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1、面板堆石坝翻模固坡技术在双沟大坝的应用常焕生，李 岱，张云山，刘伟艳（中国水利水电第一工程局，吉林，长春130062）关键词：面板堆石坝；翻模固坡技术；研究及应用摘 要：面板堆石坝垫层料上游坡面施工是一项关键项目。斜坡碾压固坡法和挤压墙法均有明显不足之处。翻模固坡技术将模板应用于垫层料上游坡面施工，实现垫层料填筑与固坡砂浆同步完成，固坡坡面平整，施工效率高，成本低，安全性高，有广泛的推广应用前景。1面板堆石坝垫层料填筑及固坡施工技术现状混凝土面板堆石坝在水利水电工程中应用广泛。以现代技术修建的碾压式混凝土面板堆石坝，在国外大约40年前开始兴建，在我国也有20年的历史。混凝土面板堆石坝垫层料上游
2、坡面的施工直接关系面板的质量、大坝施工进度，及施工成本。几十年来，国内、外的混凝土面板堆石坝的垫层料上游坡面施工一直采用斜坡碾压固坡法。此法垫层料填筑时，必须向上游面超填30cm左右，在面板施工前进行修坡、斜坡碾压、人工在斜坡上摊铺砂浆、再斜坡碾压。多年来的施工经验表明，斜坡碾压固坡法修坡工程量大，费料、费工、费时。斜坡碾压密实度难以保证，斜坡面上密实度分布很不均匀。尽管规范要求的“碾压后的砂浆表面不应高于设计线5cm，或低于设计线8cm”标准并不高，但实际施工中也很难达到，致使面板混凝土大量超填。坡面在长时间无防护的情况下，容易受雨水冲刷而局部坍塌。坡面在未做防护的情况下不宜挡水渡汛。近几年
3、来，国、内外有些工程采用了混凝土挤压式边墙施工技术进行面板坝垫层料上游坡面施工，比传统工艺有所改进。但从应用效果看，由于挤压墙施工时没有精确的控制措施，其各层接合处极易形成错台，坡面平整度较差，后期坡面修整工作量大。挤压墙对于垫层料相当于重力式挡土墙，所以其尺寸较大，横断面面积达0.162m2，混凝土工程量较大，造价较高。挤压墙成型后须等强23小时才能填筑垫层料，施工进度受到限制。挤压墙底面与顶面厚度相差悬殊，给面板提供的基础很不均匀，与设计理念不符，对面板受力可能产生不利影响 为此，我们在借鉴冷却塔翻模施工、碾压混凝土加浆振捣技术和变态混凝土技术、加筋土技术以及起重工作中的地锚等技术的基础上
4、，通过采用结构力学和土力学的方法进行了理论分析和结构计算，提出了翻模固坡技术的构想。2 混凝土面板堆石坝翻模固坡技术（1）利用已形成的下层垫层料填筑层和砂浆固坡的承载能力固定模板。模板靠拉筋固定，拉筋焊接在打入下层垫层料的钢筋地锚上。在模板与垫层料之间的缝隙（通过预埋楔板形成）中灌注砂浆。利用振动碾碾压时模板对砂浆及垫层料的挤压作用和振动碾的振捣作用，使模板下面即上游坡面的垫层料和砂浆达到密实，使垫层料填筑和砂浆固坡同时完成。（2）由于模板支立的精度较高，固定牢固可靠，为固坡砂浆和垫层料提供变形微小的侧向约束，所以模板的变位很小，从而保证砂浆固坡的表面平整度偏差不超过设计和规范要求，实现精细化
5、施工。（3）模板为特别设计、制作的钢模板，上下两层模板之间具有连接机构，并能随意调整模板角度。上层模板所受荷载能够传递到下层模板，从而提高翻模结构的承载能力。（4）模板随垫层料的填筑而翻升。3 试验成果2005年，中国水利水电第一工程局在东北勘测设计院的配合下，在吉林省松江河梯级双沟水电站工地进行了4场试验，对模板结构形式进行了4次优化，取得了大量检测、观测结果，对模板固坡技术进行了验证。据此推出了一套全新的施工技术混凝土面板堆石坝翻模固坡技术。3.1试验内容（1）面板堆石坝填筑时，在其上游坡面按测量放样支立特制的模板。每层模板支立高度与垫层料填筑层厚度相适应（设计要求填筑厚度一般为40cm）
