飞仙关水电站胶凝砂砾石(CSG)筑坝技术施工研究

王显利 孙营

摘要：CSG筑坝是采用水和少量的胶凝材料（水泥和粉煤灰）与砂、砾石或河卵石拌和，经振动压实，固结后成为挡水建筑物。飞仙关水电站工程所处位置枯洪水位变化显著，且必须采用分期导流的方式，才能实现砼旱地施工，加上工程所在位置场地狭窄，施工导流布置非常困难。采用了胶凝砂砾石碾压砼，以减小围堰边坡，缩小围堰断面，从而确保明渠过流断面，同时也解决了抗冲防渗问题。

关键词：水电站；胶凝砂砾石；筑坝技术；施工研究

中图分类号：TU74文献标识码： A

一 、工程概况

四川华能飞仙关水电站工程位于四川省雅安市庐山县飞仙关镇侧的青衣江河段上，为青衣江干流梯级开发的第一级，下一级为已建的雨城电站。挡水发电枢纽布置从左至右依次为：左岸非溢流坝段、安装间及副厂房坝段、主厂房坝段、冲砂泄洪闸坝段、右岸非溢流坝段等；电站装机容量2×50MW；合同要求2010年3月20日开工，2013年12月31竣工，总工期50个月；各主要建筑物均建基于岩基。

由于工程所处位置枯洪水位变化显著，且必须采用分期导流的方式，才能实现砼旱地施工，加上工程所在位置场地狭窄，施工导流布置非常困难。

为此，本工程在一期纵向围堰上采用了胶凝砂砾石碾压砼（原技术方案采用钢筋笼护坡粘土心墙土石围堰），以减小围堰边坡，缩小围堰断面，从而确保明渠过流断面，同时也解决了抗冲防渗问题。2010年10月～2011年2月为施工时段，堰顶全长约335m，迎水面和背水面坡度为1:0.6，高度约12m。

二 、胶凝砂砾石碾压砼具体内容

1、应用前景

胶凝砂砾石筑坝(CSG)技术，起源国外，但国内科研院校已经投入一定力量进行研究，同时已在少量的临时工程中得到了应用。CSG是近年来我国正悄然兴起的一种新型的筑坝材料，CSG坝是采用水和少量的胶凝材料（水泥和粉煤灰）与砂、砾石或河卵石拌和，经振动压实，固结后成为挡水建筑物。是继碾压混凝土坝、堆石面板坝之后的又一新坝型。但由于CSG与碾压混凝土、松散的砂砾石有着本质的不同，因此，决定了CSG坝的施工工艺与碾压混凝土坝和堆石面板坝的施工工艺不完全相同。前者采用了更加通用性的施工设备，施工布置十分方便，因而也更加简单和合理。在水电工程的临时围堰及中低坝中应用前景广阔。

通过借鉴国内外已有工程的实践经验和成果，经过技术攻关、室内试验、现场碾压试验，将此项技术应用于飞仙关水电站一期纵向围堰中，主要解决一期纵向围堰的设计、试验、施工工艺，满足围堰稳定与防冲等关键技术，目的在于解决飞仙关水电站一期导流纵向围堰的防冲稳定问题，使得胶凝砂砾石(CSG)筑坝技术能在水电行业中得到进一步的推广应用。从材料的选择、配比试验、现场碾压工艺试验，以及到施工应用，总结成功的经验和要发展的方向。

2、具体措施

（1）概述

为便于纵向围堰施工，首先填筑临时围堰，形成右岸小基坑，然后进行围堰内排水，并进行砂砾石基础段粘土截水槽开挖、粘土填筑及钢筋笼石护脚，随后开始纵向围堰施工。纵向围堰施工至EL606m高程后，立即组织进行高喷防渗施工，结束后，再进行纵向围堰施工。

胶凝砂砾石层厚虚铺50cm。围堰迎水面采用防冲层（即变态混凝土），防冲层厚度控制在50cm左右。

（2）施工工艺

碾压胶凝砂砾石施工工艺流程图

（3）施工工艺描述

1）基础及层间处理

纵向围堰的建基面部分在基岩上，其余的在砂砾石层上。在碾压胶凝砂砾石施工之前，清除基础面上的杂物、泥土、松动岩块等，并排除积水。

胶凝砂砾石层面应在初凝前进行覆盖。施工时应控制碾压面暴露的时间不要太长，并直接进行上层覆盖施工。由于碾压胶凝砂砾石的高强度特性，在碾压后短时间内就进行上层覆盖，可以不用铺洒水泥净浆或砂浆等过渡料。

