固坡法。按此工法，墊層料填筑時(shí)必須向上游面超填30cm左右，在面板施工前，進(jìn)行修坡、攤鋪砂漿和斜坡碾壓。斜坡碾壓固坡法施工情況

斜坡碾壓固坡法的缺點(diǎn)：修坡工程量大，費(fèi)料、費(fèi)工、費(fèi)時(shí)。斜坡面密實(shí)度難以保證。防護(hù)層砂漿厚度很不均勻，剛度較大，不能隨墊層料一起沉降而造成脫空。坡面很難達(dá)到規(guī)范要求的“＋5cm，－8cm”的標(biāo)準(zhǔn)，致使面板混凝土大量超填。坡面如果長(zhǎng)時(shí)間不做防護(hù)，容易受雨水沖刷而局部坍塌。坡面在未做防護(hù)的情況下不應(yīng)擋水渡汛。

近幾年來，國、內(nèi)外有些工程采用了擠壓式邊墻施工技術(shù)，在每層墊層料填筑前，用特制的擠壓機(jī)沿上游邊線擠壓出連續(xù)的混凝土墻，然后進(jìn)行墊層料填筑。

擠壓墻的優(yōu)點(diǎn)是：

1.施工速度較快；

2.施工干擾較小；

3.大壩隨時(shí)具備擋水度訊條件。

但是，由于擠壓墻施工時(shí)沒有精確的控制措施，其各層接合處極易形成錯(cuò)臺(tái)，坡面平整度較差，后期坡面修整工作量大。擠壓墻尺寸較大，混凝土工程量較大，造價(jià)較高。擠壓墻成型后須等強(qiáng)2～3小時(shí)才能填筑墊層料，施工進(jìn)度受到限制。擠壓墻底面與頂面厚度相差懸殊，為面板提供了一個(gè)很不均勻的基礎(chǔ)，與設(shè)計(jì)理念不符，對(duì)面板受力可能產(chǎn)生不利影響。馬來西亞某面板堆石壩擠壓邊墻效果（2006.2攝）

由于擠壓墻的剛度相當(dāng)大，不能與壩體協(xié)調(diào)一致地變形。尤其是對(duì)于壩體變形較大的高壩、特高壩，容易產(chǎn)生局部擠壓墻突出上游坡面的情況。

馬來西亞某特高壩一期面板以上擠壓墻突出40多cm、一期面板鋼筋被抬起的情況馬來西亞某特高壩壩體變形、擠壓墻突出引起一期面板以上止水片嚴(yán)重變形的情況

如果在面板施工后發(fā)生擠壓墻突出，面板被從下面頂推，可能使面板在擋水前就斷裂。

因擠壓墻不能與壩體協(xié)調(diào)變形，與墊層料之間脫空的現(xiàn)象就難以避免（國內(nèi)外幾座特高壩已經(jīng)發(fā)生）。如果脫空未被發(fā)現(xiàn)和妥善處理，面板擋水后可能在水壓力作用下發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞。所以說，擠壓墻不能與壩體協(xié)調(diào)變形是高壩、特高壩采用擠壓墻的最大問題。

巴西COMPOSNORDS面板壩(高202m)面板破壞情況鑒于上述情況，為了更好地解決面板堆石壩墊層料上游坡面的施工質(zhì)量和進(jìn)度，保證大壩安全，提高經(jīng)濟(jì)效益，降低工程造價(jià)，我們?cè)诮梃b冷卻塔翻模施工技術(shù)、碾壓混凝土加漿振搗技術(shù)、變態(tài)混凝土技術(shù)、加筋土技術(shù)和地錨等技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過采用結(jié)構(gòu)力學(xué)和土力學(xué)的方法進(jìn)行了理論分析和結(jié)構(gòu)計(jì)算，提出了面板堆石壩翻模固坡技術(shù)的構(gòu)想。2005年經(jīng)中國水電集團(tuán)公司批準(zhǔn)立項(xiàng)研究。2.翻模固坡技術(shù)原理在大壩上游坡面支立帶楔板的模板；在模板內(nèi)填筑墊層料；振動(dòng)碾初碾后拔出楔板，在模板與墊層料之間形成一定厚度的間隙；向此間隙內(nèi)灌注砂漿；再進(jìn)行終碾，由于模板的約束作用，使墊層料及其上游坡面防護(hù)層砂漿達(dá)到密實(shí)并且表面平整。模板隨墊層料的填筑而翻升。

3.翻模固坡技術(shù)試驗(yàn)研究2005年，我局在東北勘測(cè)設(shè)計(jì)院的配合下，對(duì)翻模固坡技術(shù)的構(gòu)想進(jìn)行了全面的試驗(yàn)研究工作，在雙溝水電站工地先后進(jìn)行了四場(chǎng)試驗(yàn)，獲得成功。試驗(yàn)的技術(shù)成果（1）翻模固坡技術(shù)采用三層模板。優(yōu)化后的模板尺寸合理，支立方便，具有足夠的剛度，保證碾壓后的墊層料防護(hù)層砂漿表面起伏差不超過20mm。

