長河壩水電站大壩心墻鋪筑與碾壓施工設備綜述

韓 興，段 超

(中國水利水電第五工程局有限公司長河壩施工局，四川康定626001)

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長河壩水電站大壩心墻鋪筑與碾壓施工設備綜述

韓 興，段 超

(中國水利水電第五工程局有限公司長河壩施工局，四川康定626001)

長河壩水電站大壩心墻區填筑施工具有填筑面平整度高、邊線控制精確、施工效率高、油耗低等優點。通過碾壓試驗確定合理的施工參數并采用在碾壓設備上安裝GPS移動終端實現實時監控碾壓機施工的參數，有效避免的漏壓、欠壓等質量隱患，大大提高了填筑面施工質量及生產效率。

礫石土心墻；攤鋪；碾壓；施工設備；長河壩水電站

1 工程概況

長河壩水電站攔河大壩為礫石土心墻堆石壩，最大壩高240 m，壩頂高程1 697.00 m，最大壩高240 m，壩頂長502.85 m，上、下游壩坡均為1∶2。大壩填筑料包括堆石、過渡層、反濾層、心墻礫石土、壓重體等，總填筑量3 400萬 m3，其中心墻礫石土約430萬 m3。

工程施工前期技術人員針對長河壩工程土料的特性及對應的施工機具進行分析研究并通過大量的室內研究實驗及生產性碾壓試驗，最終確定了各種壩料的施工參數(見表1)。

2 攤鋪及碾壓施工

2.1 施工設備主要性能

2.1.1 攤鋪機具

長河壩大壩工程主要采用上海彭浦機器廠生產的PD320Y-1型履帶式推土機，履帶式推土機附著牽引力大，接地比壓小(0.04～0.13 MPa)，爬坡能力強，但行駛速度低(一般作業速度6 km/h)，推土鏟采用直傾鏟。

表1 大壩填筑主要施工參數

料種名稱鋪料厚度/cm碾壓機械行走速度/km·h-1碾壓遍數堆石及岸邊過渡料10026t平碾27±02靜2+振8礫石土料3026t凸塊碾25±02靜2+振12反濾料3026t平碾27±02靜2+振8過渡料5026t平碾27±02靜2+振8高塑性粘土3018t平碾25±02靜2+振6

平地機可進行路基、路面的整形，礫石或砂石路的維修，挖溝、草皮或表層土的剝離，修刮邊坡，材料的推移、拌和、回填、鋪平，配置推土鏟、土耙、松土器、除雪犁、壓路輥等輔屬裝置、作業機具時可進一步擴大使用范圍，提高工作能力或完成特殊要求的作業。長河壩大壩工程施工中選用了德萊塞850型平地機，平地機主要由發動機、傳動系統、機架、行走裝置、工作裝置和操縱系統組成。機架中間的弓背處裝有油缸支架，上面安裝刮刀升降油缸和牽引架引起油缸。鉸接機架設有左右鉸接轉向油缸，用以改變或固定前后機架的相對位置。

為了提高行駛、牽引性能和作業性能，一般6輪平地機部在后橋每一側前后布置兩個車輪，但只用一個后橋。平衡箱串聯傳動就是將后橋半軸傳出的動力，經串聯傳動分別傳給中、后車輪。由于平衡箱結構有較好的擺動性，因面保證了每個中、后輪同時著地，有效地保證了平地機的附著牽引性能。平衡箱可大大提高平地機利刀作業平整性。平地機行駛速度約13 km/h，一般油耗為11 L/h。

2.1.2 碾壓機具

心墻土料碾壓施工是利用碾壓機對土料施加外力，提高其密實度，迫使土料顆粒重新排列與相互靠近、大小顆粒能相互摻合以減少體積、碾碎大顆粒的棱角以減少空隙、擠出水分與空氣以減少土料的孔隙率。當土中產生的剪切應力τ大于土的抗剪強度τf時，可以使土顆粒重新排列，土體壓密變實。靜荷載作用下，克服松散材料中固體顆粒間的滑動摩擦力、粘附力，排出空氣，使各顆粒間相互靠近；動荷載作用下，振動壓實骨料之間移動除要克服滑動摩擦外還要克服咬合摩擦(咬合摩擦是由于骨料與相鄰骨料脫離咬合而產生的)。

