水库施工中的混凝土技术的应用
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摘 要：本文作者结合工作经验及实例，主要针对挤压混凝土边墙施工技术作出相关分析，以供参考。
关键词：面板堆石坝 挤压混凝土边墙 施工技术 水库
挤压混凝土边墙施工技术是混凝土面板堆石坝上游坡面施工的新方法，因其替代传统工艺中垫层料的超填、削坡、修整、碾压、坡面防护等工序，加快了进度，施工质量得到了保证和提高。巴西的埃塔坝工程首次采用了这种新型施工技术，这种新技术在我国公伯峡混凝土面板堆石坝中首次成功应用。与传统工艺相比，挤压混凝土边墙施工技术具有许多优点，它简化了施工工序，加快了施工进度，确保了垫层料的施工质量，对于提高堆石坝安全文明施工也具有重要的意义。这一技术在浙江省首次应用于仙居某水库主坝工程。
1 基本原理
混凝土面板堆石坝上游坡面传统施工方法是在垫层料填筑时，超出设计边线约30cm左右，先进行分层碾压，待垫层料填筑一定高度（15―20m）后，进行斜坡碾压削坡处理至设计要求，为了对坡面进行保护，在坡面铺设5―10cm厚砂浆（M5）。这种方法的缺点是工序多，费工费时，且坡面垫层料的填筑密实度难以保证，处理不当会直接影响整个大坝的填筑进度和质量。
边墙挤压机是为面板堆石坝上游护坡施工专门研制的一种新型混凝土施工机械。其工作原理为：双联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螺旋机旋转，将进入料仓内的混凝土拌和料送入成型腔；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前提条件是成型腔内密实拌和料的反作用力
大于前进的各种阻力之合。通过调整后轮和前轮的支撑高度可以改变成型腔内拌和料与内衬板之间的摩擦阻力，摩擦阻力是前进总阻力的主要组成，总阻力减小，拌和料的密实程度降低。
混凝土边墙施工方法是在每填筑一层垫层料之前，用边墙挤压机沿着设计边线挤压出一个不对称梯形的半透水性混凝土挡墙，然后在其内侧按设计铺筑坝料，用振动碾平面碾压，合格后重复以上工序。边墙截面为不对称梯形，边墙中心圆形部位混凝土较密实，周边混凝土相对松散，上下层连接可视为铰接方式，这可使边墙适应垫层区的沉降变形，其下部不易形成空腔，避免对面板造成不利影响。
2 技术应用
2.1基本情况
浙江省境内某水库总库容9966万m，，为Ⅲ等工程，属中型水库。坝型为混凝土面板堆石坝与混凝士重力坝相结合的混合坝型，水库正常蓄水位49m，大坝坝顶高程为54.8m，坝顶总长774m。坝体于2006年11月16日开始填筑，要求在2007年4月15日填筑到35.5m高程（高程），填筑量95万m3，为确保达到2007年安全度汛高程，保证垫层料的碾压质量，经技术论证后采用挤压边墙施工工艺代替传统垫层斜坡碾压、砂浆固坡。
2.2断面确定
挤压式边墙断面为不对称梯形，墙高度为垫层料的设计铺填厚度，该工程垫层料的铺填厚度为40cm，故确定压式边墙单层高度为40cm。顶部宽度太大会降低边墙适应变形的能力，顶部宽度太小会造成边墙成型困难，容易坍塌，根据类似工程经验，顶部宽度在8―12cm比较合适，该工程顶部宽度确定为10cm，边墙下游侧坡度采用8：1，底宽67cm，断面见图1。
2.3混凝土配合比
挤压边墙作为钻进原垫层料内的齿型混凝土墙，要求具有低强度、低弹模、半透水的特性。根据已建工程实例结合该工程实际情况，挤压边墙混凝土设计指标见表l。
根据室内实验推荐配合比和经现场生产性试验复核验证，确定该工程挤压边墙施工混凝土配合比（见表2）。
3.1施工程序
将下层（已填筑）垫层料碾压整平，定位画线后用边墙挤压机制作出1个高40cm的龄期（一般3h左右），并具有一定强度后，在其下游侧按设计要求铺填垫层料摊铺平整后用行碾压，合格后重复上述工序，即完成上游坝面的施工。挤压混凝土边墙施工分3个阶段，基本程序如图2所示。
3.2施工方法
3.2.1施工准备
（1）挤压机底模。挤压机底模根据设计尺寸进行定制。使挤压机在垂直方向和沿机身方向处于水平，机身调整使挤压墙高度为40cm，并保证挤压外刀片贴近前一层边墙坡顶。
（2）基面找平。垫层料摊铺时严格控制高差和平整度，由人工拉线绳找平，碾压后高差控制在3cm以内。
（3）施工放线。根据找平后实测基面高程放出上游设计边线位置。考虑边墙后垫层料碾压会导致边墙向上游面位移及变形，可将边墙上游设计边线向下游方向预留10―15cm，具体通过现场试验确定。
3.2.2混凝土拌制、运输
在坝下场地内布置2台0.75m3强制式拌合机拌料，外加剂拌和时加入，2台3m3搅拌罐车运料。
3.2.3边墙挤压成型
由专人操作挤压机的行走，控制在60m／h以内，搅拌运输车卸料，将刚出料的粗骨料弃掉，出料均匀时再放入挤压机的受料仓，使搅拌运输车与挤压机同步行走，人工以辅助卸料。挤压机行走时要保持与控制线的偏差在2cm以内，以保证挤压墙坡面的平整度。