斜

試

坑

取

樣（2）采用級(jí)配良好的墊層料，每層填筑厚度40cm。采用YZ18振動(dòng)碾，碾壓8遍，碾磙邊緣距墊層料斜坡面邊沿不超過15cm。對(duì)墊層料采取垂直向、斜向取樣，干密度達(dá)到（2.26~2.32）g/cm3，大于設(shè)計(jì)值2.23g/cm3；孔隙率≤18%，相對(duì)密度為0.83~0.94；M5固坡砂漿抗壓強(qiáng)度為6.94MPa，均滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。斜試坑取樣（3）墊層料原位滲透試驗(yàn)結(jié)果，其滲透系數(shù)K=（6.41×10-4~2.35×10-3）cm/s，滿足墊層料滲透與反濾要求。（4）預(yù)埋壓力盒的觀測(cè)值顯示，墊層料及固坡砂漿碾壓后，壓力計(jì)平均穩(wěn)定值≥10.25kPa，大于相同深度墊層區(qū)的重力荷載值，表明模板對(duì)上游斜坡面墊層料具有擠壓作用。（5）采用鋼筋計(jì)觀測(cè)結(jié)果，模板拉筋的最大拉力值為2.40kN，與計(jì)算值2.91kN十分接近。

2005年11月，我們邀請(qǐng)了六位專家對(duì)此項(xiàng)新技術(shù)試驗(yàn)研究成果進(jìn)行了技術(shù)咨詢通過專家咨詢，并報(bào)建設(shè)單位批準(zhǔn)，最終確定:翻模固坡技術(shù)成果完全滿足擠壓墻的效果,在結(jié)構(gòu)、工程難度、成本等方便均優(yōu)于擠壓墻，可以應(yīng)用于面板堆石壩工程。

4.1工程概況雙溝水電站位于吉林省撫松縣境內(nèi)第二松花江支流松江河上。面板堆石壩最大壩高110m，壩頂長(zhǎng)294m，上游坡面總面積37000多m2，填筑總量250萬m3。大壩于2005年1月開工，2007年10月底已填筑至防浪墻底部。4、新技術(shù)成果在雙溝大壩施工中的應(yīng)用4.2施工程序

（1）模板支立

模

板

支

立

（2）墊層料填筑

（3）墊層料初碾

墊層料初碾

（4）拔出楔板

（5）灌注砂漿

（6）墊層料終碾

（7）下層模板翻升至最上層

4.3應(yīng)用效果

截止至2007年10月底，大壩填筑至586.00m高程，填筑高度106m。完成翻模固坡施工265層，完成砂漿固坡面積37600m2。施工質(zhì)量檢查結(jié)果：（1）墊層料填筑單元合格率100%，優(yōu)良率81%。（2）翻模固坡單元合格率100%，優(yōu)良率90%。（3）固坡砂漿強(qiáng)度試驗(yàn)平均值為4.95MPa，滲透系數(shù)實(shí)測(cè)平均值K=1.12×10－4cm/s，均滿足設(shè)計(jì)要求。

（4）墊層料平均干密度2.32g/cm3，滿足設(shè)計(jì)要求的2.23g/cm3。

（5）用2m直尺現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)砂漿固坡坡面不平整度，其最大值不超過20mm。

（6）大壩上游坡面與設(shè)計(jì)坡面的最大法向偏差值為－6.9cm～＋4.6cm，滿足施工規(guī)范“－8cm～＋5cm”的要求。

（7）大壩上游坡面整潔，無堆積物，隨時(shí)具備擋水渡汛條件。

翻模固坡形成的大壩上游坡面翻模固坡技施工過程影像.mpg5、工效分析翻模施工作業(yè)循環(huán)時(shí)間表工序測(cè)量放樣支（翻）模墊層料攤鋪墊層料初碾拔楔板灌注砂漿墊層料終碾合計(jì)作業(yè)時(shí)間（h）0．54320．53114注：已考慮各工序的交叉。100長(zhǎng)壩段單循環(huán)翻模作業(yè)投入勞動(dòng)力25人

雙溝混凝土面板堆石壩采用翻模固坡技術(shù)，平均每天完成1層、最快一天可完成1.5層墊層料填筑（每層垂直高度40cm），其工效完全能夠滿足大壩施工進(jìn)度要求。

