长河坝水电站大坝心墙铺筑与碾压施工设备综述

韩 兴，段 超

(中国水利水电第五工程局有限公司长河坝施工局，四川康定626001)



长河坝水电站大坝心墙铺筑与碾压施工设备综述

韩 兴，段 超

(中国水利水电第五工程局有限公司长河坝施工局，四川康定626001)

长河坝水电站大坝心墙区填筑施工具有填筑面平整度高、边线控制精确、施工效率高、油耗低等优点。通过碾压试验确定合理的施工参数并采用在碾压设备上安装GPS移动终端实现实时监控碾压机施工的参数，有效避免的漏压、欠压等质量隐患，大大提高了填筑面施工质量及生产效率。

砾石土心墙；摊铺；碾压；施工设备；长河坝水电站

1 工程概况

长河坝水电站拦河大坝为砾石土心墙堆石坝，最大坝高240 m，坝顶高程1 697.00 m，最大坝高240 m，坝顶长502.85 m，上、下游坝坡均为1∶2。大坝填筑料包括堆石、过渡层、反滤层、心墙砾石土、压重体等，总填筑量3 400万 m3，其中心墙砾石土约430万 m3。

工程施工前期技术人员针对长河坝工程土料的特性及对应的施工机具进行分析研究并通过大量的室内研究实验及生产性碾压试验，最终确定了各种坝料的施工参数(见表1)。

2 摊铺及碾压施工

2.1 施工设备主要性能

2.1.1 摊铺机具

长河坝大坝工程主要采用上海彭浦机器厂生产的PD320Y-1型履带式推土机，履带式推土机附着牵引力大，接地比压小(0.04～0.13 MPa)，爬坡能力强，但行驶速度低(一般作业速度6 km/h)，推土铲采用直倾铲。

表1 大坝填筑主要施工参数

料种名称铺料厚度/cm碾压机械行走速度/km·h-1碾压遍数堆石及岸边过渡料10026t平碾27±02静2+振8砾石土料3026t凸块碾25±02静2+振12反滤料3026t平碾27±02静2+振8过渡料5026t平碾27±02静2+振8高塑性粘土3018t平碾25±02静2+振6

平地机可进行路基、路面的整形，砾石或砂石路的维修，挖沟、草皮或表层土的剥离，修刮边坡，材料的推移、拌和、回填、铺平，配置推土铲、土耙、松土器、除雪犁、压路辊等辅属装置、作业机具时可进一步扩大使用范围，提高工作能力或完成特殊要求的作业。长河坝大坝工程施工中选用了德莱塞850型平地机，平地机主要由发动机、传动系统、机架、行走装置、工作装置和操纵系统组成。机架中间的弓背处装有油缸支架，上面安装刮刀升降油缸和牵引架引起油缸。铰接机架设有左右铰接转向油缸，用以改变或固定前后机架的相对位置。

为了提高行驶、牵引性能和作业性能，一般6轮平地机部在后桥每一侧前后布置两个车轮，但只用一个后桥。平衡箱串联传动就是将后桥半轴传出的动力，经串联传动分别传给中、后车轮。由于平衡箱结构有较好的摆动性，因面保证了每个中、后轮同时着地，有效地保证了平地机的附着牵引性能。平衡箱可大大提高平地机利刀作业平整性。平地机行驶速度约13 km/h，一般油耗为11 L/h。

2.1.2 碾压机具

心墙土料碾压施工是利用碾压机对土料施加外力，提高其密实度，迫使土料颗粒重新排列与相互靠近、大小颗粒能相互掺合以减少体积、碾碎大颗粒的棱角以减少空隙、挤出水分与空气以减少土料的孔隙率。当土中产生的剪切应力τ大于土的抗剪强度τf时，可以使土颗粒重新排列，土体压密变实。静荷载作用下，克服松散材料中固体颗粒间的滑动摩擦力、粘附力，排出空气，使各颗粒间相互靠近；动荷载作用下，振动压实骨料之间移动除要克服滑动摩擦外还要克服咬合摩擦(咬合摩擦是由于骨料与相邻骨料脱离咬合而产生的)。

