土石壩工程及施工技術(shù)近況

1、2 施工新技術(shù)簡介2.1面板堆石壩擠壓式砼邊墻固坡技術(shù) 擠壓式砼邊墻固坡技術(shù)是面板堆石壩上游坡面的一種新的防護(hù)技術(shù)。擠壓式砼邊墻固坡技術(shù)（以下簡稱邊墻擠壓施工法）因其能簡便及時地提供上游坡面的保護(hù)，1999年巴西埃塔面板堆石壩建設(shè)中首先采用，2002年引進(jìn)我國。首先在我國黃河公伯峽、湖北鶴峰和甘肅黑河龍首等電站的面板堆石壩施工中開始應(yīng)用，評價較好。2.1.1邊墻擠壓施工法的技術(shù)優(yōu)點：面板堆石壩上游坡面的傳統(tǒng)施工，因其繁雜工序，往往自始至終處于進(jìn)度計劃的關(guān)鍵線路，并難以保證密實度和平整度，同時坡面長期無保護(hù)，在工程進(jìn)度、質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)少年性上均有較大負(fù)面影響。而采用邊墻擠壓施工法有下列技術(shù)優(yōu)點：邊墻

2、施工一般速度可達(dá)4060m/h，在砼成型12h即可進(jìn)行墊層料填鋪，兩者可同時上升，上游坡面防護(hù)一次成形，不需進(jìn)行斜坡碾壓和削坡處理。施工安全性提高。新的施工方法使作業(yè)人員大大減少，同時壩腳部位可安全的進(jìn)行有關(guān)作業(yè)。工程量減少。墊層區(qū)不需要超填，面板砼超填現(xiàn)象也可減少。因擠壓砼具有與墊層料相近的透水性、密實度等特點，墊層水平厚度可望減少。邊墻可提供一個規(guī)則、平整的坡面，坡面整潔美觀，改善砼面板的接觸支撐條件，加之工序簡化有利于施工管理。上游坡面的新技術(shù)使得工序和施工設(shè)備、機(jī)具得到簡化。坡面施工可隨墊層區(qū)的上升一次完成，傳統(tǒng)工藝需要的坡面平整和碾壓設(shè)備、瀝青噴涂設(shè)備、水泥砂漿施工模具等也可被擠壓墻

3、技術(shù)取代。邊墻在坡面形成一個規(guī)則、堅實的支撐區(qū)域。因其內(nèi)側(cè)具有直立結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)工藝中的坡面斜披碾壓可以完全被對填筑料的垂直碾壓取代，密實度得以保證，蓄水后這一區(qū)域的變形將大大減少。對大型工程尤其對導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)較高的工程，因其提供了一個可抵御沖刷的上游坡面，從而使得壩體導(dǎo)流、渡汛安全性提高，渡汛建筑物的規(guī)模得以降低。由于邊墻的防護(hù)，面板施工可安排在合理時段進(jìn)行，可延長面板澆筑前的堆石沉降期。據(jù)有關(guān)資料，一些大壩的面板開裂是由于壩體填筑和面板施工間隔時間過短所致。2.1.2擠壓式砼邊墻施工程序 面板堆石壩墊層區(qū)上游坡面的施工工藝流程是：擠壓式邊墻施工墊層料攤鋪墊層料碾壓測量放線擠壓式邊墻施工程序：在每填

4、筑一層過渡料（墊層料）之前，用擠壓式邊墻機(jī)制作出一個半透水砼墻，然后在其內(nèi)側(cè)按設(shè)計鋪填壩料，碾壓合格后再擠壓制作上層邊墻，重復(fù)以上工序，參見擠壓式砼邊墻施工程序圖（圖2-2-1）。擠壓式邊墻機(jī)介紹見2-1-4節(jié)。其施工過程為：測量放線對墊層高程進(jìn)行復(fù)核后，確定擠壓式砼邊墻的邊線，并根據(jù)底層已成型的墻頂邊線作適當(dāng)調(diào)整，使壩體上游坡面水平方向偏差控制在內(nèi)。根據(jù)調(diào)整后的邊線分段掛線或用白灰標(biāo)識出擠壓機(jī)行走路線。擠壓機(jī)BJY-40就位用WA-380（3.0m³）裝載機(jī)（或其他機(jī)械）將擠壓機(jī)吊運到指定位置，使其內(nèi)側(cè)外沿緊貼線位。操作人員調(diào)平內(nèi)外側(cè)調(diào)節(jié)螺栓，并查看水平尺，使其在同一高程；用鋼尺量

5、擠壓機(jī)出口高度，使其保持在40cm。擠壓機(jī)就位后，安放擠壓邊墻三角形端頭擋板并予以固定。擠壓式砼邊墻澆筑砼料在拌和樓進(jìn)行拌制，6m³砼罐車運至施工現(xiàn)場，采用后退法卸料。待罐車就位后，開動擠壓機(jī)，并開始卸料，卸料速度須均勻連續(xù)，并將擠壓機(jī)行走速度控制4060m/h（即就是1分鐘1m左右）。卸料的同時，用自制的量筒均勻地?fù)郊铀倌齽┤芤?。擠壓機(jī)行走路線以前沿內(nèi)側(cè)靠線為準(zhǔn)，并應(yīng)根據(jù)后沿內(nèi)側(cè)靠線情況作適當(dāng)調(diào)整。在卸料行走的同時，根據(jù)水平尺、坡度尺校核擠壓墻結(jié)構(gòu)尺寸的情況，不斷調(diào)整內(nèi)外側(cè)調(diào)平螺栓，使上游坡比及擠壓墻高度滿足要求。擠壓式邊墻砼施工時，兩端應(yīng)盡可能地靠近兩岸趾板，以減少人工處理量。砼

