巴贡水电站混凝土面板堆石坝挤压边墙施工技术.doc

巴贡水电站混凝土面板堆石坝挤压边墙施工技术
刘海友
（水电七局一分局，四川 彭山 620860）

【摘要】巴贡电站水利枢纽工程混凝土面板堆石坝2004年6月15日开始坝体填筑，面板与填筑料之间采用了挤压边墙施工技术，简化了施工序，加快了施工进度，提高了施工安全和施工质量，降低了施工成本。
【关键词】面板堆石坝 挤压边墙施工
一 概述
马来西亚巴贡电站大坝为混凝土面板堆石坝，最大坝高203m，为世界第二高混凝土面板堆石坝，面板坡比为1：1.4，最大斜长为353.57m，总面积约为130160m2。大坝填筑时，大坝上游面采用C5混凝土挤压式边墙护坡，挤压式边墙位于大坝上游EL34.3m至EL 229m的过渡层（2B料）与混凝土面板之间。挤压墙混凝土总量约为38400m³，共分三期完成，单层挤压墙外侧坡比1:1.4，内侧坡比8:1，顶宽0.1m，底宽0.71m，高0.4m，断面呈梯形，如图一所示。

图一 混凝土挤压墙典型断面示意图

二 混凝土挤压墙的施工技术要求及混凝土配合比
1.基本施工条件
⑴.为保证成型边墙密实度均匀，垫层的密实度必须均匀；
⑵.为保证挤压墙断面尺寸不变，垫层（2B料）必须碾压平整，不能有起伏，也不得有凸出的大石料，垫层平面误差控制在±3cm；
⑶.挤压墙混凝土骨料最大粒径不大于2cm；
⑷.由于边墙挤压机对于混凝土的配合比较敏感，为保证成型边墙的透水性和强度指标，挤压混凝土要通过试验确定其配合比和添加剂等参数。
2.边墙混凝土施工技术要求
⑴.根据巴贡工程设计技术文件要求，挤压墙上游坡面偏差控制在0～－15cm之内；
⑵.边墙上游坡面平整度用3m直尺检查，其误差不大于2～3cm；
⑶.边墙上游坡面不允许存在突坎，施工时形成的层间错台应打磨或用M5的水泥砂浆填补抹平，填补的砂浆坡度不缓于1：10，打磨填补应仅限于局部范围，连续面积不大于1.0m²,且每层总的打磨或填补面积不大于总面积的20%。
成型挤压墙技术指标如表1。

混凝土挤压墙技术指标 表1
项目
干密度/g.cm-3
渗透系数/cm.s-1
弹性模量/MP
抗压强度/MP
指标
>2.25
10-3～10-4
5000～7000
<5

3.挤压墙混凝土的配合比
本工程挤压墙混凝土按一级配干硬性混凝土配合比设计，坍落度为0。根据实验室室内材料试验推荐配合比，经现场复核验证后，确定挤压墙施工原材料的各项指标和配合比，混凝土原材料如下：（1）砂石骨料采用巴贡人工料场生产的砂石料，其物理性能见表2；（2）水泥采用OPC水泥普通硅酸盐水泥，其物理性能见表3；（3）速凝剂采用SA160（瑞士产）液态速凝剂。最终的挤压墙混凝土配合比见表4。
水泥物理性能检测结果 表2
项目Item
坚固性Soundness
标准密度
Standard
consistency
初凝时间
Initial setting time
终凝时间
Final setting time
3天强度
3days Strength
Mpa
28天强度
28days Strength
Mpa
OPC
0.75
27.5
2hrs12min
2hrs55min
28
45.3

骨料物理性能检测结果 表3
骨料Aggregates
比重
Specific Gravity t/m3
吸水率
Water Absorption ％
细度模数
Fineness Modulus
泥沙尘含量
Clay Silt and Dust
％
0～5mm
2.55
2.0
2.4
<3
5～20mm
2.57
1.6

