胶凝砂砾石筑坝施工关键技术浅析

2019-09-05

四川水利 2019年4期

(四川省都江堰东风渠管理处，成都，610081)

胶凝砂砾料筑坝的施工技术在一定程度上和碾压混凝土的施工方法一致，但是在防渗功能和指标设计方面也存在不同。具体来说，胶凝砂砾石筑坝技术是在碾压混凝土筑坝技术的基础上更新和优化而来的。胶凝砂砾料筑坝技术不仅可以大大提高建筑材料的利用率，而且在很大程度上使坝体的稳固性得到保障。本文就针对胶凝砂砾石筑坝施工的关键技术进行详细论述和分析。

1 胶凝砂砾石筑坝技术发展现状

胶凝砂砾石是J.M拉菲尔于1970年首先提出，在《最优重力坝》的论文中建议使用胶凝砂砾石材料筑坝。1988年法国的隆德提出碾压硬填方的施工方法填筑成胶凝砂砾石坝。后来，日本建设了多座胶凝砂砾石坝，将胶凝材料和水加到容易获得的开挖废弃料等岩石基材中，进行拌合后采用堆石坝施工技术进行碾压施工。这种新坝型充分利用了施工过程中产生的弃料，减小了对周边环境的影响。由于其对筑坝材料、施工工艺以及坝基要求降低，大坝施工基本实现了零弃料，凸显了在适应环境、减轻环境破坏方面的优点，得到国际坝工界的重视。

我国在上世纪末才开展胶凝砂砾石筑坝的技术研究，华北水利水电学院、武汉大学和中国水电科学研究院等单位对其技术展开了深入的分析，根据胶凝砂砾坝筑坝材料的特点、防渗系统、施工技术和大坝稳定性和应力问题展开了全面化的探究[1]。中国水利水电科学研究院、福建省水利水电勘测设计院和中国水利水电第十六工程局分别在2004年担任科研咨询单位、设计单位和施工单位，在三个部门的共同努力下，福建尤溪街面水电站下游围堰顺利建成，这也是我国第一次对胶凝砂砾石筑坝的尝试。

经过多年的施工经验积累和技术进一步的优化，我国在胶凝砂砾料筑坝方面已经取得了一定的成绩。例如功果桥水电站、洪口水电站和飞仙关水电站等围堰工程顺利建成，其他围堰工程也在计划当中。

表1 我国部分胶凝砂砾料围堰工程

2 胶凝砂砾料筑坝技术特点

砂砾料筑坝施工技术在一定程度上和碾压混凝土坝施工方法一致，但是相较于碾压混凝土坝的施工技术，砂砾料筑坝不仅可以使施工工序简单化，而且在一定程度上使坝体的稳固性得到了保障[2]。其特点如下：

2.1 温度控制特点

由于砂砾料筑坝的水泥水化热并不高，并且砂砾料筑坝在施工过程中对于水泥的需求量不大，另外筑坝材料的绝热温升及弹性模量对温度应力产生直接影响。因此，相较于碾压混凝土坝，胶凝砂砾料筑坝由于温度应力相对不高，故不需要控制温度和设置横缝的工作。

2.2 现场碾压特点

胶凝砂砾料筑坝在现场碾压的施工作业中，由于防渗透的功能要求较低，同时对于整体强度的要求也较低。因此，在进行此项工作时对于骨料分离所产生的影响可以忽略不计。

2.3 层面处理特点

胶凝砂砾料筑坝在层面处理环节中，由于抗剪切摩擦方面对层面处理的要求，可以使其降到最低。因此，在进行下一层浇筑的过程中可以直接进行，无需对施工缝进行特殊处理。

2.4 模板特点

胶凝砂砾料筑坝在模板施工中，由于设置施工收缩缝的工作可以省略或简化，因此，其主要特点就是简单。如果出现下游坝坡面和上游坝坡面较大的现象，可以利用混凝土预制模板进行施工作业。

3 施工技术分析

3.1 施工层面、缝面的处理

一方面针对胶凝砂砾石在上升铺筑碾压施工作业中，必须使其层间间隔的时间保持在直接铺筑允许的时间范围内。如果没有按照其直接铺筑允许的时间开展，必须要将砂浆铺垫在胶凝砂砾石的表面，从而进一步铺筑上一层胶凝砂砾石。

另一方面，在开展铺砂浆的工作之前，要全面处理施工缝面的二次污染物。待铺设砂浆的工作完成之后，要在有效的时间内，覆盖胶凝砂砾石碾压料，从而保障其质量不遭到破坏。

另外，进行处理缝面的工程时，其内容包括施工缝和冷缝处理两方面。在缝面处理过程中，应对松动的骨料硬化缝面上的浮浆进行细致的处理。缝面处理的工作结束后，施工人员要对其质量进行全面的检查，在确保满足要求后才能开展后续施工作业。此外，如果在施工过程中遭遇雨水天气或由于其他情况使施工作业不得不暂时停止时，则需要平仓碾压已经摊铺的胶凝砂砾石料，采取特殊的施工技术对其接头处进行处理。恢复正常施工作业后，对结合面的处理应引起高度重视，并利用适当的施工技术进行处理。

