挤压式混凝土边墙施工新技术在鲤鱼塘水库工程大坝中的应用

一、工程概述
鲤鱼塘水库工程位于重庆市开县境内，地处长江三峡区段小江流域的二级支流桃溪河上游。坝址距三溪口1.5km，距万州区和重庆市的公路里程分别为122km和464km。鲤鱼塘水库的开发任务是以农业灌溉和城镇供水为主，兼有发电等综合利用效益，并为灌区内安置三峡水库移民提供有利条件。鲤鱼塘水库坝址控制流域面积235.8km2，占桃溪河流域592.3km2的40%；坝址多年平均的流量5.60m3/s，多年平均径流量1.77亿m3；水库正常蓄水位450.00m，死水位405.00m，总库容为亿1.024亿m3，调节库容0.8286亿m3，库容系数0.466，属多年调节水库。工程分枢纽和灌区两大部分，枢纽包括大坝、溢洪道、排沙放空洞、引水隧洞和坝后电站；灌区包括总干渠、跌水电站、东河分干渠、南河分干渠、6条支渠等。
工程规模为Ⅱ等大（2）型。枢纽坝址选在小黑滩，坝型为混凝土面板堆石坝。枢纽采用右岸岸边开敞式溢洪道，河床混凝土面板堆石坝、左岸排沙放空洞、引水隧洞和坝后地面电站厂房的总体布置方案。灌区工程设计灌溉总面积24.28万亩；为解决新县城的用水问题，水库向新县城驷马和白鹤两水厂供水，规模分别为12万t/d和4万t/d；坝后电站和跌水电站装机分别为6MW和9MW,多年平均发电量分别为2022万km.h和2959万km.h。
枢纽工程拦河坝为钢筋混凝土面板堆石坝，设计坝顶高程453.8m，最低建基面高程350.0m，最大坝高103.8m，坝顶长度243m,宽8m,是重庆市首座100m级钢筋混凝土面板堆石坝。堆石坝体分区为：面板、垫层区、过渡区、主堆石区、次堆石区、排水反滤区、抛石区、大块石护砌。大坝垫层外原设计采用C20喷混凝土护坡，后经业主、设计、监理、施工四方有关人员对国内在建工程的关于垫层护坡进行考察，并参照水布垭工程的挤压式混凝土边墙施工技术，经讨论，决定采用。
二、挤压式混凝土边墙的优点
边墙挤压断面为不对称梯形，以铰接的方式使边墙适应垫层区的变形，防止其底部因碾压不达标而形成空腔，有效控制对面板的不利影响。墙身高度为40cm,上游坡比为1：1.4，与面板坡比一致，顶部宽度为12cm，底部宽度为70cm，内侧坡比为8：1，主要结合边墙与垫层间的接缝情况，保证在碾压过后达到设计标准。该技术与传统工艺相比存在许多优点。
1、提高了大坝施工进度。边墙挤压式施工速度可达40～80m/h，在边墙成型后2～3小时即可进行垫层料的铺筑、碾压，两者衔接紧密、顺畅，几乎可同步上升。
2、由于挤压式边墙在上游坡面的限制作用，垫层料不需要超填，以水平碾压替代了斜坡碾压，既提高了施工的安全性又保证了垫层料的施工质量。
3、边墙挤压技术简化了工序、设备和机具，挤压机操作简单，施工方便、快捷。
4、挤压边墙在上游坝面形成了一个规则、平整、压实的坡面，而且坡面整洁美观。
5、提供了一个可抵卸冲刷的坡面，提高了度汛安全性，避免施工洪水对垫层料的冲刷，省掉了上游坝面的恢复工作，这对大型工程特别是导流标准较高的工程及南方多雨地区修建混凝土面板堆石高坝是十分有利。
三、施工配合比设计
挤压边墙混凝土各项指标是考虑挤压边墙的施工需要，因此边墙混凝土总的原则是低强度、低弹模、适当的渗透性，并易于成型，方便施工。本工程边墙混凝土设计标号为