<1
20～40mm
2.55
1.4

<1

挤压墙混凝土施工配合比 表4
水泥
Cement

水灰比
W/C
砂率Sand(%)
速凝率Accolorator ratio (%)
单位材料用量
Raw material quantity per1m3 concrete kg/m³
设计密度Design density (kg/m3)
水Water
水泥Cement
细骨料0～5mm
粗骨料5～20mm
速凝剂Accolorator
OPC
1.45
40
2.5
102
70
795
1193
1.76
2161

三 混凝土挤压墙挤压机械
本工程所采用的边墙挤压机是由陕西水电工程局集团公司制造的BJY－40型边墙挤压机，该设备从设计原理上是比较先进的，能够满足设计要求；但由于制造工艺的原因，在使用过程中油泵、液压马达等核心部件经常出现故障，而且其滚筒、搅龙的消耗量也比厂家的设计大的多。不过总的来说，施工质量要求等各方面基本满足混凝土挤压墙的技术要求。边墙挤压机主要机械参数见表5.

边墙挤压机主要机械参数 表5
型号
工作方式
外型尺寸(长×宽×高)/m×m×m
自重/kg
功率/KW
工作速度/m.s-1
BJY-40
液压
3.5×1×1
3500
45
40～80

1.挤压机工作原理
边墙挤压机运用“连续式压移原理”，如图二，液压泵将柴油机的机械能转换成液压能，一路通过低速大扭矩液压马达驱动搅龙旋转，将进入搅龙仓的混凝土拌合料输送到成型腔;另一路通过液压马达驱动振动器，使成型腔中的拌合料产生高频振动。成型腔内拌合料在搅龙挤压力和振动器激振力的综合作用下，充满成型腔，并达到设定的密实程度，在搅龙轴向推力的作用下，边墙挤压机以密实的混凝土为支撑向前移动，机后连续形成梯形断面形状的混凝土边墙。

拌合料均匀进入搅龙仓，边墙挤压机匀速前进，机后亦匀速形成设定密实度的混凝土边墙;拌合料断续进入料仓，边墙挤压机的前进速度为变值;当拌合料停止供给，边墙挤压机的前进速度为零。即边墙挤压机的前进速度为无控自动调节，调节的前提条件是成型腔内拌和料达到设定的密实程度。
混凝土边墙的密实程度可以按需要设定。边墙挤压机向前移动的前提条件是成型腔内密实拌和料的支反力等于机器前进的各种阻力之和，通过调整成型仓内配重数量和前轮的支撑高度可改变成型腔内拌合料与模板之间的摩擦阻力，摩擦阻力是前进总阻力的主要组成，总阻力减小，拌合料的密实程度降低;反之，拌合料的密实程度增加。
2.边墙挤压机基本结构
边墙挤压机的结构由后轮、成型仓、搅龙仓、动力仓、液压系统和前轮及转向机构六大部分组成。成型仓、搅龙仓、动力仓三段之间用螺栓联结成一体，成型腔两侧各有一个后轮；前轮及转向机构焊接在动力仓的前端，液压系统在动力仓内。
四 挤压墙混凝土施工
1.施工准备
⑴编制混凝土挤压墙施工技术措施及安全措施；
⑵对参与施工人员进行技术和质量、安全交底；
⑶吊运挤压机到施工现场并对其进行必要的检查，发现问题并及时解决。
2.施工程序
在每填筑一层过渡料（2B垫层料）之前，用挤压式边墙机制作出一个半透水的混凝土墙(挤压墙施工根据混凝土运料车所走路线从左岸往右岸施工)，然后在其内侧按设计铺填坝料，碾压合格后再制作上层边墙，重复以上工序，进行下一道工序，其施工程序见挤压边墙施工程序图。单层混凝土挤压墙的施工程序如下：
挤压边墙施工程序图

