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面板堆石坝翻模固坡技术
资讯类型:技术资料 加入时间:2009年8月3日10:0
 
面板堆石坝翻模固坡技术
   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)
   【内容摘要】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,实现垫层料填筑与砂浆固坡同步完成,固坡坡面平整,施工效率高,成本低,安全性高,是完全自主创新的科技成果,达到了国际领先水平,有广泛的推广应用前景。
   【关键词】面板堆石坝 翻模固坡技术 研究及应用
   1 概述
   混凝土面板堆石坝垫层料上游坡面的施工是一项关键项目,它直接关系面板的质量、大坝施工进度,并涉及大量施工成本。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,其缺点是修坡工程量大,费料、费工、费时,且斜坡碾压密实度难以保证。尽管施工规范要求的“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应挡水度汛。
   近几年,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,混凝土工程量较大,造价较高。挤压墙底面与顶面厚度相差悬殊,为面板提供了一个很不均匀的基础,与设计理念不符,对面板受力可能产生不利影响。
   为了更好地解决面板坝垫层料上游坡面的施工质量和进度,提高经济效益,降低工程造价,有必要对现有施工方法和工艺进行彻底改革。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,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。
   2005年,我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,取得了大量检测、观测结果,对翻模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。经过专家咨询,业主同意,改变了双沟混凝土面板堆石坝原招标设计中规定的挤压墙方案,采用翻模固坡方案。
   2 翻模固坡技术的原理
   ⑴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。
   ⑵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,实现精细化施工。
   ⑶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,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;并能随意调整模板角度,提高工效,保证大坝施工进度。
   ⑷模板随垫层料的填筑而翻升。
   3 翻模固坡技术在双沟大坝工程的应用
   3. 1 简述
   双沟水电站位于吉林省抚松县境内第二松花江支流松江河上。电站总装机容量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。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日开始应用于双沟大坝工程,应用效果非常理想。至2006年10月下旬双沟大坝已填筑55m高(冬季停止填筑),月平均升高11m;已完成翻模施工133层(每层垂直高度40cm),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,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均满足设计要求。
   3. 2 翻模固坡施工技术措施
   (1)施工程序 测量放点→模板支立、挂楔板→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。模板结构见图1。
   
   (2)施工方法
   1)模板结构及安装 采用特制钢模板,现场拼装成型。模板安装前进行测量放点,按控制点位挂线支模。相邻模板间用“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,楔板上口厚7cm,下口厚5cm。
   每层模板支立高度与垫层料填筑层厚度相适应。随填筑层升高共支立三层模板。
   2)垫层料填筑及初碾 安装完楔板后,进行垫层料填筑。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45~50cm,初碾6遍,振动碾行驶速度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,经溜槽卸料入仓。由5t载重汽车牵引砂浆搅拌机,同时装载砂、水泥,由人工按设计配比给搅拌机上料。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。此时靠碾压机具的振动作用对已灌注的砂浆进行了振捣。
   5)拆下最下层模板,支立到最上层。
   3. 3 施工质量保证措施
   (1)在垫层料碾压过程中,采取可靠的控制措施,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,确保在砂浆初凝前完成终碾作业。
   (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)对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填,防止粗料集中而出现架空现象。
   (5)保证模板调整灵活,拆装快捷,人工转运方便。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3~5MPa,渗透系数K≥i×10-4cm /s,砂浆稠度控制在1~2cm。
   (7)锚筋布置在距垫层料上游边沿65~70cm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,还应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ф14mm。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,避免或减少面板滑模前的砂浆固坡面的处理工作量,在进行模板测量放样时,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。
   3. 4 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,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上游侧滑移。
   (6)其他安全措施按国家和行业的有关标准执行。
   3. 5 施工组织措施
   (1)施工强度分析 测量放样、支(翻)模、垫层料摊铺、垫层料初碾、拔楔板、灌注砂浆、垫层料终碾等工序作业循环时间见表1。
   
   (2)机械设备配置情况见表2。
   3. 6 施工质量检查结果
   (1)已完成垫层料施工133个单元,单元质量评定合格率100%,优良率81%。
   
   注:每天三班作业,均为200m长填筑段。
   (2)已完成固坡砂浆施工11个单元,优良率100%。固坡砂浆强度试验平均值4. 95MPa,实测砂浆渗透系数平均值K=1. 12×10-4cm /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. 9cm~+4.6cm,在施工规范规定的-8cm~+5cm范围之内。
   3. 7 经济效益和社会效益
   (1)与混凝土挤压边墙技术比较
   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,即每m²上游坡面降低造价28元。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。
   (2)与传统的砂浆固坡工艺比较:
   1)简化工序,缩短工期。由于采用翻模固坡技术,做到了垫层料填筑和砂浆固坡一次成形,不需要进行垫层料超填、坡面修整和斜坡碾压,可缩短大坝施工直线工期2~3个月。
   2)节省大量垫层料,大大减少面板混凝土的超填量,降低施工成本。
   3)大坝上游坡面随时具备挡水度汛条件,工程度汛安全性大大提高。
   (3)由于翻模施工使垫层料填筑施工速度加快,完全适应主、次堆石填筑施工速度,从而做到坝体全断面平起均衡上升,有利于保证坝体填筑质量,加快大坝填筑施工速度。
   (4)翻模施工是在模板内摊铺垫层料,没有向下滚石问题,解除了坝体填筑施工对下部趾板作业面的干扰,为在趾板上进行的灌浆施工提供了良好的、安全的作业条件,有利于加快大坝施工进度。
   (5)按此工艺浇筑的固坡砂浆防护层为面板提供了均匀的基础,使面板的受力状况更加简单明确;对面板的约束小于挤压墙,有利于面板防裂。
   (6)面板施工时,利用砂浆固坡外露的模板拉筋头作钢筋架立筋锚筋,节省另做锚筋的时间和费用。
   4 结束语
   面板堆石坝翻模固坡技术属国内外首创,已申请国家发明专利并被受理。该项技术成果已于2007年1月通过鉴定,鉴定意见认为:双沟水电站混凝土面板堆石坝工程,首次采用翻模固坡技术,提高了工程质量,简化了工序,缩短了工期,应用效果良好。该项技术能较好地适应面板堆石坝的变形,有利于混凝土面板的防裂。大坝填筑过程中坝体即具备挡水度汛条件,有利于安全施工。该项技术与常规的斜坡碾压固坡法和挤压边墙相比较,经济效益显著。该项技术属自主创新,在面板堆石坝垫层料和固坡施工领域内达到了国际领先水平,具有良好的应用前景,可在各种高度的面板堆石坝工程中推广。
文章来自:滑模技术交流网
文章作者:信息部
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