振动凸块碾在压实土料时，不仅借助碾重与振动的作用，同时借助凸块插入土体时使土受到挤压和揉搓的联合作用。其碾压可以看做动压和静压的合力，使土体得到均匀的压实效果(或者可以理解为依靠重力和激振力进行压实)。

单钢轮振动压路机是目前国内外土石方工程中广泛应用的振动碾压设备，其采用全液压控制、双轮驱动、自行式结构，具有静线载荷大、压实影响深、作业效率高等特点，可以有效地压实各类砂土、砂砾石等非粘性土壤、碎石、块石、堆石等不同类型的铺层，更适用于水工大坝等高标准工程的土石方基础压实施工。本工程碾压机具主要选用三一重工股份有限公司生产的YZ26C型全液压单钢轮振动凸块振动碾作为填筑料的碾压机具。该振动凸块碾主要技术参数为：工作质量25 400 kg；振动轮静线载荷772 N/cm；振动频率27 Hz/ 31 Hz；激振力416 kN/275 kN；振动轮直径1 700 mm；振动轮宽度2 170 mm；行驶速度高速为0～10 km/h，低速为0～5 km/h；理论爬坡能力振动40%；转向角度±35°；最小转弯外直径12 000 mm。

该振动碾基本构造包括振动轮部分和驱动车部分，它们之间通过中心铰接架铰接在一起。采用铰接转向方式，以提高其通过性能和机动性能。其中振动轮总成由滚轮、偏心轴、调幅装置、减振块、驱动马达、振动轴承、振动马达、减速机、行驶轴承、轴承座、梅花板、左右连接支架等组成。单钢轮压路机振动轮结构见图1。

图1 振动轮结构示意

2.2 摊铺及碾压主要工艺控制

2.2.1 卸料

上一层砾石土面验收合格后，方能进行本层填筑面的填筑施工。为避免重车对心墙区砾石土料结合面造成剪切破坏，心墙区砾石土填筑时采用进占法进行卸料，即装有砾石土料的自卸汽车行走在正在摊铺的土料层面上将土料卸至摊铺面位置。同时为减少填筑各分区的相互影响，各层面填筑时，应做好各区上料路口及线路规划，保证填筑面有序施工。

2.2.2 摊铺

自卸汽车在摊铺面上完成卸料后，采用动力强劲的推土机快速完成摊铺面的摊铺粗平。粗平旨在有效时间段内将卸料面土料快速摊铺，摊铺厚度可控制在25～33 cm。

2.2.3 整平

根据推土机及平地机的性能特点，为提高长河坝水电站大坝填筑施工效率，并保证填筑作业面的快速流水施工，心墙区砾石土面根据摊铺、整平、碾压、检测分区块进行施工。采用现有PD320Y- 1型履带式推土机和德莱塞850平地机依次完成心墙区的快速优质摊铺和整平工序。当推土机完成一个区块的粗平后，推土机进行下一区块的粗平，而本区块则采用平整性能好，灵活机动性较强的平地机完成摊铺面的精平，精平后摊铺面层厚控制在设计要求的30 cm以内。

为验证采用推土机进行心墙土料摊铺及粗平后，平地机进行砾石土心墙料填筑面整平应用效果，施工中特以两个填筑层面为试验区(忽略上料强度等的影响因素)分别进行计算对比。计算过程如下：

(1)采用推土机进行摊铺及整平工序，推土机完成单车(20 m3)砾石土料需要进行至少4～5次的进退运动，完成单次进退推土机行驶约30 m。按照推土机行驶速度6 km/h，作业油耗31 L/h计算可得推土机摊铺及整平每20 000 m2(一个摊铺层面)，需要6 h，油耗186 L。