6、施工結(jié)束后，及時養(yǎng)護(hù)。用塑料薄膜或麻袋進(jìn)行覆蓋，設(shè)專人進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)。兩端與趾板接口處理接口處砼配合比采用人工法施工配合比，并按施工要求現(xiàn)場摻加速凝劑。人工立模進(jìn)行澆筑，每層鋪料10cm，人工用夯錘密實，與趾板結(jié)合部位須加強夯實。缺陷（錯臺、起包、倒塌等現(xiàn)象）處理和下道工序?qū)κ┕ぶ谐霈F(xiàn)的錯臺、倒塌現(xiàn)象須掛線用M5.0砂漿抹平，對錯臺超出設(shè)計線的部分，人工鑿除抹灰處理。處理完成后并經(jīng)監(jiān)理驗收合格后方可進(jìn)行下道工序。擠壓邊墻成型2h后，即可進(jìn)行墊層料的攤鋪?，F(xiàn)場施工人員在擠壓式邊墻上掛高于邊墻約4cm的線繩，并經(jīng)高程測量作相應(yīng)調(diào)整，以作為機(jī)械、人工平料的標(biāo)準(zhǔn)。墊層料采用20t自卸汽車運輸，后退法卸料

7、。每車?yán)霞s7.0m³，每5m倒料1車。用推土機(jī)進(jìn)行攤鋪，攤鋪厚度44cm，并輔以人工整平，推土機(jī)采用后推法用推刀刮平，人工配合WA-380裝載機(jī)剔除擠壓邊墻處的超徑塊石。墊層料碾壓碾壓前在砼邊墻布設(shè)觀測點，以便測定擠壓墻的側(cè)向位移。距擠壓式砼邊墻10cm，現(xiàn)場施工員用白灰線進(jìn)行標(biāo)識。順壩軸線方向用自行式振動碾碾壓，動碾8遍，振動碾振動頻率控制在27.528.0Hz，振幅控制在1.21.4mm，行走速度控制在1.5km/h以內(nèi)，邊角用10t液壓夯板振壓30s，以確保墊層料夯壓密實。碾壓后，現(xiàn)場施工員布設(shè)2×4m方格網(wǎng)，以成型的擠壓式邊墻頂高程位依據(jù)，對邊墻內(nèi)側(cè)墊層料不足部分

8、采用人工補料至平整，并碾壓12遍，使擠壓式邊墻內(nèi)側(cè)的墊層料高差在以內(nèi)，若達(dá)不到要求，應(yīng)重新補料碾壓，直到滿足高程要求。碾后用全站儀（經(jīng)緯儀）測定擠壓墻的側(cè)向位移。2.1.3邊墻截面邊墻截面基本為三角形，上下層連接可視為鉸接方式，這可使邊墻適應(yīng)墊層區(qū)的沉降變形，其下部不易形成空腔進(jìn)而對面板造成不利影響。2002年8月公伯峽面板壩施工中，結(jié)合上游坡比，并借鑒了埃塔工程的經(jīng)驗確定斷面（見圖2-1-2）。實踐表明，這種截面形式有利于擠壓機(jī)運行和邊墻成形，可滿足對墊層料鋪填的約束，也符合我國常規(guī)填筑工藝的要求。邊墻頂寬應(yīng)限制在12cm以內(nèi)，過大的定寬會降低邊墻適應(yīng)變形的能力。龍首二級水電站大壩上游坡比為

9、1：1.5，頂部寬度取為10cm。墻高取40cm，與碾壓后的墊層料厚度一致，內(nèi)側(cè)坡比設(shè)計為8：1，以便于墊層料碾壓，底部寬度為75cm；擠壓式砼邊墻標(biāo)準(zhǔn)斷面每延米方量為0.17m³，每層高度為0.40m。2.1.4擠壓式砼邊墻機(jī)砼一次成形的擠壓機(jī)械是邊墻施工技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。適當(dāng)?shù)臄D壓力以保證砼成形的同時具有一定的孔隙率以及與壩料填筑進(jìn)度相協(xié)調(diào)的擠壓施工速度是擠壓機(jī)械的基本要求。擠壓機(jī)的設(shè)計借鑒了道沿滑模的原理，由于施工對象的不同尤其是砼性能的巨大差異，擠壓機(jī)的研制是與砼性能相關(guān)聯(lián)的一項全新課題。 2001年9月陜西省水利機(jī)械廠經(jīng)過多方面工作，以螺旋擠壓成型進(jìn)行設(shè)計，在黑河樞紐工地多次

10、生產(chǎn)性模擬試驗，并進(jìn)行了砼材料的施工工藝相關(guān)研究，2002年4月在黃河公伯峽工地結(jié)合工程實際生產(chǎn)性試驗成功、2002年9月公伯峽大壩正式使用，進(jìn)行擠壓式邊墻施工。擠壓機(jī)有關(guān)資料介紹如下：1) 擠壓機(jī)結(jié)構(gòu)后輪、成型倉、攪拌倉、動力倉、液壓系統(tǒng)、前輪及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)2) 擠壓機(jī)主要機(jī)械參數(shù)擠壓機(jī)主要技術(shù)參數(shù)表型號成形截面/cm成形方式工作速度（m/h）工作方式主泵壓力/ MPaBJY-40100×710×400螺旋擠壓4080液壓25額定功率/KW最大轉(zhuǎn)角外型尺寸/cm凈質(zhì)量kg方向控制最大離地間隙457o203660×1390×11502600機(jī)械鎖定300mm

11、 2.1.5質(zhì)量控制施工前精心復(fù)核和優(yōu)化砼配合比，盡可能降低水泥用量，以降低擠壓式邊墻砼的彈模。并將選定的配合比報監(jiān)理工程師審批。嚴(yán)格控制砼坍落度，確?，F(xiàn)場施工坍落度符合設(shè)計要求，保證擠壓質(zhì)量。拌和樓專人監(jiān)督，嚴(yán)格把關(guān)，按配料單配料，不得擅自更改。邊墻內(nèi)側(cè)的墊層料嚴(yán)格按設(shè)計要求鋪填，邊角部位用10T液壓夯板夯實，確保填壩質(zhì)量。2.1.6邊墻對面板裂縫的影響已建工程中面板出現(xiàn)裂縫的很多，大體可分為兩類：沉降斷裂裂縫和溫度收縮裂縫（包括干縮裂縫），據(jù)資料介紹大量出現(xiàn)的是溫度收縮裂縫。由溫度、濕度等環(huán)境因素變化引起砼收縮，加之基礎(chǔ)約束而在砼內(nèi)誘發(fā)拉應(yīng)力，是促使發(fā)生裂縫的破壞力，這是外因。砼自身的性能

