許東林,秦 赫
(1.漢江水電開發(fā)有限責(zé)任公司,湖北 丹江口 442700;2.丹江口水力發(fā)電廠,湖北 丹江口 442700)
潘口水電站位于湖北省十堰市竹山縣境內(nèi),地處堵河干流上游河段,壩址距竹山縣城13 km,經(jīng)鮑峽鎮(zhèn)至十堰公路里程162 km。工程開發(fā)任務(wù)以發(fā)電、防洪為主,電站建成后還具有增加南水北調(diào)中線可調(diào)水量、提高南水北調(diào)的供水保證率、改善庫區(qū)通航條件等綜合利用效益。水庫正常蓄水位355.00 m,相應(yīng)庫容19.70億m3,總庫容23.38億m3,調(diào)節(jié)庫容11.20億m3,為完全年調(diào)節(jié)水庫。電站裝機(jī)2臺(tái),總裝機(jī)容量500 MW。
潘口水電站為一等大(1)型工程。樞紐建筑物主要由混凝土面板堆石壩、右岸岸邊開敞式溢洪道、右岸泄洪洞、左岸引水隧洞、地面廠房和開關(guān)站等組成。混凝土面板堆石壩布置在潘口河口上游約1.2 km。壩頂高程362.0 m,趾板最低建基面高程248 m,最大壩高114.0 m。壩頂寬9.2 m,上下游壩坡均為1∶1.4,下游壩坡在高程333.0 m、308.0 m處各設(shè)置一條2.0 m寬的馬道,在高程283.0 m處設(shè)置一條5.0 m寬的馬道,下游綜合坡比1∶1.482。
混凝土面板堆石壩是目前我國水利水電工程中的主要壩型之一,但大壩上游面墊層施工采用的傳統(tǒng)方法存在缺陷,即斜坡碾壓難以保證墊層區(qū)的質(zhì)量,工序多而復(fù)雜,交叉作業(yè)干擾大,特別是人工削坡費(fèi)時(shí)費(fèi)力,與大壩壩體填筑施工存在矛盾,直接影響了工程進(jìn)度和施工質(zhì)量。
擠壓式邊墻護(hù)坡技術(shù)是借鑒道路園林工程中道沿機(jī)的擠壓滑模原理,創(chuàng)出的一種面板壩墊層料坡面施工的新技術(shù)。1999年首先在巴西埃塔(ITA)面板堆石壩施工中使用,并取得成功。該技術(shù)具有能保證墊層料壓實(shí)質(zhì)量、提高坡面防護(hù)能力以及施工簡便等特點(diǎn),已經(jīng)成為面板壩施工的一種新技術(shù)。
潘口水電站擠壓邊墻設(shè)計(jì)底高程為248.0 m,頂高程為358.0 m,擠壓式邊墻混凝土共275層(每層高40 cm),共41 426 m2,計(jì)混凝土10 239 m3。斷面為梯形,邊墻外側(cè)坡比1∶1.4,內(nèi)側(cè)坡比8∶1,頂寬10 cm,底寬71.2 cm,墻高40 cm,與碾壓后的墊層料厚度一致。
混凝土擠壓邊墻典型斷面見圖1。
圖1 擠壓邊墻典型斷面圖Fig.1 Typical section of the crushing side wall
(1)為保證邊墻密實(shí)度均勻,墊層的密實(shí)度必須均勻;
(2)為保證擠壓墻斷面尺寸不變,墊層(2A料)必須碾壓平整,不能有起伏,也不得有凸出的大石料,墊層平面誤差控制在±3 cm;
(3)擠壓墻混凝土骨料最大粒徑不大于2 cm;
(4)由于邊墻擠壓機(jī)對(duì)混凝土的配合比較敏感,為保證成型邊墻的透水性和強(qiáng)度指標(biāo),應(yīng)通過試驗(yàn)確定擠壓混凝土的配合比和添加劑等參數(shù)。
(1)根據(jù)潘口工程設(shè)計(jì)技術(shù)文件要求,擠壓墻上游坡面偏差控制在0~-15 cm之內(nèi);
(2)邊墻上游坡面平整度用3 m直尺檢查,其誤差不大于2~3 cm;
(3)邊墻上游坡面不允許存在突坎,施工時(shí)形成的層間錯(cuò)臺(tái)應(yīng)打磨或用M5的水泥砂漿填補(bǔ)抹平,填補(bǔ)的砂漿坡度不緩于1∶10,打磨填補(bǔ)應(yīng)僅限于局部范圍,連續(xù)面積不大于1.0 m2,且每層總的打磨或填補(bǔ)面積不大于總面積的20%。
本工程擠壓邊墻混凝土按一級(jí)配干硬性混凝土配合比設(shè)計(jì),根據(jù)實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)材料試驗(yàn)推薦配合比,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核驗(yàn)證后,確定擠壓墻施工原材料的各項(xiàng)指標(biāo)和配合比?;炷猎牧先缦拢海?)砂石骨料采用潘口鄉(xiāng)人工料場(chǎng)生產(chǎn)的砂石料;(2)水泥采用普通硅酸鹽水泥;(3)速凝劑采用SA160(瑞士產(chǎn))液態(tài)速凝劑。
最終的擠壓墻混凝土配合比見表1。
表1 擠壓邊墻混凝土施工配合比表Table 1:Mix proportion of the crushing wall concrete
