阿爾塔什大壩擠壓邊墻定型模板的研制與應用

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 工程概述

阿爾塔什水利樞紐工程是新疆葉爾羌河干流山區下游河段的控制性水利樞紐，被譽為“新疆三峽”工程。水庫總庫容22.49億m3，正常蓄水位1820m，最大壩高164.8m，電站裝機容量755MW。

阿爾塔什水利樞紐工程是國家172項重大水利工程，也是新疆最大的水利工程，由于在設計、施工等方面面臨諸多技術難點，被業內專家稱為“新疆的三峽工程”。

混凝土擠壓式邊墻斷面結構為不對稱梯形，其主要作用是防止墊層料底部因碾壓不達標而形成空腔，對面板產生不利影響。擠壓邊墻墻身高度40cm,上游坡比1∶1.7，與大壩墊層料、過渡料坡比一致，頂部寬度為10cm，底部寬度為83cm，內側坡比為8∶1。擠壓邊墻設計混凝土強度為3～5MPa，彈性模量3000～5000MPa，滲透系數10-3～10-4cm/s，其施工斷面結構如圖1所示。岸坡結合部位擠壓墻采用傳統人工架模成型不但施工質量差，而且施工進度緩慢。為了解決這一問題，我們研制了一種擠壓邊墻定型模板裝置，采用機械化施工代替人工操作，不但可保證擠壓邊墻的施工質量和進度，而且可以減少操作人員的投入，降低施工成本。

圖1 擠壓邊墻斷面結構 (單位：mm)

2 岸坡部位擠壓邊墻的施工現狀

在擠壓邊墻實際施工過程中，由于擠壓邊墻機只能單向行走，靠近岸坡部位存在3～4m無法采用擠壓邊墻機成型的邊角部位，邊角部位只能采用人工架模成型。人工按照擠壓邊墻成型尺寸進行模板支立、固定，所用混凝土與機械擠壓混凝土配合比一致，由拌和站提供，罐車運至現場。壓實方式為人工用夯錘夯實，分層厚度不大于20cm。輪廓尺寸與擠壓邊墻斷面一致，使擠壓邊墻端頭與趾板連接，基本不留縫隙。該部位可適量增加速凝劑的用量，以提高其早期強度，便于成型。由于采用人工架模成型擠壓邊墻，直接導致了成型后的擠壓邊墻外觀質量較差，實測干密度、外觀平整度均難以達到設計技術要求，一次驗收合格率較低，返工處理工程量大且耗時較長，不僅增加了項目部施工成本的投入，而且影響施工質量和進度。

3 擠壓邊墻定型模板的研制及特點

在阿爾塔什大壩擠壓邊墻岸坡結合部位使用新研制開發的擠壓邊墻定型模板，根據設計圖紙要求擠壓邊墻的干密度不小于2.15t/m3，定型模板采用了兩個附著式振搗器對擠壓邊墻混凝土進行振搗，避免了擠壓邊墻施工干密度不滿足設計要求的問題，確保了工程施工質量。定型模板的安裝、拆除方便，可降低人工架模施工的難度及強度，提升了施工效率，加快了施工進度。 定型模板使用壽命長 ,經濟優勢明顯，周轉性能強,在岸坡部位的擠壓邊墻施工中具有極大的優勢。

圖2 新研制的擠壓邊墻定型模板結構示意圖

3.1 擠壓邊墻定型模板的結構型式

新研制的擠壓邊墻定型模板結構示意見圖2。新型擠壓邊墻定型模板用于擠壓邊墻靠岸坡兩側混凝土施工,安裝方便、可周轉使用,解決了岸坡部位擠壓邊墻成型質量差的問題。通過渦輪絲杠升降機和工業合頁實現斜向模板的自由轉動，采用3m3裝載機進行吊裝解決擠壓邊墻成型后的脫模問題。定型模板外模上采用附著式振動器進行振動壓實。振動器與鋼模板間增加一層緩沖鋼板，避免振動器與鋼模板直接連接，增加模板使用壽命。振動器與緩沖模板間采用高強螺栓進行連接，避免產生脫落現象；豎向鋼板按擠壓邊墻高度制作，斜向鋼板長度按擠壓邊墻坡度及高度計算、加工。在橫向連接鋼板下部安裝工業合頁將豎向鋼板、斜向鋼板連接成可活動的整體；豎向固定鋼板上部加工為帶孔結構，下部坡度同擠壓邊墻坡度，將豎向固定鋼板分別焊接在橫向連接鋼板、斜向鋼板上，在其上部預留孔上安裝連接插銷將渦輪絲杠升降機固定于豎向固定鋼板上；緩沖鋼板和附著式振動器間采用螺栓連接，緩沖鋼板與豎向、斜向鋼板采用焊接連接，最后對支撐鋼板與豎向鋼板間底部采用雙面焊接，加固角鋼與豎向鋼板、斜向鋼板采用焊接連接，形成可反復使用的擠壓邊墻定型模板。