12、和質(zhì)量決定砼的抗裂能力，這是內(nèi)因。如破壞力大于抗裂能力時，就會出現(xiàn)裂縫，因此在增加砼極限拉伸值的同時，減少基礎(chǔ)約束成為面板防裂的關(guān)鍵。邊墻擠壓施工法的負(fù)面作用是如果砼面板與邊墻結(jié)合在一起，面板會對壩料產(chǎn)生由臺階形斷面所造成的約束，其剪應(yīng)力就會更多地從壩體傳遞到面板，這樣那些臺階就會成為面板薄膜料片進(jìn)行預(yù)防，還有采用一種塑料黏合劑對邊墻表面進(jìn)行噴涂的方法，也有人正在研究其他的預(yù)防措施。根據(jù)以往的實踐經(jīng)驗，在邊墻表面噴灑陽離子乳瀝青以改善約束條件，和砼比較乳化瀝青極低的粘結(jié)強度也可以達(dá)到預(yù)期的分離目的。插入墊層的架立筋對約束程度也有一定的影響，改用板凳筋架立鋼筋網(wǎng)以進(jìn)一步減少約束，可以進(jìn)行探索。在

13、砼配合比、溫控、保濕及施工質(zhì)量不變的條件下，綜合考慮邊墻法擠壓施工對墊層壓實質(zhì)量、坡面平整度的改善和延長壩體預(yù)沉期的效果，相信，邊墻擠壓法施工不會增加面板裂縫的可能性。2.1.7經(jīng)濟(jì)性比較邊墻擠壓施工法對工程質(zhì)量的提高、進(jìn)度的加快以及增加導(dǎo)流渡汛的安全性等產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益是因工程而異的，但其基本特點與工程經(jīng)濟(jì)性要求是完全一致的。傳統(tǒng)工藝在上游坡面防護(hù)中產(chǎn)生的費用基本可以歸納為：墊層超填費用：斜坡的削坡、碾壓、整平費用；坡面砂漿或噴涂乳化瀝青的施工費用。擠壓式邊墻方法在坡面防護(hù)中不僅只有擠壓砼施工費用而且還可減少同體積墊層料費用。工程所處地理位置的不同如多雨地區(qū)可能產(chǎn)生因降水對坡面造成沖刷的后續(xù)工

14、作量的增加、可供使用的墊層料制備成本的不同等不確定因素會使新舊方法的經(jīng)濟(jì)性差異有所變化。另外，擠壓式邊墻技術(shù)因探索階段，工序計劃、生產(chǎn)成本尚待進(jìn)一步實踐，這也是應(yīng)考慮的方面。擠壓邊墻技術(shù)的直接經(jīng)濟(jì)效益還有再探討的余地，但若綜合考慮經(jīng)濟(jì)和社會效益，其優(yōu)越性是不言而喻的。2.1.8邊墻砼料配合比的試驗研究由于擠壓式邊墻對壩體結(jié)構(gòu)的改變及約束應(yīng)力對面板可能產(chǎn)生的不利影響，其砼性能應(yīng)具備低強度、低彈模、半透水的特點；為了滿足與墊層料填筑同步上升的要求，砼又要具備較高的早期強度；同時也應(yīng)注意經(jīng)濟(jì)方面的要求。因此，邊墻擠壓施工法中重要的一環(huán)是砼料配合比的研究，必須精心設(shè)計，反復(fù)進(jìn)行室內(nèi)外試驗，確定滿足要求

15、的砼料配合比。今將黃河公伯峽和黑河龍首二級兩電站的面板壩應(yīng)用擠壓式砼邊墻技術(shù)中使用的砼料配合比，以及陜西省水電工程局測試中心的試驗研究資料，介紹于下，以供參考。黃河公伯峽面板壩使用BJY-40型砼邊墻擠壓機(jī)進(jìn)行固坡施工，其砼料配合比為：水泥80kg/m³，水灰比1.31，砂651kg/m³，小石1449kg/m³，外加劑3，達(dá)到了低強度、低彈模和半透水的要求。（摘錄自水利水電工程施工手冊、土石方工程卷）黑河龍首二級電站擠壓式砼邊墻砼料配合比擠壓墻砼按一級配干硬性砼配合比設(shè)計，坍落度為0。經(jīng)試驗，采用水灰比1.07（人工法施工為1.35）速凝劑摻量（）水泥用量（kg

16、/m³）砂子（kg/m³）小石（kg/m³）水（kg/m³）滲透系數(shù)（cm/s）（9d）抗壓強度（MPa）（28d）砂率（）4.085566138492.15.35×10-31.9529注：1、彈模為6626MPa。2、人工法施工時，水量調(diào)整為115kg，其它量不變。3、用粉狀的速凝劑配置濃度為12的懸濁液可滿足速凝劑4（3.4kg）的摻加要求。擠壓式混凝土配合比試驗研究1 擠壓式邊墻砼配合比的設(shè)計與試驗配合比的設(shè)計研究要考慮三個方面的因素：一是擠壓機(jī)擠壓力的大小，即擠壓出的砼密實度與室內(nèi)成型砼的密實度是否一致，能否滿足滲透要求；二是擠壓砼的強

17、度和彈模的大??；三是配合比可施工性的要求。1.1 試驗的技術(shù)指標(biāo)一級配干硬性砼，坍落度為0.28d砼抗壓強度大約再9MPa左右，砼滲透系數(shù)再10-210-3 cm/s范圍內(nèi)，彈模較低。1.2 原材料鑒定1) 水泥：耀縣生產(chǎn)的秦嶺牌42.5R水泥，其物理、力學(xué)性能合格，見表1。2) 砂子：黑河砂，其物理試驗成果見表2。3) 石子：黑河河床卵石、破碎石，粒徑520mm，其物理、力學(xué)試驗成果見表3。表1 水泥物理及力學(xué)試驗成果表品種成型日期凝結(jié)時間標(biāo)準(zhǔn)稠度/安定性（煮）抗折強度/MPa抗壓強度/MPa初凝終凝3d28d3d28d耀縣秦嶺42.5R水泥2001.10.177.523.5727.3合格6

18、.210.134.156.6表2 砂料物理試驗成果表產(chǎn)地體積質(zhì)量含泥量/松散密度/（g/cm³）振實密度/（g/cm³）吸水率/細(xì)度模數(shù)黑河2.680911.761.651.751.12.653.01表3 石料物理力學(xué)試驗成果表粒徑/mm體積質(zhì)量超徑/遜徑/含泥量/松散密度/（g/cm³）振實密度/（g/cm³）吸水率/5202.711.93.90.150.781.551.770.864) 水：拌和及養(yǎng)護(hù)砼用水系潔凈的飲用水。5) 外加劑：咸陽產(chǎn)高效速凝劑。1.3 試驗方法1.3.1 模擬擠壓試驗（采用加工好的試模加壓板在壓力機(jī)上模擬擠壓）1) 直壓法：

