异型夯板固坡法在守口堡胶凝砂砾石坝工程中的应用

(山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006)

胶凝砂砾石坝是近年来出现的新坝型，可就地取材，快速施工，同时对筑坝材料、施工工艺以及坝基的要求降低，施工基本实现零弃料，凸显了在适应环境、减轻生态破坏方面所具有的优势，得到了国际坝工界的重视。目前，我国相继进行了一些围堰工程的试验性应用。山西省守口堡水库工程首次将该坝型应用在永久工程中，被水利部确定为科研试验坝。

异型夯板固坡施工方法，是2013年山西省水利建筑工程局自主研制的，拥有自主知识产权，并在守口堡水库胶凝砂砾石坝施工中进行了成功应用，为胶凝砂砾石坝的大力推广应用奠定了施工技术基础。胶凝砂砾石坝是利用胶凝材料和砂砾石料，经拌和、摊铺、振动碾压形成的，其施工工艺与传统土石坝类似，异型夯板固坡方法提高了胶凝砂砾石坝的施工质量，节约了施工成本，加快了施工进度。

1 工程概况

守口堡水库位于山西大同阳高县黑水河上游，水库总库容980万m3，兴利库容423万m3，水库是一座以工业供水、农业灌溉及防洪为主，兼顾生态供水的综合利用小(1)型、Ⅳ等水库工程。水库工程实施后，可为工业供水640万m3，改善农业灌溉面积2.74万亩，50%年份供水687万m3。保护水库下游阳高县城和沿河三个乡镇34个行政村9.03万人、13.37万亩耕地的生命财产安全，改善两岸的生态环境，社会效益非常显著。

由于坝址区砂砾料储量丰富，河谷地形开阔，开采条件好，适宜修建胶凝砂砾石坝。设计胶凝砂砾石坝坝顶长366m，最大坝高61.40m，大坝主体为胶凝砂砾石，上下游防渗保护均采用常态混凝土。

2 固坡方案选定

传统的土石坝边坡施工普遍采用“削坡法”“模板固坡法”“挤压边墙固坡法”等施工方法，但对于胶凝砂砾石坝施工，若采用以上方法进行边坡施工，在工程质量、进度、成本及施工安全等方面将存在不同程度的弊端，因此，需要开发适合胶凝砂砾石工程实际的固坡方法。异型夯板固坡施工法作为一种很好的胶凝砂砾石固坡方法在守口堡工程中首次采用，取得了良好的效果。异型夯板固坡法适用于胶凝砂砾石及碾压混凝土坝、围堰、堤防等建筑物边坡的固坡施工。

3 原材料与设备

胶凝砂砾石的材料组成主要有水泥、掺和料、砂砾石、水、外加剂等。砂浆的材料组成有水泥、细骨料、水、外加剂等。水泥一般采用P.O 42.5水泥，质量满足《通用硅酸盐水泥》(GB 175—2007)相关规定。掺和料主要为粉煤灰，其质量满足《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T 1596—2005)相关规定。砂砾料质量要求符合《胶结颗粒料筑坝技术导则》(SL 678—2014)的要求。细骨料宜选用级配良好的中粗砂，其性能指标应符合《水工混凝土施工规范》(SL 677—2014)相关规定。拌和水质遵守《混凝土用水标准》(JGJ 63—2006)的相关规定。外加剂应符合《混凝土外加剂》(GB 8076—2008)的相关规定，考虑和水泥的相溶性。该工法中使用的主要设备及器具见下表。

4 异型夯板用于胶凝砂砾石固坡施工流程

以“快速、经济、安全”为原则进行边坡固坡处理，首先初步成型，然后定型夯实，为下一步施工提供保障，施工工艺流程主要包括6个方面(见图1、图2)。

主要设备及器具表

图1 异型夯板固坡法施工工艺流程

图2 异型夯板固坡法施工

4.1 层面处理

在铺筑第一层胶凝砂砾料前，对基础面进行找平及清理，每层胶凝砂砾料铺筑前，应进行层面处理，铺筑间隔时间在直接铺筑时间内的，可直接铺筑胶凝砂砾石；铺筑间隔时间在加垫层铺筑允许时间内时，先铺设高一强度等级的砂浆垫层，再进行胶凝砂砾石的施工；超过允许铺垫层时间的，将表面浮浆及松动骨料等清理冲洗干净，铺设高一强度等级的砂浆垫层后，再进行胶凝砂砾石的施工。

4.2 测量放线

每层胶凝砂砾料铺筑前，测量人员需使用测量仪器按设计图纸放出胶凝砂砾料铺筑边线，用红油漆等标明边线位置。

4.3 装料及铺料

每层胶凝砂砾料铺筑前，用挖掘机将铺料箱吊至指定位置，铺料箱边缘与标线对齐，并接通振动板电源，铺料箱前进方向与坝体胶凝砂砾石铺料方向一致。用装载机从料堆处将胶凝砂砾料铲运到铺料箱内，装载机每装满一箱料，用挖掘机顺标线方向向前牵引铺料箱并打开振动器开关，每次牵引距离以保证铺料箱内料堆高度不低于出料口高度为准。如此连续作业，使铺料箱铺筑初次固坡成型。