工程采用的邊墻擠壓機(jī)是本項(xiàng)目的施工承包人——中國水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司(原陜工局)制造的BJY-40型邊墻擠壓機(jī)。該設(shè)備設(shè)計(jì)原理比較先進(jìn),能夠滿足設(shè)計(jì)要求,總體來說,在施工質(zhì)量要求等各方面基本滿足混凝土擠壓墻的技術(shù)要求。邊墻擠壓機(jī)主要參數(shù)見表2。
表2 邊墻擠壓機(jī)主要機(jī)械參數(shù)Table 2:Main indexes of the side wall extrusion machine
邊墻擠壓機(jī)由后輪、成型倉、攪龍倉、動(dòng)力倉、液壓系統(tǒng)和前輪及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)六大部分組成。成型倉、攪龍倉、動(dòng)力倉三段之間用螺栓聯(lián)結(jié)成一體,成型腔兩側(cè)各有一個(gè)后輪;前輪及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)焊接在動(dòng)力倉的前端,液壓系統(tǒng)在動(dòng)力倉內(nèi)。
邊墻擠壓機(jī)運(yùn)用“連續(xù)式壓移原理”(圖2),液壓泵將柴油機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓能,一路通過低速大扭矩液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)攪龍旋轉(zhuǎn),將進(jìn)入攪龍倉的混凝土拌和料輸送到成型腔;另一路通過液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)器,使成型腔中的拌和料產(chǎn)生高頻振動(dòng)。成型腔內(nèi)拌和料在攪龍擠壓力和振動(dòng)器激振力的綜合作用下,充滿成型腔,并達(dá)到設(shè)定的密實(shí)程度,在攪龍軸向推力的作用下,邊墻擠壓機(jī)以密實(shí)的混凝土為支撐向前移動(dòng),機(jī)后連續(xù)形成梯形斷面形狀的混凝土邊墻。
圖2 擠壓機(jī)工作原理Fig.2 Working principle of the extrusion machine
當(dāng)混凝土拌和料均勻進(jìn)入攪龍倉時(shí),邊墻擠壓機(jī)勻速前進(jìn),機(jī)后勻速形成設(shè)定密實(shí)度的混凝土邊墻;當(dāng)拌和料斷續(xù)進(jìn)入攪龍倉時(shí),邊墻擠壓機(jī)的前進(jìn)速度為變值;當(dāng)拌和料停止供給,邊墻擠壓機(jī)的前進(jìn)速度為零。即邊墻擠壓機(jī)的前進(jìn)速度為無控自動(dòng)調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)的前提條件是成型腔內(nèi)拌和料達(dá)到設(shè)定的密實(shí)程度。
混凝土邊墻的密實(shí)程度可以按需要設(shè)定。邊墻擠壓機(jī)向前移動(dòng)的前提條件是成型腔內(nèi)密實(shí)拌和料的支反力等于機(jī)器前進(jìn)的各種阻力之和,通過調(diào)整成型倉內(nèi)配重?cái)?shù)量和前輪的支撐高度可改變成型腔內(nèi)拌和料與模板之間的摩擦阻力,摩擦阻力是前進(jìn)總阻力的主要組成,總阻力減小,拌和料的密實(shí)程度降低,反之,拌和料的密實(shí)程度增加。
(1)編制混凝土擠壓墻施工技術(shù)措施及安全措施;
(2)對(duì)施工人員進(jìn)行技術(shù)和質(zhì)量、安全交底;
(3)吊運(yùn)擠壓機(jī)到施工現(xiàn)場(chǎng)并對(duì)其進(jìn)行必要的檢查,發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決。
每填筑一層墊層料之前,用擠壓式邊墻機(jī)制作出一個(gè)半透水的混凝土墻,然后在其內(nèi)側(cè)按設(shè)計(jì)鋪填墊層料,碾壓合格后再制作上層邊墻,進(jìn)行下一道工序,混凝土擠壓邊墻與墊層料施工工序流程見圖3。
(1)場(chǎng)地平整
墊層料攤鋪壓實(shí)后,人工對(duì)擠壓邊墻機(jī)行走區(qū)域進(jìn)行修補(bǔ)整平,平整度控制在±1.5 cm范圍內(nèi)。
(2)測(cè)量放線
邊墻施工前,根據(jù)邊墻擠壓機(jī)的寬度,在其內(nèi)側(cè)放樣出一條平行于壩軸線的直線,每10 m左右用鋼釘將細(xì)線固定在墊層料表面,用于指導(dǎo)擠壓機(jī)的行進(jìn)方向,使成型的擠壓邊墻平直、位置準(zhǔn)確。
