混凝土挤压边墙在泽城西安水电站中的应用

刘建华

1 工程概况

山西省泽城西安水电站(二期)工程地处山西省晋中市左权县境内的清漳河干流上。地理坐标为东经113°00＇～114°00＇，北纬36°40＇～37°20＇，电站枢纽工程距左权县县城约35 km，坝址在清漳河东、西两源汇合处以下约4．0 km。大坝为混凝土面板堆石坝，坝体填筑包括上游粉细砂铺盖填筑、上游石渣盖重填筑、垫层料填筑、特殊垫层料填筑、过渡料填筑、主堆石料填筑等。坝体填筑工程量:粉细砂铺盖17 800 m3，石渣盖重58 600 m3，垫层料30 000 m3，特殊垫层料4 531 m3，过渡料71 500 m3，主堆石料766 700 m3。

泽城西安水电站工程是我省第一座面板堆石坝，大坝上游坝坡垫层料外边坡原设计为斜坡碾压，喷涂5 cm厚水泥砂浆。项目法人单位、设计单位、监理单位、施工单位对此高度重视，多次咨询了有关方面的专家，项目法人单位并组织施工单位、监理单位、设计单位去苗家坝水电站现场观摩学习了施工技术，并现场咨询了有关专家。最后参建各方一致认为垫层料处边缘用挤压混凝土边墙施工不仅能加快施工进度，还能提高垫层料填筑质量。为此，泽城西安水电站(二期)工程混凝土面板堆石坝外边缘涂层变更为挤压混凝土边墙。

2 挤压边墙施工机械及主要施工参数

2． 1 设计思路

混凝土挤压边墙技术是在每填一层垫层料之前，沿着设计断面用挤压边墙机制作出一个半透水的连续的混凝土小墙，待混凝土凝固后在其内侧按设计要求铺填大坝垫层料，接着用振动碾垂直碾压垫层料，本层料物碾压合格后重复以上工序。以更改消除传统施工方法存在垫层料斜坡面密实度难以保证、上游坡面施工工序复杂、坡面长期无防护容易受水冲刷、垫层料超填等不利因素。

2． 2 挤压机械

通过调查，我们选择了陕西省水电工程局集团公司研制生产的挤压边墙机。它包含四个部分:动力系统，柴油发动机作为动力系统用挤压方式驱动设备前行;转向系统，挤压机前进过程中，控制行走方向;混凝土挤压入仓，混凝土卸入料斗后，通过螺旋浆搅拌将混凝土挤压到模板仓内，通过安装的机械振捣系统充分振捣，以确保混凝土的密实性和浇筑质量;边墙机模板，按照挤压墙的设计尺寸制作的固定模板。挤压机技术参数见表1。

表1 挤压机主要技术参数

2． 3 挤压式边墙断面设计

泽城西安水电站工程面板堆石坝挤压边墙断面为梯形，断面尺寸设计为:墙高40 cm，与碾压后的垫层料厚度一致，上游坡比为1∶1．5，与大坝上游迎水面坡比一致，内侧坡比为8∶1，以便垫层料碾压，底部宽度为75 cm，顶宽为10 cm。实践证明，这种断面形式有利于挤压成型，也可满足垫层料铺填碾压的约束要求。挤压墙设计断面如图1所示。

图1 挤压式边墙截面示意图

2． 4 挤压边墙混凝土配合比

挤压边墙混凝土强度等级设计为C5。水泥采用山西华宝集团潞州水泥制造有限公司生产的矿渣硅酸盐水泥32．5，其物理、力学性能合格;砂子采用河北邢台的天然砂，其物理试验成果合格;石子采用左权筛分料厂生产的5 mm～25 mm的小石，其物理力学试验成果合格;外加剂采用太原市方佳科技有限公司生产的FJ速凝剂(液体)。根据砂、石原材料情况，进行了配合比试验。通过试验最终选定的配合比见表2。

表2 挤压边墙混凝土配合比

3 挤压边墙施工工艺

3． 1 大坝填筑施工流程

泽城西安水电站面板堆石坝采用挤压墙技术后，坝体填筑顺序采用“先细后粗”法进行施工，即:垫层区→过渡层区→堆石区。施工流程见图2，图2 中1，2，3，4，5 为坝料填筑顺序。