3.2.4靠两岸坡的处理、层间结合部处理
靠两岸坡挤压机施工不到的部位由人工立模浇筑，混凝土料相同，采用钢钎和木棒捣实。挤压墙每层成型后及时对空缺、凸凹、层间接茬、突出棱线由人工进行修补处理。
3.2.5垫层料的施工
挤压边墙成型1h后即可布料，3h后即可碾压，离开挤压墙顶内侧线2m以内采用轻型（12～16t）振动碾振动碾压。碾压参数根据碾压试验确定。以外采用垫层料常规碾压参数进行碾压即可。
3.3机械设备及劳动力
采用BJY40型边墙挤压机，并配备相应辅助施工设备（见表4）。
3.4取样试验成果
（1）干容重。干容重采用封蜡法进行试验。各取成品边墙边缘和中心部位进行试验。试验结果：边墙边缘部位2.01g/cm3；边墙中心部位2.07g/cm3。
（2）抗压强度（28d）。在出机口取4组，试验结果分别为2.22，1.79，1.63，1.87MPa。
（3）弹性模量。同抗压试件在出机口取4组，试验结果分别为2379，2728，2404，2MPa。
（4）渗透系数。成品挤压边墙现场透水性好，且各层间均透水。该项指标未进行试验。
4 经济分析
4.1挤压式混凝土边墙的施工费用
挤压混凝土边墙无现成的定额可以套用，以该工程为例对挤压式混凝土边墙施工成本费用进行测算。以100m3挤压混凝土为标准，测算人工、材料、设备投入情况为：
4.1.1人工投入
速凝剂添加、混凝土人仓需要3人；因该项工作为新工艺，施工中墙体两侧边角部位需要人工立模板、振捣、抹面成型，浇筑过程中挤压墙需要进行缺陷处理和抹平，冬季大约1个月需要覆盖保温材料进行混凝土养护，以上工作需要投入15人。
4.1.2材料投入
材料费用中主要是混凝土所耗用材料，通过对挤压墙混凝土在施工过程中损失、坍塌等实际情况进行统计测算，混凝土浇筑过程中材料损耗率为5％，略高于常态混凝土的浇筑损失；零星材料费包括边角模板等，取混凝土材料费的1％。
4.1.3机械设备
现场配备挤压机l台，3m3混凝土罐车2台，拌合站1座（2×750L），相应的机械设备费用由上述3部分组成。
根据上述资源分析和相关取费标准，初步估算混凝土挤压墙的单价为152元/m3。
该水库工程挤压墙断面为梯形，墙高40cm，顶宽10cm，底宽67cm，上游边坡l：1.3，下游边坡8：面积为0.154m2。因此采用该工艺施工总费用约为152万元。
4.2传统工艺的施工费用
传统工艺的费用包括：超填30册垫层料、挤压墙本身替代垫层料、斜坡碾施工、斜坡机械配合人工削坡及人工抹水泥砂浆等费用。仍以该工程为例，按100m3挤压墙混凝土施工与传统工艺同样斜坡面积比较，由表5可知，传统施工方法相对应挤压墙部位垫层料的单价为177.43元/m3（总价之和除以100）。
4.3施工费用分析
对照4.1和4.2的计算结果可知，采用挤压边墙混凝土施工工艺，该工程可节约投资1774300-1520000=l254300元。
5 挤压边墙技术的优越性
综上所述，与传统工艺相比，挤压边墙技术具有以下优点：
（1）大坝施工进度可明显提高。边墙混凝土浇筑施工速度可达40―50m／h，在混凝土成型2―3h后即可进行垫层料的填铺，两者几乎可同步上升，不必填筑一定高程后进行斜坡碾施工、斜坡面削坡、抹水泥砂浆等工作，大坝填筑可以连续施工。
（2）由于边墙在上游坡垣的限制作用，垫层料不需要超填，也不需要进行坡面修整和斜坡碾压，简化了施工工序，避免了上游边坡上滚石及斜坡碾压等危险作业，上游坡施工的安全性大大提高，上游坝脚部位可安全进行有关作业。
（3）边墙可提供一个规则、平整的坡面，坡面整洁美观，有利于施工管理。
（4）上游坡面的新技术使得工序和施工设备、机具得
到简化。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也可被挤压机取代，人工修整作业大为减少。
（5）边墙在坡面形成一个规则、坚实的支撑区域。靠上游边坡附近垫层料的压实方式被改变，垫层料由无侧向约束的垂直碾压和斜坡碾压被有约束的垂直碾压取代，垫层料的压实效果得到良好的保证，蓄水后这一区域的变形大大减少，提高了抗水压能力。
（6）上游坡面一次成型，挤压墙自然形成坡面防护，提供了一个可抵御冲刷的坡面，降低了度汛的难度，提高了导流度汛的安全性，避免了雨水对垫层料的冲刷，省掉了上游坝面的修复工作。
6 结论
经过上述技术经济分析，挤压墙混凝土施工比传统施工工艺节约费用，且挤压墙在施工质量、施工进度、安全保证和施工度汛上存在明显的优势。考虑到当前的施工工艺还有待于进一步完善，影响施工效率的主要因索是挤压机的行进速度，如果挤压机的行进速度加快，则施工效率会进一步提高，挤压边墙混凝土的单价仍有下降的空间。
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