(3)擠壓機(jī)就位
將擠壓機(jī)吊運(yùn)至預(yù)定位置,就位后使其內(nèi)側(cè)邊沿緊貼測(cè)量放樣出的細(xì)線,并用水平尺檢查,將擠壓機(jī)調(diào)平。
圖3 混凝土擠壓邊墻與墊層料施工工藝流程圖Fig.3 Construction process of the concrete crushing side wall and cushion material
(4)擠壓邊墻混凝土施工
①混凝土由6.0 m3罐車運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng),并沿?cái)D壓邊墻走向停放,在開動(dòng)擠壓機(jī)后,隨擠壓機(jī)同步前進(jìn),行走速度控制在40~60 m/h,均勻連續(xù)卸料至擠壓機(jī)料倉并在卸料過程中摻加高效速凝劑(其摻量為水泥用量的4%)。
②混凝土擠壓邊墻:擠壓機(jī)行走以其內(nèi)側(cè)放樣出的細(xì)線為準(zhǔn),根據(jù)行走過程的偏差情況作適當(dāng)調(diào)整;同時(shí),檢查已擠壓成型邊墻的結(jié)構(gòu)尺寸,并隨時(shí)調(diào)整擠壓機(jī)內(nèi)外側(cè)調(diào)平螺栓,使擠壓邊墻上游坡比及高度滿足設(shè)計(jì)要求。
③擠壓邊墻與壩肩趾板接口處,由于擠壓機(jī)不能到達(dá),采用人工內(nèi)側(cè)立模,澆筑同標(biāo)號(hào)混凝土。
④對(duì)施工中出現(xiàn)的錯(cuò)臺(tái)(小于1cm)、鼓包、坍塌等現(xiàn)象,分別采取砂漿抹平、鑿除抹灰及立模補(bǔ)澆混凝土等措施進(jìn)行處理。
擠壓式混凝土邊墻是一種新工藝,目前尚沒有規(guī)范的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn),筆者根據(jù)潘口電站面板壩擠壓式混凝土邊墻的施工情況,提出以下幾點(diǎn):
(1)把握好混凝土配合比和拌制質(zhì)量,其總的原則是低強(qiáng)度、低彈模、適當(dāng)?shù)臐B透性、易于成型及方便施工。
(2)施工場(chǎng)地的平整度控制在±1.5 cm以內(nèi)。(3)成墻后上游側(cè)斜面位置與設(shè)計(jì)坡面位置誤差應(yīng)控制在5 cm以內(nèi)。
(4)擠壓墻施工2 h后可進(jìn)行過渡料、墊層料的攤鋪碾壓施工,但不能對(duì)墻體造成任何破壞,如有損壞應(yīng)及時(shí)進(jìn)行修復(fù)。對(duì)墊層料的碾壓要求用靜壓。
(5)墻體混凝土應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)默F(xiàn)場(chǎng)取樣,并進(jìn)行不同齡期的強(qiáng)度、彈性模量及滲透性試驗(yàn),以便指導(dǎo)施工。
混凝土面板堆石壩上游坡面的施工是控制壩體填筑進(jìn)度和影響壩體質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)?;炷翑D壓式邊墻護(hù)坡技術(shù)是面板堆石壩上游坡面施工的新方法,相對(duì)于其它施工方法來說,有如下優(yōu)點(diǎn):
(1)簡化了墊層料的施工工序,保證和提高了墊層的施工質(zhì)量,降低了施工成本。
(2)施工簡單方便,各工序銜接比較緊密,加快了施工進(jìn)度。擠壓機(jī)的標(biāo)定速度為40~80 m/h,實(shí)際施工中,擠壓速度一般在35~50 m/h之間,雖然比標(biāo)定值略低,但還是能滿足大壩的填筑上升速度,確保了壩體的安全度汛。
(3)若采用傳統(tǒng)方法施工,就無法避免暴雨對(duì)墊層料和坡面的沖刷,而且對(duì)沖溝的處理方法和處理質(zhì)量均不能讓人滿意。采用擠壓墻作為護(hù)坡,有效改善了暴雨對(duì)坡面的沖刷,不但保證了墊層料的填筑質(zhì)量,也降低了坡面處理的施工費(fèi)用。
(4)避免了填筑過程中上游邊坡滾石和斜坡碾壓高邊坡作業(yè),提高了施工安全性。
[1]DL/T 5144-2001,水工混凝土施工規(guī)范[S].北京:中國電力出版社,2002.
[2]DL/T 5157-1996,水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].湖北人民出版社,1997.
[3]DL/T 5150-2001,水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程[S].北京:中國電力出版社,2002.
[4]DL/T5128-2009,混凝土面板堆石壩施工規(guī)范[S].