6、。随填筑层升高共支立3层模板。（2）在模板内侧安装楔板，其厚度按设计要求确定（试验时采用的楔板上口厚7cm，下口厚5cm）。（3）摊铺垫层料，模板下部的垫层料需由人工摊铺。（4）对垫层料进行初碾。（5）拔出楔板，模板与垫层料之间形成均匀的缝隙。（6）在模板与垫层料之间预留的缝隙内灌注砂浆。（7）对垫层料进行终碾。（8）把最下层模板拆下，支立到最上层。模板支立时须能够很方便地进行调整，使其符合设计位置，使翻模施工达到较高的工效，以保证大坝的施工进度；同时要保证在斜坡面上进行翻模施工的安全。3.2试验结果（1）优化后的模板尺寸合理，支立方便，易于浇筑固坡砂浆，具有足够的刚度，碾压后的垫层料防护层砂
7、浆表面起伏差能有效控制在1cm以内。（2）垫层料碾压采用YZ18振动碾，初碾6遍，终碾2遍。碾压时磙子边缘距垫层料斜坡面边缘不超过15cm。垫层料的干密度检测结果为2.262.32g/cm3，大于设计值2.23g/cm3。标号M5固坡砂浆抗压强度为6.94MPa。（3）垫层料原位渗透试验的结果为K=6.4110-42.3510-3cm/s，满足垫层料渗透与反滤要求。（4）通过埋设的压力盒观测模板下面垫层料所受的压力，观测结果表明：垫层料斜坡固坡砂浆碾压后，压力计平均稳定值10.25kPa，大于相同深度垫层区的重力荷载值，表明模板对垫层料上游斜坡面具有挤压作用。（5）采用钢筋计观测结果，固定模板
8、的锚固拉筋所承受的拉力最大值为2400N，与计算值2910N十分接近。4 翻模固坡技术在双沟大坝的应用双沟水电站位于吉林省抚松县境内第二松花江上游松江河上，总装机容量280MW。大坝为混凝土面板堆石坝，最大坝高110m，坝顶长294m，上游坡面坡度为1：1.4，坡面总面积约37000m2。大坝工程于2005年1月份开工，计划于2007年年底填筑结束，2008年年底发电，2009年竣工。设计土石方开挖总量25万m3，土石方填筑总量250万m3，混凝土浇筑总量3万m3。面板堆石坝翻模固坡技术从2006年5月20日开始应用于双沟水电站大坝施工。至2006年10月下旬双沟大坝已填筑55m(冬季停止填筑
9、)，月平均升高11m；已完成翻模施工133层（垂直高度40cm/层），月平均上升27层，最快每天上升1.5层；已完成砂浆固坡施工14800m2。经现场试验检测表明，大坝上游坡面垫层料密实度达到设计要求，且密实度均匀；固坡砂浆厚度均匀，物理力学性能指标及表面平整度满足设计要求。研究成果应用效果理想。4.1翻模固坡施工技术措施4.4.1施工程序测量放点模板支立垫层料填筑垫层料初碾拔楔板砂浆灌注垫层料终碾拆除下层模板，翻至上层，如此循环。4.1.2施工方法（1）模板结构及安装。采用特制钢模板，现场组块拼接成型。每层垫层料和固坡砂浆施工结束后，将底层模板翻至上层。模板安装前进行测量放点，按控制点位挂线
10、支模。相邻模板块间先用“U”形卡连接固定，模板拉筋与锚固在下层垫层料内的锚筋焊接。用拉筋螺栓和模板上部的微调螺栓调整模板位置，保证安装精度。支模后，在模板内侧挂楔板，楔板的斜度为2.5%左右，其平均厚度等于砂浆固坡的设计厚度。（2）垫层料填筑及初碾。采用自卸车后退法卸料，人工配合推土机摊平。采用20t振动碾进行初碾。通过现场填筑试验确定采用的碾压参数为：垫层料虚铺厚度4550cm，初碾6遍，振动碾行进速度1.5km/h。洒水量以填筑层表面不积水为准。（3）灌注砂浆。垫层料初碾结束后，人工拔出楔板，在模板与垫层料之间形成的间隙内灌注砂浆。砂浆采用自行研制的移动式JM300型砂浆搅拌机拌和，经溜槽
11、卸料入仓。由5t载重汽车牵引搅拌机，同时装载砂、水泥。固坡砂浆配合比为：水泥200kg；水225kg；砂1458kg。（4）垫层料终碾。砂浆灌注结束后，再对垫层料碾压2遍，即终碾。此时由于碾压机具的振动作用对已灌注的砂浆进行了振捣。4.2施工质量保证措施（1）在垫层料碾压过程中，使振动碾滚筒边缘充分靠近模板内的垫层料上游边缘，其距离不大于15cm。（2）砂浆灌注结束后，根据环境温度情况，合理确定终碾时间。（3）在砂浆固坡与两侧岸坡趾板周边缝接合部位，采用异形模板现场支立，使成形后的砂浆固坡与周边缝趾板紧密接触。（4）在模板反坡下部的垫层料采用人工回填，尤其反坡坡脚部位要用掺拌均匀的垫层料仔细回