施工缝处理：为了提高碾压层间的结合效果，覆盖前在旧层面上洒上一层水泥净浆或一层水泥砂浆。

2）测量放线

测量人员严格按照一枯导截流施工图纸，准确的测放出围堰的边、中、高程线以及模板位置线，严格控制每层填筑厚度和填筑边线。

3）模板

纵向围堰总高约12m，下部10m采用3*3m翻身模板；随碾压胶凝砂砾石施工进行连续翻升。剩余2米使用建筑钢模板，现场拼装。模板的制作应满足施工图纸要求的建筑物结构外形，其制作偏差不应超过规范的要求。

模板施工工序：模板表面清理→涂刷脱模剂→模板安装→模板支撑加固→验收

技术要求：模板施工前必须将表面砂浆等清理干净，并检查模板平整度，合格后才允许用于施工，涂刷脱模剂时要涂刷均匀，不能漏涂，安装时要按围堰边线进行安装，支撑要牢固防止跑模。碾压胶凝砂砾石施工时要配备看看守人员，随时检查模板支撑情况，发现问题及时处理。

4） 胶凝砂砾石的入仓和碾压

① 胶凝砂砾石的入仓

由于胶凝砂砾石的粒径大且不规则、进仓速度、效率、灵活性等因素，以15t自卸汽车直接入仓为首选。在施工中，随着纵向堰体不断升高，从上横临时围堰处修建进仓道路；自卸汽车在回转平台处从进仓道路倒运入仓号，进仓前必须采用水槽将车轮污垢清理干净。

②胶凝砂砾石碾压

通过试验确定每层碾压厚度为50cm ,碾压遍数2遍（静）+6遍（动）。由于胶凝砂砾石中含有大直径骨料，因此采用通仓平层碾压。入仓后的胶凝砂砾石拌和料在仓内均匀分点堆放，堆料之间间距根据碾压层的厚度决定。采用推土机将胶凝砂砾石料推平，人工辅助平仓方式。13t双钢轮碾作为压实机械。其中有振碾压次数、采用的振幅、振动碾行走速度的选择通过碾压实验确定。碾压结果从现场观察应看到胶凝砂砾石表面有泛浆出现为佳。

双钢轮碾碾压不到的部位，采用HB60汽油夯夯实平整。

5）变态混凝土施工

变态混凝土是在碾压胶凝砂砾石摊铺过程中铺洒水泥浆，而形成富浆混凝土；灰浆的水灰比控制在0.55。变态混凝土铺料常采取人工辅助摊铺平整。

变态混凝土的振捣在邻近的碾压胶凝砂砾石碾压完后进行。振捣时采用Ф70软轴式振捣器。振捣一般要求在加浆15min之后进行，振捣时间控制在25—30 s之间，振捣时振捣器插入下层的深度要达到10 cm以上。在与碾压胶凝砂砾石搭接部位处要求高频振捣器向碾压胶凝砂砾石一侧振捣，使两者互相融混密实。对于变态混凝土与碾压胶凝砂砾石部搭接凸出部分，采用HB60汽油夯碾压平整。

6）养护

碾压胶凝砂砾石在碾压后6～18h内开始洒水养护。

三、应用情况以及成果分析

1、应用情况

纵向围堰施工至EL606.0高程，长度约194.5m, 碾压后胶凝砂砾石料约15431m3。经过两个月的运行，并安排专人进行观测，其防冲砼面层，不存在被冲破的痕迹；围堰变形观测点观测数值均在允许范围内，2010年11月15日～2011年1月14日，最大累计沉降量1.3cm。同时，胶凝砂砾石的成功运用为左岸主体工程施工创造了更大的工作面。