19、按試配砼裝好試模后用加壓板在壓力機(jī)上一次直接擠壓成型。用配置好的砼裝模，用加壓板分層在壓力機(jī)上擠壓成型。2) 振壓法：按試配砼裝好試模后分層用加壓板在壓力機(jī)上，邊人工敲打邊擠壓成型。1.3.2 一般方法試驗1) 人工插搗法：按試配砼裝好試模后分層用人工插搗成型。2) 振動臺振動法：按試配砼裝好試模后用振動臺振動成型。1.4 砼配合比試驗成果及分析1) 試驗成果見表4。2) 通過試驗和比較，模擬擠壓顯然比一般方法效果明顯，在摻一定速凝劑，成型時間同為3h的情況下，模擬擠壓出的砼抗壓強度較高，而一般方法成型的砼抗壓強度較低，有些甚至測不出強度，并且振動擠壓的砼成型更接近擠壓機(jī)成型砼邊墻的方式。1.

20、5 試驗說明1）本試驗所采用的小石均過520mm篩。2）表4推出的配合比中砂、石均以飽和面干狀態(tài)量為準(zhǔn)，砼澆筑前應(yīng)對原材料的含水量進(jìn)行實際檢查。根據(jù)檢查的結(jié)果調(diào)整單位用水量及其它各材料的用量。2 擠壓式砼邊墻現(xiàn)場試驗擠壓機(jī)研制成型以后，在黑河工地進(jìn)行了現(xiàn)場擠壓砼邊墻和墊層料鋪填碾壓的綜合試驗。表4 擠壓式邊墻砼配合比設(shè)計成果表水泥標(biāo)號序號水灰比砂率/每方砼中各材料用量/（kg/m³）成型時間（h）成型方式抗壓強度/MPa密度/（kg/m³）水泥水砂小石速凝劑/4秦嶺42.5R水泥11.5307010559313822.83直壓/213021.5307010559313822

21、.83振壓/211531.5307010559313822.83人工插搗/228541.5307010559313822.83振動/229551.4308511958413623.43直壓0.6212561.4308511958413623.43振壓0.7211871.4308511958413623.43人工插搗/226581.4308511958413623.43振動/229091.253010012557813474.03直壓0.92135101.253010012557813474.03振壓1.02120111.253010012557813474.03人工插搗/2270121.253

22、010012557813474.03振動/2265131.03012512557013305.03直壓1.5/141.03012512557013305.03振壓2.3/151.03012512557013305.03人工插搗/161.03012512557013305.03振動/170.753015011356613216.03直壓1.8/180.753015011356613216.03振壓3.4/190.753015011356613216.03人工插搗/200.753015011356613216.03振動/備注該配合比均為干硬性砼，砂石料均為飽和面干狀態(tài)2.1 試驗場地準(zhǔn)備1）用白灰

23、線撒出了一個長60m、寬40m的試驗場地。2）220HP推土機(jī)整平、灑水后稍經(jīng)晾曬，再用18t自行式振動碾碾平。3）水準(zhǔn)儀控制場地的不平整度小于10cm。2.2 擠壓砼邊墻初期試驗1）第一次采用水泥用量100kg，砂率為50的配合比，拌和樓拌制，砼罐車運輸，用3m³砼擠壓了一道長15m的砼邊墻，用時1h15min。2）第二次采用水泥用量85kg，砂率50和30的配合比，拌和樓拌制，砼罐車運輸，用6m³砼分別擠壓了兩道長15m的砼邊墻，用時均為1h。3）第三次采用水泥用量70kg，砂率30的配合比，拌和樓拌制，砼罐車運輸，用3m³擠壓了一道長15m的砼邊墻，用時1h

24、15min。4）三次試驗均用人工在擠壓機(jī)料斗內(nèi)均勻摻和砼速凝劑。5）初期三次試驗成果的評價。從試驗的實際效果看，擠壓出的砼邊墻都能成型，且具有一定的擠壓強度，擠壓機(jī)在堅實平整的基礎(chǔ)上行走是順利的。在壓實后的墊層區(qū)上行走有些困難。擠壓砼所選配合比基本可行。擠壓機(jī)速度過慢，不能滿足施工強度要求，應(yīng)更換油泵，提高速度。為了保證砼邊墻表面平整度及中線偏差符合要求，并改變擠壓機(jī)在墊層料上行走困難的狀況，擠壓機(jī)應(yīng)更換較寬的輪胎。2.3 擠壓機(jī)改進(jìn)后的第四次試驗1）采用水泥用量85kg、砂率30的配合比，拌和樓拌制，砼罐車運輸，在墊層區(qū)上擠壓施工了長30m的砼邊墻，用時35min。2）用12t自卸汽車?yán)瓑|層

25、料，后退法卸料，220HP推土機(jī)整平，最后用18t自行式振動碾碾壓8遍。振動碾用小振幅低頻率檔位工作。3）第二層擠壓機(jī)在墊層料上擠壓長30m的砼邊墻，用時42min。4）第三層擠壓機(jī)在墊層料上擠壓長30m的砼邊墻，用時43min?？偣踩龑釉囼灮境晒Γ瑪D壓機(jī)在墊層料上行走基本正常。5）試驗評價。擠壓式邊墻的砼配合比可行，施工性能良好，能滿足施工要求。擠壓機(jī)的行進(jìn)速度滿足要求，且擠壓出的砼邊墻能夠滿足2h后上墊層料碾壓的要求。每層用皮尺測量，30m長的砼邊墻中線綜合偏差57cm，基本滿足要求。擠壓機(jī)對砼配合比比較敏感，稍濕的砼行進(jìn)速度快，稍干的砼行進(jìn)速度慢。各次試驗墊層料填料碾壓時，均未發(fā)現(xiàn)明顯

26、的邊墻側(cè)向擠壓位移。3 擠壓砼的物理力學(xué)性能試驗3.1 試樣的制備1）在擠壓砼試驗現(xiàn)場，砼齡期在7d以后分別取采用水泥用量70kg、85kg、100kg配合比的砼試樣各3塊。2）用蠟封法測出擠壓砼密度，見表5。用所測出的密度和擠壓機(jī)擠壓邊墻砼同配合比成型抗壓、抗?jié)B、彈模試樣，做擠壓砼的各項技術(shù)指標(biāo)的室內(nèi)試驗。表5 擠壓砼密度測定成果表序號水泥用量/（kg/m³）樣原重/kg（樣+蠟）重/kg注入水重/kg（蠟+樣）體積/L樣體積/L蠟體積/L密度/（kg/L）備注17017.5518.7821.819.37.931.372.01629.09.7825.825.294.420.872.