3.施工方法
⑴测量放线：对垫层高程进行复核后，确定挤压墙的边线，并根据底层已成型的墙顶作适当调整，使坝体上游坡面水平方向偏差控制在0～－15cm以内。根据调整后的边线分段放出测量点线，并用尼龙线拉线标识，关于这一点在某些工程或参考资料上介绍用白灰标识，巴贡电站由于其国际工程的特殊性，施工质量控制非常严格，挤压墙表面要求“＋”的误差为0。因此，我们为了保证精度，采用拉线标识，精度比用白灰表示提高3cm以上。
⑵挤压机就位：本工程所使用的BJY40型边墙挤压机采用25t汽车吊或CAT330C液压反铲吊运到指定位置，使其内侧外沿紧贴测量线位。操作人员调平内外侧调节螺栓，并查看水平尺，使其在同一高度；用钢尺量出挤压机出口高度，使其保持在40cm。挤压机就位后，安放挤压墙三角端部挡板并予以固定。
⑶挤压墙混凝土浇筑：采用混凝土搅拌运输车运至施工现场，待混凝土搅拌运输车就位后，开动挤压机，并开始卸料，卸料速度须均匀连续，并将挤压机行走速度控制在40～60m/h(即1分钟1m左右)。挤压机行走以前沿内侧靠线为准，并应根据后沿内侧靠线情况作适当调整。在卸料行走的同时，根据水平尺、坡度尺校核挤压墙结构的尺寸，不断调整内外侧调平螺栓，使上游坡比及挤压墙高度满足要求。
在挤压机的运行过程中，挤压机的平整度对挤压墙的成型外观质量如坡比、几何尺寸等影响比较大，为了保证挤压墙的施工精度，我们对挤压机做了部分改良，在挤压机端部安设了水平尺，施工中专人负责实时调平。
⑷每一层挤压墙挤压完后将挤压机移走吊运至指定位置，人工清除挤压机中残余料，并用高压水冲洗干净，对其机械部分注入润滑油等例行保养。
⑸两端与趾板接口处理：对于边墙两端靠趾板挤压机不能达到的部位采用人工进行立模浇筑；其混凝土采用坍落度稍大于机械使用混凝土，每层铺料10cm，人工用夯锤密实。
⑹缺陷处理：对施工中出现的错台、起包、倒塌等现象在挤压过程及时处理，用铁锹将错台部分削平，然后用挤压料填平。
⑺垫层料（2B料）的摊平：挤压墙成型2h～4h后，即可进行垫层料的摊铺。垫层料采用自卸汽车运输，后退法卸料。每车拉料约7.0m3，每5m倒料一车。用推土机进行摊铺，摊平厚度44cm，并辅以人工整平，推土机采用后退法用推刀刮平，人工配合装载机剔除挤压墙处的超径块石。
摊平的高程控制，以挤压墙顶部作为基准，作为找平的依据。摊平过程中距挤压墙外侧30cm采用人工摊平，防止推土机将2B料推到大坝上游坡面，引起安全事故。
⑻垫层料碾压：
①碾压前在混凝土边墙布设观测点，以便于测定挤压墙的侧向位移；
②顺坝轴线方向用21t自行式振动碾碾压8遍，振动碾振动频率控制在27.5～28.0Hz，振幅控制在1.2～1.4mm，行走速度控制在1.5km/h以内。距边10cm采用人工配合小型手动夯实机械夯实，以防止挤压墙被振动碾挤压变形，引起侧移；
③碾压后，现场施工人员以成型的挤压式边墙顶高程为依据，对边墙壁内侧的垫层料不足部分采用人工补料至平整，并碾压1～2遍，使挤压式边墙内侧的垫层料高差在±1.5cm以内，若达不到要求，应重新补料碾压，直到满足高程要求；
④碾压后用全站仪测定挤压墙的侧向位移。
⑼大面找平
由于误差累计的原因，挤压墙在上升一段时间后，其沿线高程变化较大，对坝坡的平整度、外观，以及碾压质量均有影响。引起上述问题的原因有二：其一、挤压墙在施工过程中一定要重视对挤压机的调整，确保挤压墙的高度为40cm；其二、垫层（2B）料的摊铺误差不能过大。
根据现场施工的经验一般在挤压墙每施工30～40层后，即需进行找平作业。具体方法为首先测量放出点线，人工立模，用M10砂浆找平。待达到强度后，然后将垫层料垫平碾压。
4.边墙挤压机的保养与维修
