潘口水電站面板堆石壩擠壓邊墻施工技術

許東林，秦 赫

（1.漢江水電開發有限責任公司，湖北 丹江口 442700；2.丹江口水力發電廠，湖北 丹江口 442700）

1 工程概況

潘口水電站位于湖北省十堰市竹山縣境內，地處堵河干流上游河段，壩址距竹山縣城13 km，經鮑峽鎮至十堰公路里程162 km。工程開發任務以發電、防洪為主，電站建成后還具有增加南水北調中線可調水量、提高南水北調的供水保證率、改善庫區通航條件等綜合利用效益。水庫正常蓄水位355.00 m，相應庫容19.70億m3，總庫容23.38億m3，調節庫容11.20億m3，為完全年調節水庫。電站裝機2臺，總裝機容量500 MW。

潘口水電站為一等大（1）型工程。樞紐建筑物主要由混凝土面板堆石壩、右岸岸邊開敞式溢洪道、右岸泄洪洞、左岸引水隧洞、地面廠房和開關站等組成。混凝土面板堆石壩布置在潘口河口上游約1.2 km。壩頂高程362.0 m，趾板最低建基面高程248 m，最大壩高114.0 m。壩頂寬9.2 m，上下游壩坡均為1∶1.4，下游壩坡在高程333.0 m、308.0 m處各設置一條2.0 m寬的馬道，在高程283.0 m處設置一條5.0 m寬的馬道，下游綜合坡比1∶1.482。

混凝土面板堆石壩是目前我國水利水電工程中的主要壩型之一，但大壩上游面墊層施工采用的傳統方法存在缺陷，即斜坡碾壓難以保證墊層區的質量，工序多而復雜，交叉作業干擾大，特別是人工削坡費時費力，與大壩壩體填筑施工存在矛盾，直接影響了工程進度和施工質量。

擠壓式邊墻護坡技術是借鑒道路園林工程中道沿機的擠壓滑模原理，創出的一種面板壩墊層料坡面施工的新技術。1999年首先在巴西埃塔(ITA)面板堆石壩施工中使用，并取得成功。該技術具有能保證墊層料壓實質量、提高坡面防護能力以及施工簡便等特點，已經成為面板壩施工的一種新技術。

2 混凝土擠壓墻的施工技術要求及混凝土配合比

潘口水電站擠壓邊墻設計底高程為248.0 m，頂高程為358.0 m，擠壓式邊墻混凝土共275層（每層高40 cm），共41 426 m2，計混凝土10 239 m3。斷面為梯形，邊墻外側坡比1∶1.4，內側坡比8∶1，頂寬10 cm，底寬71.2 cm，墻高40 cm，與碾壓后的墊層料厚度一致。

混凝土擠壓邊墻典型斷面見圖1。

圖1 擠壓邊墻典型斷面圖Fig.1 Typical section of the crushing side wall

2.1 基本施工條件

（1）為保證邊墻密實度均勻，墊層的密實度必須均勻；

（2）為保證擠壓墻斷面尺寸不變，墊層（2A料）必須碾壓平整，不能有起伏，也不得有凸出的大石料，墊層平面誤差控制在±3 cm；

（3）擠壓墻混凝土骨料最大粒徑不大于2 cm；

（4）由于邊墻擠壓機對混凝土的配合比較敏感，為保證成型邊墻的透水性和強度指標，應通過試驗確定擠壓混凝土的配合比和添加劑等參數。

2.2 邊墻混凝土施工技術要求

（1）根據潘口工程設計技術文件要求，擠壓墻上游坡面偏差控制在0～-15 cm之內；

（2）邊墻上游坡面平整度用3 m直尺檢查，其誤差不大于2～3 cm；

（3）邊墻上游坡面不允許存在突坎，施工時形成的層間錯臺應打磨或用M5的水泥砂漿填補抹平，填補的砂漿坡度不緩于1∶10，打磨填補應僅限于局部范圍，連續面積不大于1.0 m2，且每層總的打磨或填補面積不大于總面積的20%。