27、03637.257.9426.714.43.630.771.99748515.1516.722.039.087.361.722.0582.047511.812.9223.997.125.881.242.007613.0514.0223.747.376.291.082.075710010.0810.7725.745.374.60.772.1912.126813.8514.5524.296.826.040.78-912.8413.8223.797.326.231.092.0613.2 擠壓式砼試驗成果擠壓式砼物理、力學(xué)性能試驗成果見表6、表7。表6 擠壓式砼試驗成果表速凝劑摻量/水泥用量/（kg/

28、m³）砼密度/（kg/m³）砼抗壓強度/MPa砼滲透系數(shù)/（cm/s）砼彈性模量（MPa）備注齡期/d強度/MPa齡期/d滲透系數(shù)/（cm/s）齡期/d彈性模量/MPa2.070201671.5692.86×10-29727485204772.2492.02×10-298624100212672.7492.01×10-29102333.070201671.7292.19×10-29704585204772.4291.45×10-293980100212673.6396.11×10-2987863.3試驗結(jié)果分析從表

29、6、表7結(jié)果看，擠壓砼滲透性能滿足與墊層料基本一致的要求，彈性模量小，變形適應(yīng)能力強，對面板約束力小。砼強度稍低，但能滿足擋墊層料的施工目的。表7 擠壓式砼試驗成果表速凝劑摻量/砼抗壓強度/MPa砼滲透系數(shù)/（cm/s）備注水泥用量（kg/m³）齡期/h強度/MPa水泥用量/（kg/m³）滲透系數(shù)/（cm/s）2.070200.40704.67×10-270390.62701.04×10-28521.50.31852.07×10-28521.50.42851.96×10-285240.551002.01×10-285481.

30、31-72721.51-3.085210.53702.45×10-285210.49701.93×10-285240.68851.82×10-285481.34851.08×10-285721.341006.11×10-24.08550.12-8560.16-8570.16-4 墊層料的級配與干密度的測試在試驗現(xiàn)場測試了擠壓式砼邊墻內(nèi)墊層料的干密度和級配，其結(jié)果如表8，墊層料的干密度滿足要求。5 結(jié)論1）砼面板堆石壩墊層料擠壓式邊墻砼邊墻新技術(shù)研究開發(fā)基本上取得了成功?？梢赃M(jìn)行生產(chǎn)試驗，擠壓機(jī)也可以進(jìn)行正式的批量生產(chǎn)。在生產(chǎn)使用過程中再進(jìn)一步的

31、完善和改進(jìn)。2）目前墊層料碾壓試驗中，未觀察到碾壓使砼邊墻產(chǎn)生明顯的側(cè)向位移，應(yīng)進(jìn)一步對其進(jìn)行定量試驗。3）砼邊墻表面不平整度應(yīng)進(jìn)行測試及控制。4）速凝劑的添加方法有待于進(jìn)一步探討和研究。本節(jié)轉(zhuǎn)錄自陜西省水電工程局集團(tuán)公司測試中心王星照、畢研軍、李晨、易永軍等撰文。表8 墊層料級配試驗成果表試驗指標(biāo)序號顆粒組成/mm>808060604040202010105百分含量1011.715.316.414.39.7205.314.317.412.38.930.78.015.716.714.49.0試驗指標(biāo)序號顆粒組成/mm522110.50.50.250.250.1<0.1百分含量15.

32、76.69.45.92.82.225.66.811.79.84.53.432.36.49.99.63.73.62.2 藍(lán)派沖擊壓實技術(shù)在面板堆石體填筑中的應(yīng)用2.2.1面板壩發(fā)展與壓實工藝技術(shù)進(jìn)步的重要關(guān)系從面板堆石壩產(chǎn)生與發(fā)展的歷史來看，它和壓實工藝的進(jìn)步密不可分。二十世紀(jì)初建筑堆石壩還在用拋石法，密度達(dá)不到2g/cm³、空隙率30以上。施工期加運行期的總沉降量達(dá)到壩高的7。因此當(dāng)時堆石壩高不足100m，筑壩技術(shù)停滯不前。二十世紀(jì)三十年代，瑞典壓實機(jī)械專家，在1865年美國所發(fā)明光輪壓路機(jī)的基礎(chǔ)上，將壓路機(jī)設(shè)計從靜作用增加上振動的概念，開發(fā)了基于振動壓實原理的振動壓路機(jī)。六十年代，

33、壩工工程的技術(shù)專家將其應(yīng)用于堆石體填筑：在重力作用下，塊石棱角被壓碎，在振動效應(yīng)作用下，壩料得到嵌填調(diào)整，從而使密度提高。沉降變形減少，過量的滲水減少。壓實工藝的進(jìn)步。使堆石壩的設(shè)計高度提高到200m級。一般研究認(rèn)為：變形量與壩高和堆石體的質(zhì)量即壓縮模量有關(guān)，大致與壩高平方成正比與壓縮模量成反比。當(dāng)壩高確定后，要減小壩體和面板的變形量，只有提高堆石體的壓縮模量，而壓縮模量又與堆石體壓實密度或空隙率密切相關(guān)。近半個世紀(jì)以來，振動壓路機(jī)已經(jīng)成為堆石體壓實的經(jīng)典工藝裝備。下面解析一下影響振動壓路機(jī)壓實效果的數(shù)學(xué)模型：如果以E表示被壓實體的壓實度，E與振動壓路機(jī)技術(shù)參數(shù)有下列函數(shù)關(guān)系：Ef1(P1)+