(2)采用平地机进行整平工序，推土机进行摊铺时只需要将卸料进行粗平。现场试验测试粗平时推土机完成单车(20 m3)砾石土料需要进行3次的前进后退运动，完成单次进退运动推土机行驶约30 m，推土机完成每20 000 m2粗平需4.5 h，油耗139.5 L。粗平后采用平地机进行快速整平即可满足要求。实际测量平地机有效作业宽度约3.5 m，平地机行驶速度约13 km/h，油耗11 L/h，计算所得平地机摊铺每20 000 m2，需要0.44 h，油耗4.84 L，因此采用推土机和平地机配合完成心墙土料的一个摊铺层面摊铺和整平共需4.94 h，油耗144.34 L。

采用平地机进行推土机粗平摊铺后的心墙区土料的整平，将大大提高施工效率，降低油料消耗。

2.2.4 碾压

填筑面完成整平后，采用振动凸块碾对心墙土料进行碾压。碾压施工开始时凸块入土深，接地压力小，压实土层的底部，随碾压遍数增加，凸块入土深度逐渐减小，接地压力增大，凸块与凸块之间的土被挤压揉搓，并不断翻松表层土体，使土体内气泡、水泡受到破坏，从而进一步增大了土体的密实程度，使土体得到压实。同时压实土层上部有被翻松的表层土，有利于上下层间的结合，可有效避免分层，也省去了刨毛工艺；同时借助机械的高频振动，使振动功能以压力波的形式传递至到土层较深层部位，土层中的颗粒经振动彼此分离，从而减少了颗粒间的摩阻力。在其自重和碾重的作用下，产生位移，相互填充。碾重、振动力及凸块的共同作用在土体中产生压力和剪切力，克服其粘结力和摩擦力，达到压实状态，使土体得到压实。

为保证碾压质量砾石土的碾压施工控制主要是对碾压设备型号、振动频率、行走速度、含水量、铺料厚度、碾压遍数进行控制(碾压试验确定的参数)。长河坝水电站大坝填筑施工中填筑料碾压施工参数全部采用GPS监控系统进行实时控制，即碾压设备均安装了高精度GPS移动终端，碾压过程记录数据通过基站进行信号处理和信息传送，可通过现场的监控室对碾压设备的碾压过程进行实时监控，碾压合格率应达到95%以上，方可能结束碾压工序。

2.2.5 边角部位处理

基于平地机刀片可多角度灵活可调等特点，平地机对控制填边角及边界位置精确摊铺等提高质量效果明显。采用推土机进行边界部位摊铺时，由于铲刀刀角功能及布料情况限制，推土机摊铺后的边界部位一般会留下30 cm左右高的料坎，极易造成料种边界的相互侵占。施工中利用平地机刀铲回转驱动装置带动回转圈，回转圈再带动耳板，耳板通过滑轨带动完成刮刀回转。根据料坎情况控制完成对平地机刀铲回转，使刀铲形成一定的水平倾斜角度快速的将料坎料拨回相应的填筑区，以实现料种(土-砂、反1-反2、)边界区的精确摊铺。具体施工过程及示意如2所示。

图2 心墙砾石土料施工工艺示意

3 结 语

长河坝水电站大坝心墙区填筑施工过程中采用推土机完成摊铺面粗平，平地机进行心墙区快速精平，施工具有填筑面平整度高、边线控制精确、施工效率高、油耗低等优点。通过碾压试验确定合理的施工参数并在碾压设备上安装GPS移动终端实时监控碾压机施工参数，有效避免漏压、欠压等质量隐患，大大提高了填筑面施工质量及生产效率。

长河坝水电站大坝填筑施工中通过对推土机、平地机、振动碾等施工机具施工性能的充分研究及运用都很大程度上提高了砾石土心墙区的填筑施工效率，保证和提高了填筑施工质量。

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(责任编辑 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

韩兴(1986—)，男，河北保定人，助理工程师，从事水电工程施工技术与管理工作．

TV641.41(271)

A

0559- 9342(2016)10- 0073- 03