挤压边墙混凝土配合比
材料名称	水泥	砂	小石	中石	水
每m3用量（kg）	73.5	690	640.7	640.7	105
质量比	1	9.39	8.72	8.72	0.7
说明：1、外加剂为重庆远吉外加剂厂，品名为液态速凝剂，推荐掺加量为水泥质量的4%；2、配合比以干料计，各种材料符合规范要求，如材料发生变化应通知试验室更改配合比。

四、施工工艺过程
1、施工程序
在每填筑一层垫层料之前，将下层（已填筑）垫层料碾压整平，测量定位画线后用边墙挤压机挤压出一条高40cm的低强度、低弹性模量、半透水的混凝土墙，待其达到一定强度后（一般2小时左右），在其下游侧按设计要求铺填垫层料，摊铺平整，振动碾静碾4遍，再动碾8遍，靠近边墙部位40cm内采用小型振动碾进行碾压，防止因激振力过高而破坏边墙。
2、边墙混凝土挤压施工
⑴平整施工场地
垫层表面的平整度直接影响着挤压边墙成型后的外观尺寸，因此，必须提供一个平整的施工作业成绩面便于挤压机行走作业。施工时，应将前一层挤压边墙和垫层料填筑后的高差和平整度进行检查，如果存在高差及凹凸，则应用人工修补、找平并碾压密实。
⑵测量放线
在边墙施工前，根据边墙挤压机的宽度，在其内侧放一根平行于坝轴线的细线，用以指导挤压机的行进方向，使成型的挤压墙平直，位置准确，每5米左右用钢钉将细线固定在垫层料表面。
⑶挤压机就位与定向
挤压机在吊装前，先检查其各部件是否连接牢固，确认发动机及其它构件运行状况是否良好，熄火停机以备吊装，吊装可采用反铲。
将边墙挤压机吊装到指定起点，就位是应尽量满足前进的直线方向，利用水准仪对挤压机进行机身调节，使机身处于水平状态，并使外墙板与已成型边墙外坡面重合。及时进行高度校核，保证边墙高度。
⑷混凝土拌和及入仓
直接在搅拌楼拌和后，用20t自卸汽车运至工地现场，再由反铲挖料入仓。
⑸成墙施工
混凝土成型是依靠成型密实的混凝土边墙为支撑向前移动的，因此施工时，由专人控制挤压机的行走方向，挤压机水平行走控制在±20mm，确保其挤压边墙的直线满足要求。并让边墙挤压机保持一定的速度，一般为40m/h。边墙挤压成型后，对出现的缺陷，如每层边墙的接坡间出现明显的台阶、边墙跨塌、平整度超标、位置及外形尺寸误差过大、成型混凝土缺陷等，应立即对其采用人工修补处理。
⑹混凝土边墙两端与趾板接口处理
由于挤压机体本身占有一定长度，成墙不能与两端混凝土趾板连接，应人工立模浇筑混凝土（使用的混凝土材料与边墙混凝土相同），人工用打夯机夯实，使挤压墙两端与趾板连接，基本不留空隙。
⑺垫层料填筑碾压
由于在边墙混凝土里加了速凝剂，因此每层边墙施工结束2～3小后，就进行垫层料施工，垫层料分一次铺填，每层40cm，采用18t自行式振动碾，先静碾4遍后，再动碾8遍，靠近边墙部位40cm内采用小型振动碾进行碾压，防止因激振力过高而破坏边墙。
⑻挤压边墙迎水坡面处理
将坡面浮碴及松散混凝土洗净，进行浇筑面板混凝土前，应采取措施对表面进行保护。
五、挤压机工作原理
利用双联液压泵柴油机的机械能转换为液压能，一路通过低速大扭矩液压马达驱动搅拌旋转，将进入搅拌仓的混凝土拌和料输送到成型腔，另一路通过高速液压马达驱动振动器，使成型腔中的拌和料产生高频振动，成型腔内拌和料在搅龙挤压力和振动器激振力的作用下，边墙挤压机以密实的混凝土支撑向前移动，机后形成连续的梯形断面混凝土小墙，其梯形断面尺寸为上顶宽12cm，下底宽70cm，前坡1：1.4，后坡8：1，高40cm。
六、检测与试验
1、挤压边墙检测指标