34、f2() (1)式中 P1振動壓路機(jī)壓實輪的線荷載.（N/cm） A 振動壓路機(jī)工作振幅（mm）振動壓路機(jī)工作頻率（角頻率） v 振動壓路機(jī)的工作速度（m/s）為了獲得更好的壓實效果，振動壓路機(jī)必須具有足夠大的線荷載P1和振幅A。線荷載愈大，在堆石體壓實中塊石棱角愈容易被壓碎；振幅愈大，被壓壩料愈容易在更深的層面產(chǎn)生振動響應(yīng)，從而調(diào)動更多的填料顆粒 產(chǎn)生位移，得到更充分的嵌填調(diào)整機(jī)會，以便使被壓堆石體空隙率減小密度提高。然而，幾十年來振動壓路機(jī)的發(fā)展對滿足碾壓堆石的密實度要求來說幾乎已接近到了一個極限。一臺自重十幾噸的振動壓路機(jī)，它的靜、動總線荷載不過也就1000N/cm多一點，振幅一般在零點

35、幾至2mm之間。它的能量所及對于抗壓強度200MPa以上的超硬巖石壩料壓實中，棱角破碎就受到很大局限，振動響應(yīng)的深度也只有4080cm。因此竣工后在高應(yīng)力作用下塊石棱角還會進(jìn)一步破碎，嵌填還有較大的繼續(xù)調(diào)整空間，堆石還會產(chǎn)生較大徐變。至于壓實效率P可由下式計算：P.KB （m³/h實方計） （2）式中 B有效壓實寬度（m） h壓實層的厚度（m） v壓實作業(yè)速度（km/h） n壓實遍數(shù) KB與現(xiàn)場作業(yè)條件有關(guān)的時間利用系數(shù)。在堆石體壓實中，由于如前所述的壓實層厚一般僅為4080cm，作業(yè)速度2km/h左右，一個臺班壓實12001300m³，這對于一個填筑方量8001000萬m

36、³的壩體填筑工程來說意味著需要投入相當(dāng)數(shù)量的壓實機(jī)械和需要一個相當(dāng)長的填筑工期。2.2.2 藍(lán)派沖擊壓實技術(shù)原理、特點和優(yōu)越性：1950年，南非共和國Berrange先生首創(chuàng)了主要基于沖擊壓實原理的連續(xù)式?jīng)_擊壓實技術(shù)和工藝裝備。其原理如下圖：牽引機(jī)拖動非圓形實輪滾過被壓實體地表，壓實輪對地表的力學(xué)行為是沖擊、揉壓、碾壓綜合作用，壓實輪轉(zhuǎn)過最大至最小半徑轉(zhuǎn)角，對地表產(chǎn)生沖擊；繼續(xù)滾動中，非圓曲線輪廓又對地表施以揉壓、碾壓。因此，就其力學(xué)行為來說壓實輪作用于地表的除本身的勢能外還有沖擊中產(chǎn)生的峰值極大的力脈沖，而揉壓、碾壓中，作用于被壓實體的，則基本上可認(rèn)為是壓實輪滾動中平動和轉(zhuǎn)動的動能

37、之和。以三邊形沖擊壓實機(jī)來說，按計算得出的勢能為25KJ，僅憑這一能量當(dāng)然不足以實現(xiàn)壓實，根據(jù)牛頓碰撞定理，壓實輪軸組件質(zhì)量為12t，沖擊速度v是由牽引機(jī)行駛速度決定的，一般為1215KM/h，沖擊作用時間t取0.02S，計算其沖擊力F可達(dá)250t。這一巨大沖擊力所輸出的能量密度極大，這種沖擊連續(xù)作用于地表所產(chǎn)生的振動是高能量、大振幅、低頻率的，其振幅為22CM，頻率為2HZ左右。沖擊之后，壓實輪非圓曲線輪廓滾過地面，在揉壓、碾壓作用下，又對地施以130200KJ的動能。針對沖擊碾壓堆石體，可以這樣描述和概括其壓實機(jī)理：在高能量、大振幅的沖擊振動下塊石棱角破碎、在振動效應(yīng)中壩料實現(xiàn)嵌填調(diào)整，而

38、后非圓曲線輪的揉壓、碾壓又使其得以相對穩(wěn)固。再一次沖擊、揉壓、碾壓作用，重復(fù)上述過程，經(jīng)過一遍又一遍沖碾作業(yè)填料被逐步壓密、壓實。藍(lán)派沖擊式壓實機(jī)常用兩種機(jī)型的主要技術(shù)參數(shù)見下表機(jī)型機(jī)重t壓實輪重t振幅cm頻率 擊/秒行駛速度km/h勢能KJ動能KJ沖擊力tLICP32712221.7121525200250LICP52410202.6121520130200以本文第一部分公式1，比較沖擊式壓實機(jī)與傳統(tǒng)振動壓路機(jī)的壓實能力，替代第一項振動壓路機(jī)靜、動兩種總線荷載的是沖擊力，而沖擊力一般為總線荷載的810倍；第二項振幅頻率乘積與工作速度之比，沖擊式壓實機(jī)是振動壓路機(jī)的1.52倍，這就使沖擊式壓實

39、機(jī)作用于被壓實體，具有更大的壓力和更深的振動效應(yīng)范圍，從而獲得更好的壓實效果。同時，由于其行駛速度快也就是具有更高的壓實效率。根據(jù)沖擊式壓路機(jī)在不同巖土應(yīng)用中的經(jīng)驗，它的有效作用深度可達(dá)2M，影響深度可達(dá)35M，壓實效率每小時可達(dá)1000M³。1995年，南非國藍(lán)派公司將這種技術(shù)應(yīng)用于香港新機(jī)場后又將其應(yīng)用于公路、機(jī)場、工業(yè)廠房等基礎(chǔ)工程地基處理。1999年初成立藍(lán)派（北京）公司之后，其應(yīng)用范圍已覆蓋我國23個省市自治區(qū)，做了近百項工程。就其應(yīng)用方法來分，相對于傳統(tǒng)振動壓路機(jī)有替代式和補強式兩種。替代式即不用振動壓路機(jī)而直接用沖擊式壓實機(jī)壓實。如填前原地基壓實，特殊巖土壓實和粗骨粒料