振動凸塊碾在壓實土料時，不僅借助碾重與振動的作用，同時借助凸塊插入土體時使土受到擠壓和揉搓的聯合作用。其碾壓可以看做動壓和靜壓的合力，使土體得到均勻的壓實效果(或者可以理解為依靠重力和激振力進行壓實)。

單鋼輪振動壓路機是目前國內外土石方工程中廣泛應用的振動碾壓設備，其采用全液壓控制、雙輪驅動、自行式結構，具有靜線載荷大、壓實影響深、作業效率高等特點，可以有效地壓實各類砂土、砂礫石等非粘性土壤、碎石、塊石、堆石等不同類型的鋪層，更適用于水工大壩等高標準工程的土石方基礎壓實施工。本工程碾壓機具主要選用三一重工股份有限公司生產的YZ26C型全液壓單鋼輪振動凸塊振動碾作為填筑料的碾壓機具。該振動凸塊碾主要技術參數為：工作質量25 400 kg；振動輪靜線載荷772 N/cm；振動頻率27 Hz/ 31 Hz；激振力416 kN/275 kN；振動輪直徑1 700 mm；振動輪寬度2 170 mm；行駛速度高速為0～10 km/h，低速為0～5 km/h；理論爬坡能力振動40%；轉向角度±35°；最小轉彎外直徑12 000 mm。

該振動碾基本構造包括振動輪部分和驅動車部分，它們之間通過中心鉸接架鉸接在一起。采用鉸接轉向方式，以提高其通過性能和機動性能。其中振動輪總成由滾輪、偏心軸、調幅裝置、減振塊、驅動馬達、振動軸承、振動馬達、減速機、行駛軸承、軸承座、梅花板、左右連接支架等組成。單鋼輪壓路機振動輪結構見圖1。

圖1 振動輪結構示意

2.2 攤鋪及碾壓主要工藝控制

2.2.1 卸料

上一層礫石土面驗收合格后，方能進行本層填筑面的填筑施工。為避免重車對心墻區礫石土料結合面造成剪切破壞，心墻區礫石土填筑時采用進占法進行卸料，即裝有礫石土料的自卸汽車行走在正在攤鋪的土料層面上將土料卸至攤鋪面位置。同時為減少填筑各分區的相互影響，各層面填筑時，應做好各區上料路口及線路規劃，保證填筑面有序施工。

2.2.2 攤鋪

自卸汽車在攤鋪面上完成卸料后，采用動力強勁的推土機快速完成攤鋪面的攤鋪粗平。粗平旨在有效時間段內將卸料面土料快速攤鋪，攤鋪厚度可控制在25～33 cm。

2.2.3 整平

根據推土機及平地機的性能特點，為提高長河壩水電站大壩填筑施工效率，并保證填筑作業面的快速流水施工，心墻區礫石土面根據攤鋪、整平、碾壓、檢測分區塊進行施工。采用現有PD320Y- 1型履帶式推土機和德萊塞850平地機依次完成心墻區的快速優質攤鋪和整平工序。當推土機完成一個區塊的粗平后，推土機進行下一區塊的粗平，而本區塊則采用平整性能好，靈活機動性較強的平地機完成攤鋪面的精平，精平后攤鋪面層厚控制在設計要求的30 cm以內。

為驗證采用推土機進行心墻土料攤鋪及粗平后，平地機進行礫石土心墻料填筑面整平應用效果，施工中特以兩個填筑層面為試驗區(忽略上料強度等的影響因素)分別進行計算對比。計算過程如下：

(1)采用推土機進行攤鋪及整平工序，推土機完成單車(20 m3)礫石土料需要進行至少4～5次的進退運動，完成單次進退推土機行駛約30 m。按照推土機行駛速度6 km/h，作業油耗31 L/h計算可得推土機攤鋪及整平每20 000 m2(一個攤鋪層面)，需要6 h，油耗186 L。

(2)采用平地機進行整平工序，推土機進行攤鋪時只需要將卸料進行粗平。現場試驗測試粗平時推土機完成單車(20 m3)礫石土料需要進行3次的前進后退運動，完成單次進退運動推土機行駛約30 m，推土機完成每20 000 m2粗平需4.5 h，油耗139.5 L。粗平后采用平地機進行快速整平即可滿足要求。實際測量平地機有效作業寬度約3.5 m，平地機行駛速度約13 km/h，油耗11 L/h，計算所得平地機攤鋪每20 000 m2，需要0.44 h，油耗4.84 L，因此采用推土機和平地機配合完成心墻土料的一個攤鋪層面攤鋪和整平共需4.94 h，油耗144.34 L。