3.2 施工防护技术

施工防护技术是否落实对工程整体质量有着至关重要的作用，也在一定程度上影响施工质量是否达到标准。实际施工作业开展过程中，要保障施工质量，必须重视施工防护方面的工作。一方面，在施工作业开展进程中，必须使胶凝砂砾石保持在湿润状态下；另一方面，仓面在施工状态中或已经被碾压处理好时，施工人员应对其进行保护，使其不受外来水渗入的负面影响；最后，在施工间歇过程中，对胶凝砂砾石施工作业顺利开展后，应在有效时间范围内对其进行维护和保养的施工作业。暴露面的胶凝砂砾石的养护时间必须大于28d[3]。

3.3 骨料控制技术

首先,砂砾料材料的主要特点表现在：母岩抗压强度高，表观密度不小于2400kg/m3，同时也要保障搅拌工艺和碾压技术的标准，进一步确立砂砾料的最大粒径〔4〕。在一般状态下，最大粒径需要保持在250mm之内，另外,如果砂砾料的直径小于5mm，那么其中细骨料的含量必须保持在大于等于25%的范围之内，如果细骨料的含量小于25%，可以使用一定量的人工材料；

其次，砂砾料中的含泥量不可超过5%，同时要避免发生泥块较为集中的现象；

最后，基于砂砾料级配的工程作业当中，粒径应保持在80mm至250mm的范围内，这类粒径的适合含量为40%，粒径在5mm至80mm之间和小于5mm的颗粒含量分别为30%左右。

3.4 施工质量检查

施工质量检查是整体胶凝砂砾料筑坝工程的一项重要环节，由于其工作内容包括多方面且施工工序对其相关技术的要求较高，因此，对工程的质量检查工作也提出了更高的要求。施工单位要利用专业素质较高的施工人员承担施工质量检查工作。检查人员开展工作之前，要对设计单位和国家对其工程的准则和要求进行充分的了解和分析，并要掌握一定的施工技术。在进行质量检查时，要对各个环节进行有效的分类，区别出重点项目和难点项目，对这两类项目进行反复和仔细的检查，确保工程各个环节都按照施工规划有序进行。在施工完成之后，要定期对工程进行全面的检查，确保工程的运行正常。另外，质量检查人员也要对胶凝砂砾石的原料进行检查，确保其质量符合工程标准，从而保障工程整体质量。

3.5 原材料控制技术

胶凝砂砾石原材料是水利工程中最为常见的开挖副产品，有效控制原材料的质量可以在一定程度上保障施工质量。

首先，在砂砾石方面，天然砂砾石料是其主要使用的原料，工程单位要保障其含泥量在5%之内。不仅如此，为了保障砂石坚硬的性能，其表观密度要不低于2400kg/m3；

其次，在水泥的选择方面，要符合通用硅酸盐水泥的国家标准和工程设计的要求，水泥的强度、安定性和凝结时间必须满足国家标准相关要求，因此，一般Pc42.5的水泥受到了广泛的应用[5]；

最后，必须要合理控制搅拌用水量，拌合用水质量必须达到水工混凝土施工相关规范要求。

4 工程实际应用

四川省营山县金鸡沟水库枢纽工程为我省在建的第一座中型胶凝砂砾石坝，主要包括新建拦河坝、泄洪闸。工程坝顶长度72.00m，坝顶宽度8.00m，最大坝高33.00m。胶凝砂砾石总计300295m3，加浆振捣胶凝砂砾石2608m3。

该工程没有特别不利的工程地质问题，具备选用碾压混凝土重力坝、浆砌条石重力坝和胶凝砂砾石坝的条件。经过对水工布置以及技术指标等多方面比较之后，按照“宜构适材，宜材适构”的理念，胶凝砂砾石筑坝技术具有丰富的当地开挖料，经济性好、施工工艺简单、环境影响相对轻微，故推荐胶凝砂砾石坝方案。

为满足胶凝砂砾石快速、连续施工的要求，采用连续滚筒式胶凝砂砾石专用拌合设备，将物料提升，并利用滚筒内叶片的强制拌合作用，实现胶凝砂砾石的拌合；胶凝砂砾料采用JLB-200型专用设备拌合，骨料、水泥和水等自动准确计量，最大粒径200mm，拌合产量200m3/h。施工过程中采用多种手段将砂砾石开采、拌合、上坝浇筑、现场检测等各个环节进行实时动态监控。同时采用灌水法配合钻芯取样等检测手段，综合控制整体碾压质量。通过现场试验，外掺50%砂岩骨料胶凝砂砾石的28d龄期强度在9.9MPa～10.7MPa之间，能满足设计C1808要求；外掺40%～50%砂岩骨料胶凝砂砾石碾压后挖坑观察，砂岩骨料未见被压碎现象，28d龄期钻孔取芯，芯样表面砂岩骨料光滑且骨料界面与浆体粘合较好；对外掺40%～50%砂岩骨料胶凝砂砾石进行现场加浆振捣试验，采用底部和中部加浆，高频振捣棒振捣，加浆率7%的加浆振捣胶凝砂砾石28d抗压强度为13.8MPa，抗渗等级W4，90d龄期能满足设计要求C15W4要求。