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本文作者:魏東坡1張帆2作者單位:1.三門峽市水利勘測設(shè)計有限責任公司2.洛寧新華生物質(zhì)能發(fā)電有限公司
1.工程概述
某水庫是一座以灌溉為主,兼顧防洪的中型水利樞紐工程。該樞紐工程等別為三等,主要建筑物攔河壩為2級建筑物(壩體形式為混凝土面板壩),放水隧洞(兼導(dǎo)流洞)及岸邊正槽式溢洪道等為3級建筑物,次要建筑物為4級,臨時工程上下游導(dǎo)流圍堰為5級,并利用渠首引水進行下游農(nóng)業(yè)灌溉。水庫總庫容1417萬立方米,興利庫容1156萬立方米,死庫容111.1萬立方米,主體工程大壩為混凝土面板壩,灌溉設(shè)計保證率為75%,工業(yè)及人畜用水保證率為95%,水庫設(shè)計洪水重現(xiàn)期為50年,校核洪水重現(xiàn)期為100年。水庫工程所在區(qū)域多年平均氣溫3.0℃,極端最高氣溫33.7℃,極端最低氣溫-32.9℃,多年平均降水量為422mm,多年平均蒸發(fā)量為1535mm,多年平均最大風速20m/s,多年平均風速2.7m/s,最大凍土深度1.41m。最大積雪深度41.9cm,洪水一般發(fā)生在6-8月份,7月份占50%左右。地層巖性,石炭系上統(tǒng)奧爾吐組地層(C3O)。在壩區(qū)僅露出石炭系上統(tǒng)奧爾吐組地層(C3O),及第四松散堆積體,其中石炭系地層取為4個巖性段,C3O_1、C3O_2、C3O_3、C3O_4地質(zhì)構(gòu)造。水庫壩址距半截溝斷裂帶約600m,由于受區(qū)域斷層影響,在壩址區(qū),不同成因,不同大小與規(guī)模的斷層共計有10條。壩體填筑料不足,需爆破塊石補充,施工工期較短,有效施工工期為5-10月份,為6個月。
2.方案的選擇
混凝土面板堆石壩上游護坡施工的傳統(tǒng)技術(shù)和工藝基本分為五步。
第一步,壩體填筑時,壩前護坡處,為保證壩體填筑質(zhì)量和保證施工時機械設(shè)備安全,超寬填筑壩前墊層料。根據(jù)規(guī)范要求,墊層區(qū)的水平碾壓振動碾距上游邊緣的距離不得大于40cm,但為保正填筑量壓實質(zhì)量。如墊層料填筑厚40cm,壩前坡度1:1.5,計算水平寬度為60cm,而為保證機械設(shè)備安全和根據(jù)規(guī)范要求,振動碾距上游邊緣的距離40cm。所以墊層料超填寬度最小為100cm,才能保證該層填筑料底面的填筑質(zhì)量。
第二步,填筑6-8層后,用全站儀放線,石灰灑出上游邊線,利用挖掘機把粗削坡面虛料,并在法線方向預(yù)留高出的設(shè)計線10cm的料。
第三步,壩體填筑到設(shè)計高程后,壩面停止施工,壩前用全站儀放線,利用施工掛線3m×3m網(wǎng)格,人工精削坡面,法線方向預(yù)留應(yīng)高于的設(shè)計線5cm,備斜坡碾壓時沉降。
第四步,斜坡碾壓,利用壩頂牽引設(shè)備鋼絲繩牽引拖碾,碾壓方法為上動下靜法,碾壓遍數(shù)以滿足壓實度為準。
第五步,坡面防護,坡面完成碾壓后,在混凝土面板分縫處施工掛線挖溝槽,進行砂漿條帶施工,砂漿條帶平整度±5mm,然后進行砂漿條帶間的再次精削坡和碾壓砂漿施工,平整度為+50mm~-80mm。
為完成壩前混凝土面板澆筑前的工作,其工序較為復(fù)雜,與壩體填筑施工干擾大,坡面平整度與坡緣的密實度難以控制,抗水壓能力降低,影響壩前渡汛安全(上游圍堰渡汛壓力大),工程質(zhì)量和施工進度。
為簡化上游墊層坡面施工工序,加快施工進度,保證施工質(zhì)量,水庫施工時引進了現(xiàn)時代較為先進的擠壓邊墻技術(shù),擠壓邊墻為半透水性混凝土,施工簡單,其施工方法要點為:(1)填筑前原始面的施工測量放線平整,主要放兩條線,一條為上游坡面設(shè)計線,另一條,為擠壓機行走路線。整平寬度以擠壓機寬度為準,平整度為±15mm。(2)擠壓機就位。(3)擠壓墻混凝土澆筑。(4)每一層擠壓墻擠壓完后將擠壓機移走吊運至指定位置。(5)兩端與趾板接口處理和缺陷處理,對施工中出現(xiàn)的錯臺起包、倒塌等現(xiàn)象在擠壓過程及時處理,用鐵鍬將錯臺部分削平,然后用擠壓料填平。擠壓墻成型2h-4h后,即可進行墊層料的攤鋪和墊層料碾壓,水庫在總結(jié)以上施工經(jīng)驗時,選擇了擠壓邊墻的施工方案。