项目	干密度	渗透系数	弹性模量	抗压强度
单位	g/m3	cm/s	mpa	mpa
指标	>2.15	10-3～10-4	3000～5000	3～5

2、原材料及中间产品检测频率
⑴选用32.5级水泥，品质应符合《普通硅酸盐水泥》要求，水泥每批检测1组；
⑵速凝剂每批检测1组；
⑶砂石料每200～300m3各检测1组；
⑷挤压边墙混凝土（击实法）抗压强度，每5层（2m）检测1组；
⑸挤压边墙混凝土弹性模量取3000～5000MPa，每20层（8m）检测1组；
⑹挤压成型的边墙混凝土干密度，每10层（4m）检测1组；
⑺挤压边墙混凝土渗透系数，每25层（10m）检测1组。
3、挤压成型的边墙混凝土表面外观采用2m直尺进行检查。
4、配料称量不应超过下列规定的数值：
水泥±1%
砂石骨料±2%
水、外加剂溶液±1%
5、试验
与常规混凝土、土工试验方法基本一致，可参见《水工混凝土试验规程》（DL/T5150-2001）及《普通混凝土力学性能试验方法标准》（DL/T50081-2002）有关试验标准，测试挤压边墙混凝土的干密度、抗压强度、弹性模量、渗透系数等。
七、分部（单元）工程划分、表格、质量评定
1、2005年11月28～29日，某工程质量监督中心站有关负责人在鲤鱼塘水库工程召开了混凝土面板堆石坝挤压式边墙施工质量评定与检验的专题研讨会。会议的主要目的是针对本市几个采用挤压边墙的工程的施工实际，研讨、拟定边墙相关施工参数和工艺，为全市同类水利工程提供较完善、统一的施工以及质量检验依据。本次会议建立了技术攻关领导小组和攻关情报组，其任务是负责混凝土面板堆石坝挤压式边墙施工质量评定与检验工作的资料收集与技术攻关；并讨论制定了《砼面板堆石坝挤压边墙施工技术要求》、《砼挤压边墙单元工程质量评定表》、《砼挤压边墙单元工程验收表》和《砼面板堆石坝挤压边墙砼试验方法》等资料（提到的表格、资料见相关文件，此处省略）。
2、单元工程划分，由于挤压边墙的层高与垫层料相同，不宜每层划分一个单元，结合鲤鱼塘水库工程面板坝高和挤压边墙工程量，宜按高差4m（即10层）做一个单元，比较合理，共计26单元。
3、挤压式混凝土边墙按一个分部工程划分。
八、存在问题及改进办法
1、挤压式混凝土边墙在本工程尚属新工艺，在国内也不多见，没有规范可循，所以还有待于在后期作进一步考证。
2、边墙挤压机必须根据现有工程实际情况进行改进，主要是改进边墙挤压机的外观、受力、进料、成型尺寸等，要解决在一个工程用完之后，也可用在其它工程上。
九、结论
挤压式边墙是混凝土面板堆石坝施工中的一项新技术。该技术简化了上游坝面的施工工序，减少了施工干扰，以水平碾压代替了斜坡碾压，提高了施工安全性，并保证了垫层碾压质量，加快了施工进度，汛期可以较好地抵抗水流的淘刷，有利于安全度汛，且整个上游坝面平整美观。因而，在国内已越来越多的工程采用了这项技术，据悉，鲤鱼塘水库是全国第五座采用这项技术的水利工程。但我国水利工程采用这项技术为时不久，经验还不丰富、成熟，目前理论上对其材料性能、施工工艺，对面板受力及变形的影响等研究尚不够充分，特别是质量的检验方法很不成熟，质量评定尚处“空白”，值得进一步探讨，加强交流，把科技注入到工程里去，为提高我市的水利水电工程施工质量更上一台阶而努力。