6.機(jī)械設(shè)備配置表

7、施工安全

翻模施工中，在上游坡面設(shè)置雙層安全網(wǎng)，并隨作業(yè)面升高向上移設(shè)，以確保施工安全

。8.質(zhì)量保證措施（1）墊層料碾壓時(shí)，振動(dòng)碾滾筒邊緣充分靠近模板內(nèi)的墊層料上游邊沿，其距離不大于15cm。（2）砂漿灌注結(jié)束后，確保在砂漿初凝前完成終碾作業(yè)。（3）墊層料填筑時(shí)，對(duì)模板反坡下部的墊層料采用人工回填，防止架空。（4）翻模模板要具有足夠的剛度，并且調(diào)整靈活，拆裝方便。每層模板按測(cè)量放線進(jìn)行安裝。（5）固坡砂漿的設(shè)計(jì)強(qiáng)度按3~5MPa控制，滲透系數(shù)按K=i×10-4cm/s控制，砂漿稠度按1~2cm控制。（6）固定模板拉筋的錨筋布置在距墊層料上游邊沿65~70cm處。拉筋直徑不宜小于14mm。砂漿固坡外露拉筋在面板滑模施工過程中割斷，以減少對(duì)面板的約束。（7）選用大于15t的自行式振動(dòng)碾。振動(dòng)碾無法到達(dá)的部位，采用小型振動(dòng)機(jī)具壓實(shí)或人工夯實(shí)墊層料。（8）做好壩基反滲處理。（9）為了盡量減少砂漿固坡面與設(shè)計(jì)坡面的偏差，在進(jìn)行翻模測(cè)量放樣時(shí)，根據(jù)竣工期壩體變形位移值三維有限元計(jì)算結(jié)果進(jìn)行預(yù)留。9.效益分析9.1與混凝土擠壓邊墻技術(shù)相比較：（1）每平米上游坡面可降低造價(jià)28元。（2）施工進(jìn)度加快。（3）對(duì)面板的約束小，有利于面板防裂。（4）適應(yīng)壩體變形能力強(qiáng)，有利于面板的結(jié)構(gòu)安全。9.2與斜坡碾壓固坡法相比較：（1）簡(jiǎn)化工序，可縮短大壩施工直線工期2~3個(gè)月。（2）降低施工成本。（3）大壩上游坡面隨時(shí)具備擋水渡汛條件，工程渡汛安全性大大提高。9.3能做到壩體全斷面平起均衡上升，有利于保證壩體填筑質(zhì)量，加快大壩填筑施工速度。9.4壩體填筑施工對(duì)下部趾板作業(yè)面無干擾，有利于施工安全和加快施工進(jìn)度。9.5面板施工時(shí)，可利用砂漿固坡外露的模板拉筋頭作鋼筋架立筋的錨筋，節(jié)省另做錨筋的時(shí)間和費(fèi)用。

10、成果鑒定

2007年1月29日翻模固坡技術(shù)成果鑒定會(huì)在中國水電建設(shè)集團(tuán)公司召開。

鑒定意見要點(diǎn)如下：

①雙溝水電站110m高混凝土面板壩工程，首次采用翻模固坡新技術(shù)，提高了工程質(zhì)量、簡(jiǎn)化了工序、縮短了工期。應(yīng)用效果良好。

②該項(xiàng)技術(shù)的主要研究成果為：

提出了利用混凝土施工模板進(jìn)行面板堆石壩墊層料和固坡施工的新理念；研制了在墊層料中錨固、帶楔形板的新型翻升模板系統(tǒng)；研制了一套有效的施工工藝，實(shí)現(xiàn)了墊層料填筑與固坡砂漿一次成形。③該項(xiàng)技術(shù)能較好地適應(yīng)面板堆石壩的變形，有利于混凝土面板的防裂。施工工藝簡(jiǎn)單，改善了作業(yè)條件，填筑過程中壩體即具備擋水度汛條件，有利于工程安全。

④該項(xiàng)技術(shù)與常規(guī)的斜坡碾壓固坡法相比較，取消了超填、削坡、斜坡碾壓等項(xiàng)工序，縮短了工期，降低了成本；與原合同要求的混凝土擠壓邊墻相比較，每平米坡面降低造價(jià)約28元，雙溝大壩因此降低造價(jià)105萬元。經(jīng)濟(jì)效益顯著。

⑤該項(xiàng)技術(shù)屬自主創(chuàng)新，在面板堆石壩墊層料和固坡施工領(lǐng)域內(nèi)達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。具有良好的應(yīng)用前景，可在面板堆石壩工程中推廣。

面板堆石壩翻模固坡技術(shù)申請(qǐng)國家發(fā)明專利已被受理，已經(jīng)在2007年10月24日發(fā)布的發(fā)明專利公告中公布。

《面板堆石壩翻模固坡技術(shù)研究》

獲中國水電集團(tuán)公司2007年度科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)

2007年8月13日～15日，中國水電集團(tuán)公司在雙溝水電站工地召開了《面板堆石壩翻模固坡技術(shù)》科技成果推廣交流會(huì)。11.結(jié)束語

（1）面板堆石壩翻模固坡技術(shù)屬國內(nèi)外首創(chuàng)，應(yīng)用于雙溝大壩工程，取得了顯著的技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益，已被確定為中國水電集團(tuán)公司工法。該項(xiàng)技術(shù)成果具有非常廣闊的推廣前景，可以應(yīng)用于所有的面板堆石壩工程，尤其是高壩、特高壩工程的最佳選擇。（2）通過翻模固坡技術(shù)在雙溝大壩工程的應(yīng)用，體會(huì)到應(yīng)該在以下幾方面進(jìn)行完善和規(guī)范：