3.施工方法
3.1工藝流程
擠壓邊墻一般為梯形,高約40cm,頂寬約10cm,上游坡比(1:1.5)與大壩坡面一致,下游坡比(1:0.125)一般為8:1.擠壓邊墻在每一層墊層料填筑之前施工,其施工流程如下:作業(yè)面平整與檢測→測量與放線→擠壓機就位→攪拌車運輸卸料→邊墻擠壓→表面及層間缺陷修補→端頭邊墻施工→墊層料攤鋪、碾壓→取樣檢驗→驗收合格后進入下一循環(huán)。
3.2施工要點
3.2.1作業(yè)面平整與測量放樣
人工整修施工作業(yè)面。其平整度控制在±1.5cm,以保證邊墻擠壓成型平整、直順,施工放樣等用全站儀,沿壩軸線方向每10cm設(shè)一個控制點,并用水泥釘固定掛線,標識出擠壓機行走的路線。
3.2.2擠壓機就位
擠壓機等用機械吊裝就位,利用水平尺或垂直刻度調(diào)整擠壓機垂直方向和平行機身方向,使其處于水平狀態(tài),進行起點就位和定向調(diào)整、安放、固定擠壓邊墻起頭的端頭擋板,施工時應(yīng)注意:(1)調(diào)節(jié)擠壓機機身,使其處于水平狀態(tài)。(2)校核擠壓機輪高,是擠壓邊墻墻體高度符合設(shè)計要求。(3)考慮到面板堆石壩施工期間存在沉降變形,擠壓邊墻施工應(yīng)根據(jù)沉降變形規(guī)律沿設(shè)計坡面預(yù)留盈,虧坡幅度,以適應(yīng)壩體變形。(4)根據(jù)測量結(jié)果確定擠壓邊墻的邊線,在邊線上分段掛線或用白灰標識出擠壓機行走的路線。
3.3擠壓邊墻施工
3.3.1邊墻混凝土的拌制及運輸
邊墻混凝土采用強制式拌合站拌制,混凝土攪拌車運輸。
3.3.2外加劑的摻加
一般在拌合站摻加減水劑,現(xiàn)場在邊墻擠壓機進料。均勻噴灑液態(tài)速凝劑。
3.3.3邊墻混凝土擠壓施工
(1)根據(jù)測量邊線,專人控制擠壓機行走方向。邊墻澆筑成型精度控制在規(guī)定偏差范圍內(nèi),攪拌車行走方向、速度與擠壓機一致,出料口出料應(yīng)均勻且速度適中,邊墻擠壓機速度宜控制在30-50m/h。(2)施工中應(yīng)派專職人員,對出現(xiàn)的位置及外形誤差,邊墻垮塌質(zhì)量缺陷進行人工修補處理。(3)攪拌車卸料始末時產(chǎn)生的分離的粗骨料應(yīng)做廢料處理。(4)邊墻端頭混凝土施工。邊墻兩岸端頭混凝土利用組合鋼模板或木模板,采用人工進料,分層夯實,分層厚度不大于10cm,并按規(guī)定的配合比噴灑速凝劑,1小時后拆模。
4.經(jīng)濟效益比較
水庫壩前坡總面積15460m2,傳統(tǒng)設(shè)計方案主要施工項成本分析,墊層料超填寬度100cm。根據(jù)斜坡計算超填厚度0.55m,超填墊層料15460m2×0.55m=8503m3。M10碾壓砂漿厚15460m2×0.07m=1082.2m3。
參考合同內(nèi)水泥砂漿相似單價736.08元/m3。機械削坡每平米用挖掘機0.01個臺時×284.89元/臺時=2.85元,人工削坡0.1個工日×100元/工日=10元。斜坡碾壓每平米用振動0.01個臺時×294.22元/臺時=2.94元。擠壓混凝土換成墊層料工程量3652-1082.2=2569.8m3。經(jīng)計算擠壓邊墻的費用為3652m3×312.87元/m3÷15460m2=73.91元/m2。
水庫面板壩上游采用擠壓混凝土技術(shù)后,每平方可降低97.1元/m2-73.91元/m2=23.19元/m2。整個坡面施工因采用擠壓邊墻技術(shù)可以減少投資23.19元/m2*15460m2=35.9萬元。采用擠壓混凝土技術(shù)施工同期比傳統(tǒng)技術(shù)在施工工期上提前了2個半月。經(jīng)初步分析,僅施工單位就節(jié)約共計180.9萬元,業(yè)主挽回損失在500萬元以上。
5.結(jié)語
從施工成本比較可以看出,采用擠壓邊墻技術(shù),可大大降低工程費用,經(jīng)濟效益顯著。隨著擠壓邊墻技術(shù)的逐漸成熟,經(jīng)濟成本還有下降的潛力,這次水庫擠壓邊墻的新工藝成功應(yīng)用,推動了擠壓邊墻施工技術(shù)的發(fā)展,為新疆以后的面板堆石壩施工提供了寶貴的經(jīng)驗。