2.3 擠壓邊墻混凝土的配合比

本工程擠壓邊墻混凝土按一級配干硬性混凝土配合比設計，根據實驗室室內材料試驗推薦配合比，經現場復核驗證后，確定擠壓墻施工原材料的各項指標和配合比。混凝土原材料如下：（1）砂石骨料采用潘口鄉人工料場生產的砂石料；（2）水泥采用普通硅酸鹽水泥；（3）速凝劑采用SA160（瑞士產）液態速凝劑。

最終的擠壓墻混凝土配合比見表1。

表1 擠壓邊墻混凝土施工配合比表Table 1:Mix proportion of the crushing wall concrete

3 混凝土擠壓墻擠壓機械

工程采用的邊墻擠壓機是本項目的施工承包人——中國水電建設集團十五工程局有限公司（原陜工局）制造的BJY－40型邊墻擠壓機。該設備設計原理比較先進，能夠滿足設計要求，總體來說，在施工質量要求等各方面基本滿足混凝土擠壓墻的技術要求。邊墻擠壓機主要參數見表2。

表2 邊墻擠壓機主要機械參數Table 2:Main indexes of the side wall extrusion machine

3.1 邊墻擠壓機基本結構

邊墻擠壓機由后輪、成型倉、攪龍倉、動力倉、液壓系統和前輪及轉向機構六大部分組成。成型倉、攪龍倉、動力倉三段之間用螺栓聯結成一體，成型腔兩側各有一個后輪；前輪及轉向機構焊接在動力倉的前端，液壓系統在動力倉內。

3.2 擠壓機工作原理

邊墻擠壓機運用“連續式壓移原理”（圖2），液壓泵將柴油機的機械能轉換成液壓能，一路通過低速大扭矩液壓馬達驅動攪龍旋轉，將進入攪龍倉的混凝土拌和料輸送到成型腔；另一路通過液壓馬達驅動振動器，使成型腔中的拌和料產生高頻振動。成型腔內拌和料在攪龍擠壓力和振動器激振力的綜合作用下，充滿成型腔，并達到設定的密實程度，在攪龍軸向推力的作用下，邊墻擠壓機以密實的混凝土為支撐向前移動，機后連續形成梯形斷面形狀的混凝土邊墻。

圖2 擠壓機工作原理Fig.2 Working principle of the extrusion machine

當混凝土拌和料均勻進入攪龍倉時，邊墻擠壓機勻速前進，機后勻速形成設定密實度的混凝土邊墻；當拌和料斷續進入攪龍倉時，邊墻擠壓機的前進速度為變值；當拌和料停止供給，邊墻擠壓機的前進速度為零。即邊墻擠壓機的前進速度為無控自動調節，調節的前提條件是成型腔內拌和料達到設定的密實程度。

混凝土邊墻的密實程度可以按需要設定。邊墻擠壓機向前移動的前提條件是成型腔內密實拌和料的支反力等于機器前進的各種阻力之和，通過調整成型倉內配重數量和前輪的支撐高度可改變成型腔內拌和料與模板之間的摩擦阻力，摩擦阻力是前進總阻力的主要組成，總阻力減小，拌和料的密實程度降低，反之，拌和料的密實程度增加。

4 擠壓邊墻混凝土施工

4.1 施工準備

（1）編制混凝土擠壓墻施工技術措施及安全措施；

（2）對施工人員進行技術和質量、安全交底；

（3）吊運擠壓機到施工現場并對其進行必要的檢查，發現問題及時解決。

4.2 混凝土擠壓邊墻與墊層料施工工序流程

每填筑一層墊層料之前，用擠壓式邊墻機制作出一個半透水的混凝土墻，然后在其內側按設計鋪填墊層料，碾壓合格后再制作上層邊墻，進行下一道工序，混凝土擠壓邊墻與墊層料施工工序流程見圖3。