40、直接壓實等。補強式作業(yè)即在振動壓路機(jī)壓實的基礎(chǔ)上再用沖擊式壓實機(jī)補壓，在這種補壓中，從所獲得的沉降和沉降差異，也使原來的壓實得到檢測，從而起到提前發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)提前消缺的作用。工程實例：(1) 香港赤臘角新機(jī)場填料是風(fēng)化花崗巖。用振動碾碾壓完成后，用承載板測試，壓實施加到0.6MPa時沉降5mm，彈性模量38MPa。用沖碾壓實機(jī)沖壓40遍后，沉降減到1.2mm（0.6MPa壓力），彈性模量增長到170MPa，幾乎每沖壓20遍模量增加一倍。(2) 貴州興義機(jī)場填方總高度40m，每次填方層厚1.2m，填料為白云巖，比重2.62.7，石料中粒徑超過0.6的占80、不均勻系數(shù)（d60/d10）為5.1，

41、曲率系數(shù)（d30）²/（d10×d60）為1.5?？偟奶盍闲再|(zhì)尚可。經(jīng)用三邊輪沖碾壓實機(jī)沖壓，12遍時密度達(dá)到2.25g/cm³，28遍時達(dá)到2.35g/cm³，個別點達(dá)到2.5g/cm³，空隙率1318。用激振力為50t的振動壓實機(jī)做對比試驗，密度僅達(dá)到1.92.1g/cm³，空隙率1922。通過工程實踐，體現(xiàn)了藍(lán)派沖擊壓實技術(shù)特點和優(yōu)越性(1) 利用其高能量，可以直接壓實零填方或低填方路段原地基，省去了挖掘后分層填筑工序。(2) 對常規(guī)壓實機(jī)械壓實后的地基可進(jìn)行檢測性增強補壓，提前解決工后沉降和工后差異沉降。(3) 對填石地基壓實

42、可以增大填筑層厚度，減少空隙率，提高其嵌鎖緊密程度。(4) 對舊水泥砼路面高效破碎、穩(wěn)固，并將其壓實為在其上加鋪蓋罩面層提供良好的支承。(5) 壓實效率極高：壓實機(jī)行駛速度1215公里/小時；每小時可壓實1000平方米；其最大沖擊力可達(dá)250350噸，壓實有效深度2米，影響深度35米。2.2.3在洪家渡面板堆石壩堆石體填筑中的應(yīng)用：洪家渡面板壩設(shè)計單位于2002年3月2日6月28日在小寨棄渣場進(jìn)行了包括替代式和補強式兩種作業(yè)形式的54場試驗，試驗場地面積1750m²，填筑方量約9000m³。試驗用料由卡拉寨石料場供料，石料為白云質(zhì)灰?guī)r和鮞?；?guī)r。試驗中沖碾壓實標(biāo)準(zhǔn)及壓實參數(shù)

43、見表填料沖碾機(jī)械設(shè)計填筑要求試驗值沖碾壓實參數(shù)干密度（g/cm³）空隙率（%）干密度（g/cm³）空隙率（%）加水量(%)行駛速度（km/h）鋪層厚度（cm）沖碾遍數(shù)（N）主堆石料三邊碾2.18120.022.21018.96151416027過渡料三邊碾2.19019.692.23518.04151416027墊層料五邊碾2.20519.142.20419.18表面濕潤148027次堆石料三邊碾2.12022.262.19419.55151416027在試驗的全過程中，有關(guān)專家所關(guān)注的是這樣幾個核心問題：由于沖擊力大造成沖碾后級配變化是否滿足設(shè)計要求；堆石層間結(jié)合是否緊密

44、；沖碾對壩體埋設(shè)儀器是否有影響；應(yīng)提出不同沖碾壓實參數(shù)和被壓實物料的設(shè)計干密度指標(biāo)：從試驗結(jié)果來看級配：沖碾后過渡料和主堆石料小于5mm和0.075mm含量均滿足規(guī)范含量要求，大于5mm料細(xì)料有所增加，級配粒徑從大到小還是連續(xù)分布的。過渡料不均勻系數(shù)Cu為7.924.7，曲率系數(shù)Cc為0.91.6；主堆石料不均勻系數(shù)Cu為9.573，曲率系數(shù)Cc為0.82.7。均屬良好級配。另外，進(jìn)行了垂直滲透試驗，滲透系數(shù)為：過渡料（2.883.23）×10-1cm/s，主堆石料（3.944.41）×10-1cm/s。均滿足自由排水要求。堆石層間結(jié)合：從現(xiàn)場碾壓結(jié)果看，每層層面表面約10

45、cm較為松散，相當(dāng)于天然的表層刨毛，在上一層的碾壓中可使位于該層底部的塊石與先填筑層的結(jié)合更好，從試驗堆石體用反鏟挖掘出的坑槽剖面中看，各層間看不出層間痕跡，結(jié)合緊密。沖碾壓實對壩體埋設(shè)儀器的影響；在沖碾試驗中埋設(shè)了二支土壓力計和四支應(yīng)變計，試驗結(jié)果表明，儀器埋設(shè)深度在120cm時，沖碾壓實不會造成儀器的損壞。因此沖碾壓實不會影響觀測儀器的埋設(shè)。堆石干密度指標(biāo)；過渡料在鋪層厚度1.6m時，碾壓27遍，干密度2.235g/cm³（n18.1）；主堆石料在鋪層厚度1.6m時，碾壓27遍，干密度2.21g/cm³（n19）。以上指標(biāo)均分別大于過渡料和主堆石料設(shè)計干密度2.19g/

46、cm³（n19.69）和2.18g/cm³（n20.02）。試驗結(jié)束后，國家電力總公司貴陽勘測設(shè)計研究院于2002年7月整理編寫了烏江洪家渡水電站大壩堆石體沖碾壓實技術(shù)研究報告（專家咨詢稿），報告翔實的記錄了試驗的背景，方法和所采集的大量數(shù)據(jù)。有關(guān)專家從技術(shù)上采用分析和經(jīng)濟(jì)比較兩大方面進(jìn)行了認(rèn)真的分析研究并提出“沖擊碾壓實技術(shù)在洪家渡面板壩施工中采用的建議”。建議指出：“洪家渡面板壩屬狹窄河床高面板堆石壩，提高堆石體的密實度非常重要。通過科研評審，能采用沖擊碾壓實技術(shù)是比較有利的?！比欢?dāng)時的現(xiàn)實條件是洪家渡壩已通過招標(biāo)選定承包商，并且壩體已填筑到1025m高程百年渡汛水位