采用平地機進行推土機粗平攤鋪后的心墻區土料的整平，將大大提高施工效率，降低油料消耗。

2.2.4 碾壓

填筑面完成整平后，采用振動凸塊碾對心墻土料進行碾壓。碾壓施工開始時凸塊入土深，接地壓力小，壓實土層的底部，隨碾壓遍數增加，凸塊入土深度逐漸減小，接地壓力增大，凸塊與凸塊之間的土被擠壓揉搓，并不斷翻松表層土體，使土體內氣泡、水泡受到破壞，從而進一步增大了土體的密實程度，使土體得到壓實。同時壓實土層上部有被翻松的表層土，有利于上下層間的結合，可有效避免分層，也省去了刨毛工藝；同時借助機械的高頻振動，使振動功能以壓力波的形式傳遞至到土層較深層部位，土層中的顆粒經振動彼此分離，從而減少了顆粒間的摩阻力。在其自重和碾重的作用下，產生位移，相互填充。碾重、振動力及凸塊的共同作用在土體中產生壓力和剪切力，克服其粘結力和摩擦力，達到壓實狀態，使土體得到壓實。

為保證碾壓質量礫石土的碾壓施工控制主要是對碾壓設備型號、振動頻率、行走速度、含水量、鋪料厚度、碾壓遍數進行控制(碾壓試驗確定的參數)。長河壩水電站大壩填筑施工中填筑料碾壓施工參數全部采用GPS監控系統進行實時控制，即碾壓設備均安裝了高精度GPS移動終端，碾壓過程記錄數據通過基站進行信號處理和信息傳送，可通過現場的監控室對碾壓設備的碾壓過程進行實時監控，碾壓合格率應達到95%以上，方可能結束碾壓工序。

2.2.5 邊角部位處理

基于平地機刀片可多角度靈活可調等特點，平地機對控制填邊角及邊界位置精確攤鋪等提高質量效果明顯。采用推土機進行邊界部位攤鋪時，由于鏟刀刀角功能及布料情況限制，推土機攤鋪后的邊界部位一般會留下30 cm左右高的料坎，極易造成料種邊界的相互侵占。施工中利用平地機刀鏟回轉驅動裝置帶動回轉圈，回轉圈再帶動耳板，耳板通過滑軌帶動完成刮刀回轉。根據料坎情況控制完成對平地機刀鏟回轉，使刀鏟形成一定的水平傾斜角度快速的將料坎料撥回相應的填筑區，以實現料種(土-砂、反1-反2、)邊界區的精確攤鋪。具體施工過程及示意如2所示。

圖2 心墻礫石土料施工工藝示意

3 結 語

長河壩水電站大壩心墻區填筑施工過程中采用推土機完成攤鋪面粗平，平地機進行心墻區快速精平，施工具有填筑面平整度高、邊線控制精確、施工效率高、油耗低等優點。通過碾壓試驗確定合理的施工參數并在碾壓設備上安裝GPS移動終端實時監控碾壓機施工參數，有效避免漏壓、欠壓等質量隱患，大大提高了填筑面施工質量及生產效率。

長河壩水電站大壩填筑施工中通過對推土機、平地機、振動碾等施工機具施工性能的充分研究及運用都很大程度上提高了礫石土心墻區的填筑施工效率，保證和提高了填筑施工質量。

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(責任編輯 高 瑜)

Review of Dam Core Wall Paving and Compaction Equipments in Changheba Hydropower Station

HAN Xing, DUAN Chao

(Changheba Construction Department, Sinohydro Bureau 5 Co., Ltd., Kangding 626001, Sichuan, China)

The construction of core wall of dam in Changheba Hydropower Station must meet the requirements of high filling surface flatness, precise border control, high construction efficiency and low fuel consumption. Based on rolling compaction tests, rational construction parameters are determined, and the GPS mobile terminals installed on compaction equipments are used to monitor construction parameters in real-time. These measures can effectively prevent the quality risks of compaction missing or under compaction and greatly improve filling construction quality and efficiency．

gravel soil core wall; paving; compaction; construction equipment; Changheba Hydropower Station

2016- 07- 22

韓興(1986—)，男，河北保定人，助理工程師，從事水電工程施工技術與管理工作．

TV641.41(271)

A

0559- 9342(2016)10- 0073- 03