4.4 异型夯板夯实

铺料箱铺好条带后，待坝体胶凝砂砾石摊平后，由挖掘机液压系统提供动力的异型夯板按试验得出的施工参数进行夯实。

4.5 碾压

当一条带胶凝砂砾料铺筑完成后，采用26t单钢轮光轮振动碾沿铺筑方向搭接静压2遍，再振动碾压6遍，振动碾行走速度控制在1.50km/h以内。

4.6 检测

检测项目为表观密度，采用核子密度仪或挖坑灌水法进行检测。

5 质量控制

施工前，进行胶凝砂砾石、砂浆配合比设计及优化，其表观密度、抗压强度等指标应满足设计要求。拌和站设专职试验、质检人员，严格把关，严格按批准的配合比进行配料，控制胶凝砂砾石和砂浆的拌和质量。

施工过程中，砂浆铺设厚度需按设计要求及试验参数控制；铺料箱垂向行走方向的底部钢板留有足够空隙，防止行进时破坏铺好的砂浆面；砂浆铺设后尽快进行铺料箱铺料。控制挖掘机牵引铺料箱沿标准线行进，保证水平行走偏差控制在设计要求范围内；行走速度控制在试验施工参数以内，保证出料饱满和边坡表面平整。铺料长度不宜过长，应和坝体胶凝砂砾石摊铺相匹配逐段施工。异型夯板夯实频率、夯实时间等按试验所得施工参数控制。夯实后的边坡应及时用核子密度仪进行表观密度的检测，如有不合格，及时补充夯实。新铺设的胶凝砂砾石及砂浆，严防雨淋；外界温度较高时，为防止风干，宜进行喷雾加湿处理。

6 经济效益分析

守口堡水库大坝采用异型夯板与铺料箱组合固坡施工方法有效地保证了工程质量和施工进度，与传统固坡方法相比，既保证了边坡尺寸，同时降低了施工成本，缩短了施工工期。施工运用中受到监理单位、设计单位、建设单位一致好评，取得了很好的社会效益和经济效益，大大降低了施工成本。成本计算以守口堡水库大坝工程为例，按每天两班作业进行。该工程采用该方法平均每天处理边坡166m，根据原始工程数据统计，对其工程费用折算成延米费用后与现有技术固坡费用进行比较(人工、机械、材料费用按2016年6—7月市场价格进行计算)。

6.1 与削坡法比较

人工费：削坡法每班8人，该方法每班1人，降低人工费2×(8-1)×150/166=12.70元/m；机械费：削坡法每班需装载机1台、挖掘机1台、20t自卸汽车1台，该方法每班需ZL50装载机1台、挖掘机1台，节省机械费2×(1×2136)/166=25.70元/m；材料费：节省超填和挖除多余胶凝砂砾石0.25m3；降低材料费0.25×110=27.50元/m；综合后，降低施工成本约65.90元/m。

6.2 与模板固坡法比较

人工费：模板固坡法每班6人，该方法每班1人，降低人工费2×(6-1)×150/166=9元/m；机械费：模板固坡法每班需25t起重机1台、8m3混凝土罐车1台、高频振捣棒1组、水泥搅拌桶1套，该方法每班需ZL50装载机1台、PC220挖机1台，节省机械费(2×1×2676+1×3736+1×210+1×200-1×3288-1×2280)/166=15.10元/m；材料费：节省变态混凝土0.50m3，节省模板0.58m2，降低材料费0.50×(290-98)+0.58×20=107.60元/m。综合后，降低施工成本约131.70元/m。

6.3 与挤压边墙固坡法比较

人工费：挤压边墙固坡法每班8人，该方法每班1人，降低人工费2×(8-1)×150/166=12.70元/m；机械费：挤压边墙固坡法每班需边墙挤压机1台、8m3混凝土罐车1台、高频振捣棒1组、水泥搅拌桶1套，该方法每班需ZL50装载机1台、PC220挖机1台，节省机械费(2×1×2796+1×3732+1×210+1×960+1×200-1×3288-1×2280)/166=28.10元/m；材料费：节省挤压边墙混凝土0.17m3和变态混凝土0.43m3，降低材料费0.17×(300-98)+0.43×(290-98)=115.90元/m。综合后，降低施工成本约156.70元/m。

7 结 语

在守口堡水库大坝主体胶凝砂砾石填筑过程中，边坡采用异型夯板固坡工艺进行施工后，2016年共完成胶凝砂砾石填筑24万m3，加快了施工进度。综合分析异型夯板固坡法具有如下优点：与传统的固坡方法相比，单米成本降低65～156元；实现了胶凝砂砾石的连续作业，大大提高了摊铺速度，给相邻上下游面板防渗体混凝土提供了工作面，使胶凝砂砾石和上下游面板混凝土同步上升，加快了大坝填筑速度；减少人机交叉作业，减少了安全隐患；免除了人工支模、铺筑加浆振捣变态混凝土等工序，工序简单，便于操作；避免了削坡法施工引起的超填料废弃，对环境保护起到积极作用，环保效益明显。