47、以上。有關(guān)方面經(jīng)過商務(wù)上的協(xié)調(diào)之后認(rèn)為主堆石區(qū)的填筑已不便采用。根據(jù)專家的工程咨詢：“下游次堆石區(qū)模量與主堆石區(qū)相差太大或填筑分期不當(dāng)，都會使壩頂向下游變位而加大面板上部的拉應(yīng)力，嚴(yán)重時導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性裂縫?！睘榇?，設(shè)計單位以提高次堆石料（3C）設(shè)計干密度，減小次堆石料沉降變形為目的，提出了“洪家渡水電站大壩堆石沖碾壓實技術(shù)應(yīng)用方案”。方案提出將次堆石料（3C）區(qū)設(shè)計干密度提高到2.181t/m³，相應(yīng)孔隙率20.02，鋪層厚度160cm，應(yīng)用部位為次堆石料（3C）區(qū)，范圍與大壩結(jié)構(gòu)設(shè)計圖相同的253萬m³填料。在洪家渡電站建設(shè)公司的領(lǐng)導(dǎo)和組織下，于2003年1月12日開始，在大

48、壩次堆石料的填筑中采用了沖碾壓實技術(shù)，施工場地長200m，寬100m，場地面積比試驗場地大，壓實機(jī)行駛速度能提上來了，沖碾作用得以充分發(fā)揮。具體沖碾方法是，在1.6m填層表面先用18t振碾碾壓8遍，干密度基本達(dá)到2.089t/m³，再用沖碾22遍達(dá)到干密度和級配要求。作業(yè)中距邊坡讓出11.5m與拐角處一起用振碾補充壓實，至3月14日總計碾壓時間為42天，填筑高程從1037m1055m，填筑方量約60萬m³。從3月15日以后按壩體施工分期填筑壩體上游斷面，沖碾再恢復(fù)施工。在這一階段施工中按要求進(jìn)行了挖坑檢測，檢測項目有干密度和堆石級配。檢測結(jié)果見文后所附“沖擊式壓實區(qū)次堆石料

49、（3C）密度及級配檢測試驗結(jié)果”和“3C次堆石料顆粒級配曲線”。（編者注：未引用全部檢測成果）(1) 干密度：灌水法檢測中對所挖2000mm×1600mm試坑實際體積計算考慮了因塑料布及其與坑壁未完全密貼的修正系數(shù)，取值1.0256。歸納干密度的檢測成果表檢測時間01.1501.201.3001.2002.1202.1603.0103.11干密度/g/cm³2.1802.1962.1542.1082.1942.1822.1992.187從表中看出，8個試坑中有6個干密度達(dá)到和超過主堆石料設(shè)計干密度指標(biāo)，其中第3、4兩個試坑未達(dá)到。主要因堆石料中超徑石造成壓實機(jī)出現(xiàn)跳車而影響

50、了行走速度，使速度不足10km/h，影響了壓實效果，后來分別在這兩層增加沖碾遍數(shù)5遍和10遍，使這兩層在27遍和32遍沖碾作用下達(dá)到了要求，以后再也未出現(xiàn)過這種現(xiàn)象。(2) 級配：在對沖碾壓實次堆石料的級配檢測看出，400mm以上的大粒徑料略偏小，但卻在次堆石料上、下包線包容范圍內(nèi)，而且已基本達(dá)到了主堆石級配曲線要求，這說明這一新的堆石壩碾壓技術(shù)可能會在用料的限制上有某種突破。從而帶來潛在的經(jīng)濟(jì)效益。除對上述兩項檢測外，還對沉降做了跟蹤觀測，一般平均沉降約6cm左右。施工效率上沖碾是傳統(tǒng)振碾的4倍。設(shè)計單位認(rèn)為：“從已施工的結(jié)果看，達(dá)到了設(shè)計預(yù)期的效果?！蹦壳埃w上的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析還有待全部填

51、筑完工認(rèn)真總結(jié)，但與傳統(tǒng)壓實工藝相比，除了直接發(fā)生的基本臺時費用這一項外，以下幾點優(yōu)勢是不容忽視的：(1) 由于干密度的提高，減少堆石體沉降變形，特別是在補強式作業(yè)中，同時還能起到檢測，發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)的作用，施工中實現(xiàn)對堆石體的主動消缺，提高了壩體質(zhì)量，減少了后期可能出現(xiàn)的大壩消缺工作量。(2) 由于其壓實效率4倍于傳統(tǒng)壓實工藝，從而可大大提高壩體填筑速度，對保證和必要時的爭搶工期十分有利。(3) 用次堆石開挖料，通過沖碾可以基本滿足主堆石料干密度和級配要求。這說明壓實工藝的這種改變，可能會帶來用料方面潛在的經(jīng)濟(jì)效益。(3) 填層加厚，適當(dāng)加大了最大粒徑尺寸，使大粒徑塊石在填層中的骨架作用得以更

52、好發(fā)揮，同時還節(jié)省了“改炮”成本。(4) 灑水量大大減少，也能節(jié)省壓實造價，在水資源十分緊缺，水價面臨上調(diào)的情況下，這一點也十分重要。結(jié)束語：隨著高壩面板設(shè)計對變形量和施工進(jìn)度要求的不斷提高，當(dāng)傳統(tǒng)壓實工藝日漸顯現(xiàn)出不足以滿足要求的時候，洪家渡面板壩引入連續(xù)式?jīng)_碾這一新技術(shù)與傳統(tǒng)壓實技術(shù)組合使用，推動了我國筑壩技術(shù)的進(jìn)步。沖擊壓實區(qū)次堆石料（3C）密度及級配檢測試驗成果2003.1.152003.1.30.次堆石料（3C）密度及級配檢測試驗成果檢測部位檢測日期2003.1.15檢測日期2003.1.23檢測日期2003.1.30C區(qū)沖擊式壓實機(jī)C區(qū)沖擊式壓實機(jī)C區(qū)沖擊式壓實機(jī)縱下0-75縱下0-80.760縱下0-73.1橫左0+51.5橫左0+79.621橫左0+58.9高程EL1039高程EL1040.68高程EL1042.4試坑深度cm163試坑深度cm115試坑深度cm167設(shè)計干密度（kg/m³）2181設(shè)計干密度（kg/m³）2181設(shè)計干密度（kg/m³）2181檢測干密度