12、填。（5）每层模板安装前按设计边线尺寸进行测量定线。（6）固坡砂浆的设计强度控制在35MPa，渗透系数Ki10-4cm/s，砂浆稠度控制在12cm。（7）锚筋布置在距垫层料上游边沿6570cm处，以不妨碍自卸车后退法卸料。拉筋在满足强度要求的同时，还考虑面板施工时作为架立钢筋的使用要求，其规格不宜小于14mm。砂浆固坡外露拉筋在面板滑模施工过程中割断，以减少对面板的约束。（8）振动碾无法到达的部位，采用小型振动机具压实或人工夯实垫层料。 （9）为了避免坝体内积水对砂浆固坡的反渗和冬季冻胀，大坝填筑过程中采取了反向排水措施。 （10）为了避免由于施工期坝体变形造成砂浆固坡面与设计坡面的偏差，避免
13、或减少面板滑模前的砂浆固坡面的处理工作量，在进行垫层料模板测量放样时，根据设计单位提供的双沟大坝三维静力非线性有限元仿真分析计算结果，按反向控制对竣工期坝体变形位移值进行了预留。 4.3 施工安全保证措施（1）夜间施工必须有足够的照明条件。（2）对已形成的砂浆固坡，要防止重大物料压砸。（3）翻模施工大部分处于高边坡作业状态，要求施工作业人员必须佩带安全护具外，并在坡面上设置两道安全网，安全网随坝体填筑升高而上移。（4）在垫层料碾压过程中，应选用性能良好的碾压机具和能够熟练操作的驾驶员。严禁振动碾滚筒碰撞模板。（5）垫层料填筑层面做成略向下游倾斜的斜坡，斜坡坡度控制在2%以内，防止振动碾振动时向
14、上游侧滑移。（6）其他安全措施按国家和行业有关标准执行。4.4施工组织措施 （1）施工强度分析。翻模施工作业循环时间为：测量放样0.5h，支（翻）模4h，垫层料摊铺3h，垫层料初碾2h，拔楔板0.5h，灌注砂浆3h，合计为14h。（2）机械设备配备情况：振动碾20t，2台；堆土机132kw，1台；振动夯板1.32t，1台；自卸车10t，10台；载重汽车5t，2台；砂浆拌和机4.5m3/h，1台；电焊机2台；钢筋加工设备1套，试验设备1套。（3）施工人员配备情况：200m长填筑段每天3班作业情况下，支模工20人，电焊工4人，力工30人，浇筑工5人。4.5施工质量检查结果（1）已完成垫层料施工13
15、3单元，单元质量评定合格率100，优良率81。（2）已完成的固坡砂浆施工11个单元，其优良率为100。固坡砂浆强度试验平均值为4.95MPa，实测砂浆渗透系数平均值K=1.1210-4cm/s,均满足设计要求。现场检测（用2m直尺检查）砂浆固坡坡面不平整度其最大值不超过20mm。（3）垫层料密实度检测：平面密实度取样124组，平均干密度2.30g/cm3；斜坡面密实度取样27组，平均干密度2.25g/m3,均满足设计要求（2.23g/m3）。（4）大坝上游坡面变形检测：至2006年10月末，大坝上游坡面与设计坡面的最大法向偏差值为-6.9+4.6cm，在施工规范的-8+5cm范围之内。4.6经济效益和社会效益4.6.1与混凝土挤压边墙技术相比较（1）双沟大坝原设计挤压墙混凝土工程量15525m3，采用翻模固坡技术所用砂浆总量约3000m3，节省混凝土至少12000m3，降低工程造价105万元，即上游坡面降低造价28元/m2。双沟大坝采用的一整套翻模委托制作加工费用为20万元，而按原挤压墙方案，须配置两台挤压机，购置费用40万元。（2）施工进度加快。翻模技术使垫层料砂浆固坡成形良好，且通过预留坝体位移值，可使面板滑模前砂浆固坡表面处理工作量大大减少，从而加快施工进度。4.6.2 与传统的砂浆固坡工艺相比较（1）简化工序，缩短工期。翻模固坡技术可使垫层料填筑和砂浆固坡1