4.3 混凝土擠壓邊墻施工方法

（1）場地平整

墊層料攤鋪壓實后，人工對擠壓邊墻機行走區域進行修補整平，平整度控制在±1.5 cm范圍內。

（2）測量放線

邊墻施工前，根據邊墻擠壓機的寬度，在其內側放樣出一條平行于壩軸線的直線，每10 m左右用鋼釘將細線固定在墊層料表面，用于指導擠壓機的行進方向，使成型的擠壓邊墻平直、位置準確。

（3）擠壓機就位

將擠壓機吊運至預定位置，就位后使其內側邊沿緊貼測量放樣出的細線，并用水平尺檢查，將擠壓機調平。

圖3 混凝土擠壓邊墻與墊層料施工工藝流程圖Fig.3 Construction process of the concrete crushing side wall and cushion material

（4）擠壓邊墻混凝土施工

①混凝土由6.0 m3罐車運至現場，并沿擠壓邊墻走向停放，在開動擠壓機后，隨擠壓機同步前進，行走速度控制在40～60 m/h，均勻連續卸料至擠壓機料倉并在卸料過程中摻加高效速凝劑（其摻量為水泥用量的4%）。

②混凝土擠壓邊墻：擠壓機行走以其內側放樣出的細線為準，根據行走過程的偏差情況作適當調整；同時，檢查已擠壓成型邊墻的結構尺寸，并隨時調整擠壓機內外側調平螺栓，使擠壓邊墻上游坡比及高度滿足設計要求。

③擠壓邊墻與壩肩趾板接口處，由于擠壓機不能到達，采用人工內側立模，澆筑同標號混凝土。

④對施工中出現的錯臺（小于1cm）、鼓包、坍塌等現象，分別采取砂漿抹平、鑿除抹灰及立模補澆混凝土等措施進行處理。

4.4 擠壓墻施工的質量控制

擠壓式混凝土邊墻是一種新工藝，目前尚沒有規范的質量控制標準，筆者根據潘口電站面板壩擠壓式混凝土邊墻的施工情況，提出以下幾點：

（1）把握好混凝土配合比和拌制質量，其總的原則是低強度、低彈模、適當的滲透性、易于成型及方便施工。

（2）施工場地的平整度控制在±1.5 cm以內。（3）成墻后上游側斜面位置與設計坡面位置誤差應控制在5 cm以內。

（4）擠壓墻施工2 h后可進行過渡料、墊層料的攤鋪碾壓施工，但不能對墻體造成任何破壞，如有損壞應及時進行修復。對墊層料的碾壓要求用靜壓。

（5）墻體混凝土應進行適當的現場取樣，并進行不同齡期的強度、彈性模量及滲透性試驗，以便指導施工。

5 結 語

混凝土面板堆石壩上游坡面的施工是控制壩體填筑進度和影響壩體質量的關鍵環節。混凝土擠壓式邊墻護坡技術是面板堆石壩上游坡面施工的新方法，相對于其它施工方法來說，有如下優點：

（1）簡化了墊層料的施工工序，保證和提高了墊層的施工質量，降低了施工成本。

（2）施工簡單方便，各工序銜接比較緊密，加快了施工進度。擠壓機的標定速度為40～80 m/h，實際施工中，擠壓速度一般在35～50 m/h之間，雖然比標定值略低，但還是能滿足大壩的填筑上升速度，確保了壩體的安全度汛。

（3）若采用傳統方法施工，就無法避免暴雨對墊層料和坡面的沖刷，而且對沖溝的處理方法和處理質量均不能讓人滿意。采用擠壓墻作為護坡，有效改善了暴雨對坡面的沖刷，不但保證了墊層料的填筑質量，也降低了坡面處理的施工費用。

（4）避免了填筑過程中上游邊坡滾石和斜坡碾壓高邊坡作業，提高了施工安全性。

[1]DL/T 5144-2001,水工混凝土施工規范[S].北京：中國電力出版社，2002.

[2]DL/T 5157-1996,水工混凝土結構設計規范[S].湖北人民出版社，1997.

[3]DL/T 5150-2001,水工混凝土試驗規程[S].北京：中國電力出版社，2002.

[4]DL/T5128-2009,混凝土面板堆石壩施工規范[S].