图2 先细后粗法填筑顺序

3． 2 挤压边墙施工程序

1)场地平整。垫层料摊铺碾压合格后，其表面应尽可能平整，平整度控制在±1．5 cm范围内。

2)测量放线。该线平行于设计坡面，用以指导挤压机行进方向，使成型的挤压墙平直，位置精确。使用细线，每隔8 m～10 m用铁钉固定在垫层料表面。

3)挤压机就位。挤压机由吊车吊运至预定位置，就位后使其内侧边沿紧贴测量放线线绳，扭动螺栓进行调平，并用水平尺检查，使挤压机出口高度为40 cm。

4)成墙施工。在挤压机进料口后方平台放置速凝剂添加器，内已装好按比例加水稀释的速凝剂。发动挤压机，混凝土运输车运送已拌制好的混凝土熟料就位。将混凝土均匀地放入挤压机进料口，同时打开速凝剂添加剂开关，使速凝剂按计算好的流速流入进料口，通过挤压机的搅拌挤压，使速凝剂基本上可以均匀地掺入混凝土内。

混凝土运输车应与挤压机同步前进并连续卸料。行进速度应控制在50 m/h～60 m/h。挤压机行走路线以前沿内侧边沿靠线为准，并根据实际情况通过导向轮作适当调整，以保证成墙后墙体平直、位置准确。

5)两端与趾板接口处理。由于挤压机本身占用一定长度，因此成墙不能与两端混凝土趾板连接，该部位人工立模进行浇筑，每层铺料10 cm，人工捣实，与趾板结合部位加强振捣。

6)缺陷处理。对于施工中出现的错台、倒塌现象应挂线用砂浆抹平加以处理，对于错台超出设计线的部分，人工凿除抹灰处理。

3． 3 挤压边墙施工要点

1)挤压墙施工前，垫层料的碾压检测必须合格，而且靠近坝面90 cm内必须精心整平，不平整度距设计高程在±3 cm以内。

2)混凝土搅拌车直接卸料入挤压机进料仓，卸料速度应均匀连续，以将挤压机行走速度控制在50 m/h～60 m/h为宜，在卸料的同时按配比掺加高效速凝剂，使挤压墙混凝土强度能在2 h内满足垫层料的填筑碾压要求。

3)挤压墙之间搭接部位最好用砂浆人工找平，若直接用混凝土修补，将来修整挤压墙表面时，后补的混凝土很容易被损坏，造成挤压墙坡面处理的工作量加大。

4)挤压边墙施工浇筑宜紧靠左、右两岸趾板部位，对于挤压机无法浇筑到的部位，应及时采用人工钢模浇筑成型。

5)为减少挤压边墙对面板的约束和增强挤压边墙适应填筑体的变形，在浇筑面板之前，可在挤压边墙表面喷涂乳化沥青。

4 采用挤压边墙施工的优点

通过泽城西安水电站混凝土挤压式边墙的应用，可看出采用挤压边墙具有以下优点:

1)垫层料的碾压质量可得到充分保证。

2)大坝施工进度得到明显提高。挤压边墙施工速度可达50 m/h～60 m/h，在混凝土成型2 h～3 h后即可进行垫层料的填铺碾压，两者几乎可同步上升。泽城西安水电站采用挤压边墙后，大坝填筑工期比合同工期提前两个月。

3)垫层料不需要超填，也不需要进行坡面修整和斜坡碾压等危险作业，施工的安全性大大提高。

4)挤压墙使得工序和施工设备、机具得到简化。传统工艺需要的坡面平整和碾压设备、沥青喷涂设备、水泥砂浆施工模具等被挤压机取代，人工整修作业大为减少。

5)对大型工程尤其是导流标准高的工程，可提供一个抵御冲刷的上游坡面，从而使得导流度汛的安全性提高，避免了雨水对上游坡面的冲刷。

5 有待改善和研究的问题

从泽城西安水电站工程对挤压墙的应用来看，挤压墙施工技术在以下几方面尚待改善和继续研究:

1)上游坡面的平整度控制和层与层之间的平顺搭接。

2)现有施工机械和施工方法无法保证挤压墙内部和表面密度的均匀性。

3)改善挤压墙的体型和技术参数，加以表面防渗处理，取代混凝土面板，是一个值得研究的课题。

6 结语

山西泽城西安水电站面板堆石坝采用了挤压边墙施工技术，加快了工程进度，缩短了工期，保证了工程质量，大大地提高了企业的经济效益与社会效益。挤压边墙施工技术值得在面板堆石坝工程中推广应用。