纵向围堰运行状况

2、成果分析

（1）设备人员的统计分析

碾压混凝土设备人员统计表

日期 人数（人） 设备（台） 方量（100m3） 备注

白班 夜班 自卸车 反铲 装载机 白班 夜班

2010-10-18 12 12 4 2 2 1 3

2010-10-19 12 12 4 2 2 6 5

2010-10-20 12 12 5 2 2 7 7

2010-10-21 12 12 6 2 2 8 4

2010-10-22 下雨

2010-10-23 下雨

2010-10-24 12 12 8 2 2 5 8

2010-10-25 12 12 4 2 2 4 2

2010-10-26 12 4 2 2 4 下午

开始阻工

2010-10-27 阻工

2010-10-28 阻工

2010-10-29 阻工

2010-10-30 12 12 4 2 2 4 4

2010-10-31 12 12 6 2 2 8 5

2010-11-1 无砂石料

2010-11-2 无砂石料

2010-11-3 12 12 6 2 2 5 8

2010-11-4 12 12 6 2 2 7 5

2010-11-5 12 12 5 2 2 6 3

2010-11-6 12 5 2 2 7

2010-11-7 12 11 6 2 2 5 8

2010-11-8 12 11 5 2 2 8 3

2010-11-9 12 11 6 2 2 5 3

2010-11-10 12 11 6 2 2 10 6

合计 174

根据现场实际情况，碾压砼拌和场地与施工现场实际距离为850m。考虑外界因素影响，根据碾压砼设备人员统计表，设备最优配合：2台1.6m3液压反铲、2台ZL50装载机、6台15t自卸汽车，拆水泥12人/班、1台SD22推土机、1台13t双钢轮振动碾。工作效率最大为1600m3/天，最小为1200m3/天。根据砼施工方量和施工时间，前段碾压砼施工效率1023m3/天。

（2）材料用量分析

现一期纵向围堰已经填筑至EL606.0高程，长度约194.5m。

根据现场实际情况，试验阶段：天然砂砾石砼拌制约47.25m3，压实后，方量约41.58m3。施工阶段（截止截流前）：天然砂砾石砼拌制方量约17400m3；碾压后，经测量，完成砼方量约15431m3。 其中施工过程中，一期纵向围堰最下部80cm厚，采用90kg/m3的胶凝材料进行拌和；上部胶凝材料拌和参数为80kg/m3，其中变态砼胶凝材料用量约28t/100m3。

经计算，理论材料用量：水泥约832t，粉煤灰约832t，外加剂约8.32t

现场实际消耗材料：水泥约833t，粉煤灰约833.5t，外加剂约8.33t。

（3）试验结果分析

1)碾压遍数与密度的关系曲线

（胶材60kg/m3） 试验阶段密度与碾压遍数关系

（胶材80 kg/m3） 试验阶段密度与碾压遍数关系

（胶材100 kg/m3） 试验阶段密度与碾压遍数关系

经过对比分析，采用80kg/m3胶凝材料，静压两遍动压6遍的碾压参数。

（胶材80 kg/m3）施工阶段层数与密度情况

2)碾压遍数与压实后沉降量的关系曲线（虚铺厚度45cm）

试验阶段

2)每层压实后平均沉降量曲线图（虚铺厚度45cm）

施工阶段（碾压8遍）

每层平均沉降量曲线图

经对比，试验阶段和施工阶段碾压后沉降量基本吻合。

四、综合分析

通过借鉴国内外已有工程的实践经验和成果，经过技术攻关、室内试验、现场碾压试验，胶凝砂砾石（CSG）筑坝新技术已在飞仙关水电站一期纵向围堰中的应用。该项新技术的应用，不仅使围堰本身质量得以保证，同时，加快施工进度，节省资金投入。

施工进度、质量方面：采用胶凝砂砾石（CSG）筑坝，一方面减少了土石围堰迎水面大量的铅丝笼防护，同时减少土石围堰中间的防渗结构（难度大，质量不容易保证），从而大大的节省了工期，为按期截流提供了先决条件。现一期纵向围堰已施工至EL606.0高程，一方面外观质量满足要求，同时，现阶段，纵向围堰防渗效果非常好。

经济效益方面：经过对胶凝砂砾石(CSG)纵向围堰与原设计土石围堰相比较，从降低工程造价上是有利的，原土石围堰体积大，围堰外侧钢筋笼石护坡量大，而胶凝砂砾石围堰与土石围堰相比较节约50余万元。