⑴.每次作业完以后要全面彻底清理挤压机各处的残留混凝土；
⑵.作为挤压机的磨损件滚筒和搅龙，在厂家的资料上，搅龙一般每挤压200m3即需更换，但根据现场实际使用情况来看，搅龙在每挤压250m即40m3左右即需更换，滚筒基本在每挤压400m3即需更换。在巴贡一期大坝填筑过程中，高峰期每天挤压400m，需要更换两次搅龙，基本需要一个焊工配合搅龙焊接修复。对厂家来说，搅龙材质的改进能有效地提高工作效率，对我们来说，由于搅龙价格较高，单纯从厂家购买在经济上不合算，因此必须选用耐磨的钢材（如锰钢）作为搅龙的修复材料，而且焊工的焊接质量和焊接工艺也是至关重要的。
⑵.定期检查挤压机各部件的磨损和损坏情况，及时更换损坏的零件，添加液压油。
5.劳动力资源配置
挤压墙的施工属于连续性施工，其工序、工艺也比较简单，一般来说，现场配置4～5人即可完全满足挤压墙的施工。挤压机操控手1人, 混凝土罐车卸料1人, 外加剂添加及龙仓扒料1人, 挤压机调平1人, 挤压墙缺陷处理1人（与挤压机调平可合为1人）。
五．挤压边墙施工中存在的问题及改进方法
在一年多的施工过程中，我们通过不断摸索、总结，从当初的对挤压墙施工毫无经验，到目前已完全掌握了挤压墙施工的流程工艺，在自己不断提高的过程中，也逐步发现了一些需要改进的地方如下：
1．施工成型后的挤压墙表面，其平整度，相对于砂浆垫层护坡来说其平整度要差一些，后期在喷涂乳化沥青之前，对坡面的处理工程量较大；
2．在挤压墙的施工过程中，挤压机的顺直度和水平度很难控制，一旦出现偏差，就会造成挤压墙偏移设计线，容易造成盈坡或亏坡。我们在施工过程中，参考过国外一些连续挤压式混凝土施工设备，这些设备在操纵上比较先进，具体如自动调平，自动纠偏，施工后的成型面精度比较高；
3．挤压机外加剂添加器容易堵塞，其贮存罐容易被外加剂腐蚀，需要改进，选用抗腐蚀的贮存罐；
4．搅龙、笼腔在施工中相当容易损坏，需采用高强度、高硬度、耐磨性好的材料制作；
5．挤压机的柱塞泵及大扭矩马达质量不过关，特别是马达几乎一个月坏一个。以后可以考虑给柱塞泵及大扭矩马达增加超负荷自动保护装置；
六 结语
混凝土面板坝上游坡面的施工始终是一个控制坝体填筑进度和影响坝体质量的关键环节。混凝土挤压式边墙护坡技术是混凝土面板堆石坝上游坡面施工的新方法，相对于其它施工方法来说，有如下优点：
1． 简化了垫层料的施工工序，保证和提高了垫层的施工质量；降低了施工成本。
2． 施工简单方便，各工序衔接比较紧密，加快了施工进度，挤压机的标定速度为40～80m/h，我们在实际施工中，挤压速度一般在35～50m/h之间，虽然比标定值略低，但还是满足了大坝的填筑上升速度，确保了坝体的安全度汛；
3． 由于巴贡工程地处热带雨林，暴雨相当频繁，若采用传统方法施工，那样就无法避免暴雨对垫层料和坡面的冲刷，而且对冲沟的处理方法和处理质量均不能让人满意，采用挤压墙作为护坡，有效改善了暴雨对坡面的冲刷，不但保证了垫层料的填筑质量，而且也降低了坡面处理的施工费用；
4． 避免了填筑过程中上游边坡滚石和斜坡碾压高边坡作业，提高了施工安全性。
综上所述，在混凝土面板堆石坝的施工中，采用挤压墙护坡已经成为一种趋势，大有替代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所取代，工人修整作业大为减少，同时避免了上游边坡滚石和斜坡碾压设备等危险作业，目前在世界第一的水布雅电站（中国）和第二的巴贡电站（马来西亚）也均采用这种先进、快速、方便的施工方法。尤其对巴贡工程来说，其更好地适应了巴贡地区暴雨频繁的客观环境。
作者简介：
刘海友（1973-），男，黑龙江兰西人，中国水利水电第七工程局一分局工程师，从事技术管理工作.