3.2 擠壓邊墻定型模板的安裝與應用

擠壓邊墻定型模板安裝前將渦輪絲杠升降機調整至收縮狀態，使斜向模板處于放松狀態。采用3m3裝載機吊裝擠壓邊墻定型模板于安裝位置就位；根據擠壓邊墻定型模板長度確定岸坡部位擠壓邊墻預留長度，以便與已施工完成的擠壓邊墻平順搭接；調整渦輪絲杠升降機至伸長狀態，檢查斜向模板坡度是否符合擠壓邊墻坡度要求。檢查完成后進行擠壓邊墻混凝土澆筑施工；混凝土采用分層振搗密實的方法進行施工。混凝土施工完成后將模板渦輪絲杠升降機調整至收縮狀態，模板與擠壓邊墻間形成間隙后，進行定型模板的拆除吊裝。對拆下的擠壓邊墻定型模板進行清理保養后,可在擠壓邊墻另一側構件或上層擠壓邊墻上重復利用。

3.3 主要參數的確定

3.3.1 渦輪絲杠升降機設計

首先確定渦輪絲杠升降機總當量荷載WS=Wmaxfs，WS=3.25kN，單臺當量荷載W=WS/(Sfd)(其中S=2,fd=0.95)，W=1.71kN；根據現場升降機的移動范圍進行量測，最終確定升降機絲桿的總行程為L=370mm。經研究決定選擇SWL1型渦輪絲桿升降機，其技術參數為起升力20kN、功率0.18kW、起升速度0.7m/min。數量選擇為兩臺，連接形式如圖3所示。

圖3 渦輪絲杠升降機結構示意圖

3.3.2 確定倉壁振搗器型號

項目部對市場電動振搗器進行了調查，倉壁振搗器的振動力傳遞范圍為4～5m，電機功率、適合倉壁厚度、激振力等參數見表1。

表1 倉壁振搗器技術參數

根據模板設計鋼板厚度10mm進行相應的倉壁振搗器選型，選擇規格為ZFB-9型的倉壁振搗器，其電機功率0.75kW、激振力4kN。擠壓邊墻澆筑厚度為 0.1～0.83m，自上而下遞增，澆筑厚度較厚，為確保振動效果，在背面及斜面各配置一臺電動振搗器。最終選擇電動振搗器，規格、數量為：電動振搗器規格為ZFB-9型，電機功率0.75kW、激振力4kN，數量為兩臺。兩臺倉壁振搗器對稱安裝在倉壁的兩個側面上，安裝位置應上下錯開50～100mm，以避免互相干擾,并綜合考慮澆筑擠壓邊墻尺寸。振搗器布設位置如圖4所示。

圖4 電動振動器設計布置

3.3.3 確定振搗時間

對選定的倉壁振搗器進行了振動器現場振動試驗，對兩個振搗器在不同距離、不同振搗時間等參數下的試驗結果進行了統計，見表2。

表2 現場振動試驗結果統計

通過試驗統計數據可以看出，在振動160s和180s后，擠壓邊墻干密度能達到設計不小于2.15g/cm3的要求。

為了確保擠壓邊墻的施工質量，項目部在施工現場分別采用160s、180s兩種振動時間進行了現場多次生產性試驗，并對成型后的擠壓邊墻干密度、合格率進行統計分析，試驗結果統計見表3。

表3 現場生產性試驗結果統計

現場生產性試驗統計發現，采用160s振動時間，擠壓邊墻干密度合格率為87.5%；采用180s振動時間，擠壓邊墻干密度合格率為100%。為了確保施工完成的擠壓邊墻干密度滿足設計要求，將擠壓邊墻振動時間參數確定為180s。

4 使用效果及評價

擠壓邊墻定型模板在阿爾塔什大壩岸坡部位施工中應用已一年多，實踐證明，采用定型模板后，岸坡部位擠壓邊墻表面平整度、干密度均滿足設計技術要求，邊角部位無掉角、脫塊現象，大幅度提升了岸坡部位擠壓邊墻一次驗收合格率，降低了擠壓邊墻二次處理、用工人數及原材料損失費用。阿爾塔什大壩工程在岸坡部位擠壓邊墻施工中采用定型模板后，不僅降低了施工成本，而且為2017年百年度汛目標提前5天實現、年度壩體填筑量超1200萬m3、月平均填筑強度超130萬m3奠定了良好的基礎。由于其在混凝土面板堆石壩擠壓邊墻施工過程中具有的優點及廣泛適用性，可在今后類似工程施工中推廣使用。