陳武

（浙江華東工程咨詢有限公司，浙江杭州310014）

1 工程概況

功果橋水電站是瀾滄江中下游河段梯級(jí)開發(fā)的最上游一級(jí)電站，電站以發(fā)電為主，正常蓄水位1307.0 m，總裝機(jī)容量900 MW，年均發(fā)電量40.41億kW·h。樞紐主要由攔河壩、電站進(jìn)水口、地下廠房系統(tǒng)、泄洪表孔以及沖沙泄洪底孔等建筑物組成。攔河壩為碾壓混凝土重力壩，壩頂高程1310.0 m，最大壩高105.0 m，壩頂長(zhǎng)度356.0 m。地下廠房布置在右岸，裝機(jī)4臺(tái)，單機(jī)容量225 MW。

本工程枯水期采用導(dǎo)流洞導(dǎo)流，上下游過水圍堰擋水，一汛期間采用導(dǎo)流洞、圍堰和基坑聯(lián)合泄洪，二汛期間采用圍堰、大壩缺口和導(dǎo)流洞聯(lián)合泄洪，三汛期間采用導(dǎo)流洞、大壩底孔和表孔聯(lián)合泄洪。

功果橋電站大壩工程由中水四局中標(biāo)承建，總工期45個(gè)月，2008年11月完成大江截流和2009年5月完成圍堰工程是大壩工程重要的控制節(jié)點(diǎn)工期。筆者自2008年8月大壩工程開工起，全過程參與了圍堰工程的施工，本文主要將上游圍堰膠凝砂礫石（以下簡(jiǎn)稱CSG材料）的配合比試驗(yàn)、工藝試驗(yàn)和施工控制的體會(huì)進(jìn)行總結(jié)，供參考。

2 上游圍堰設(shè)計(jì)斷面

2.1 圍堰型式

根據(jù)功果橋電站施工總進(jìn)度安排，大壩施工圍堰使用兩年，期間經(jīng)歷兩個(gè)汛期。為了選擇既經(jīng)濟(jì)、安全又能與工程地質(zhì)條件相適應(yīng)的堰體結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)通過對(duì)南盤江天生橋一、二級(jí)電站、烏江東風(fēng)電站、灘坑電站、光照電站、思林電站、洪口電站和街面電站等項(xiàng)目過水圍堰設(shè)計(jì)和施工的調(diào)研，經(jīng)過多方案的比選和咨詢，明確本工程的上游圍堰采用土石過水圍堰，設(shè)計(jì)的導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)為：枯水期導(dǎo)流流量Q10%枯=2060 m3/s，上游最高水位1260.7 m；一、二汛導(dǎo)流流量Q5%=7710 m3/s，上游最高水位1266.7 m；三汛導(dǎo)流流量Q1%=10300 m3/s，上游最高水位1300 m。

2.2 堰面防護(hù)型式

表1 堰后防護(hù)三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比Table 1:Advantages and disadvantages of the three protection schemes

為提高圍堰的穩(wěn)定性和抗沖刷能力，經(jīng)過詳細(xì)的方案論證，確定堰面防護(hù)采用混凝土楔形面板，堰后防護(hù)采用CSG材料。

最終設(shè)計(jì)確定的上游圍堰參數(shù)為：圍堰軸線長(zhǎng)185.26 m，堰頂高程1262.5 m，頂寬10 m，堰體總高約50 m，沿水流方向長(zhǎng)240 m，高程1244 m以下均采用6.0 m厚CSG材料防護(hù)。圍堰斷面見圖1。

3 CSG材料配合比試驗(yàn)

由于功果橋電站大壩底的工期相當(dāng)緊張，其中一枯工期目標(biāo)能否實(shí)現(xiàn)很大程度上取決于上游圍堰工程的成敗。在上游圍堰的施工項(xiàng)目中，防滲墻、開挖、填筑、混凝土等均為常規(guī)項(xiàng)目，而CSG施工用于國(guó)內(nèi)大江大河，對(duì)設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、業(yè)主各方來說，均無經(jīng)驗(yàn)可談，因此急需建設(shè)四方共同商定有關(guān)的技術(shù)參數(shù)和施工方案。

3.1 CSG設(shè)計(jì)指標(biāo)

鑒于目前CSG材料無成熟的設(shè)計(jì)和施工規(guī)范，參建各方聯(lián)合成立科研小組，明確各方職責(zé)，其中設(shè)計(jì)院負(fù)責(zé)確定CSG材料設(shè)計(jì)指標(biāo)。經(jīng)過調(diào)研并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)成果，設(shè)計(jì)院確定的CSG設(shè)計(jì)指標(biāo)為：

（1）CSG抗壓強(qiáng)度（150 mm立方體、90 d齡期、80%保證率）≥5.0 MPa；

（2）250～400 mm之間的骨料含量不宜大于5%；

（3）容重：≥2300 kg/m3；

（4）壓實(shí)度：≥93%；

（5）水泥為P.O42.5，粉煤灰采用Ⅱ級(jí)灰；

（6）VC值在8±2 S。

3.2 CSG室內(nèi)試驗(yàn)

從CSG材料的應(yīng)用和發(fā)展看，CSG材料是將膠凝材料和水加入河床砂礫石或開挖石渣等在壩址附近容易獲得的巖石基材中，然后用簡(jiǎn)易設(shè)備進(jìn)行拌和得到的一種筑壩材料，其性能和施工特點(diǎn)與碾壓混凝土類似，因此CSG配合比設(shè)計(jì)可借用碾壓混凝土的相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行，即通過試驗(yàn)得到CSG的單位體積用水量、VC值和容重等指標(biāo)，然后通過CSG的抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度等性能的測(cè)試，確定設(shè)計(jì)齡期的最優(yōu)配合比。

圖1 圍堰斷面圖Fig.1 Cross section of the weir

由于施工計(jì)劃要求2009年3月中旬開始CSG現(xiàn)場(chǎng)施工，因此2008年11月完成截流后必須立即啟動(dòng)天然砂礫石取樣和CSG室內(nèi)試驗(yàn)，才能確保在3個(gè)月左右的時(shí)間內(nèi)完成CSG試驗(yàn)。CSG室內(nèi)試驗(yàn)由設(shè)計(jì)、監(jiān)理配合施工單位實(shí)施，具體試驗(yàn)內(nèi)容如下。

3.2.1 原材料試驗(yàn)

試驗(yàn)分別采用P.O42.5級(jí)水泥和Ⅱ級(jí)粉煤灰，水泥和粉煤灰的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。針對(duì)CSG材料的特點(diǎn)，原材料試驗(yàn)的重點(diǎn)是天然砂礫石料的性狀，包括顆粒級(jí)配、密度、含泥量、含水量等。

（1）設(shè)計(jì)院勘察成果

上游圍堰共需填筑CSG材料約9萬m3，對(duì)應(yīng)需要砂礫石石料約21萬t。設(shè)計(jì)院勘察報(bào)告資料表明，天然河床開挖料基本以砂卵礫石為主，局部含漂石砂卵礫石，成分以變質(zhì)石英砂巖為主，砂礫料中除砂的含泥量偏高、細(xì)度模數(shù)偏小外，其余指標(biāo)基本滿足要求，其中天然級(jí)配的砂率約為16%～23%。

（2）現(xiàn)場(chǎng)取樣試驗(yàn)成果

施工單位在上下游圍堰之間的河床部位進(jìn)行天然砂礫石取樣，通過室內(nèi)檢測(cè)，結(jié)果表明：

①未經(jīng)篩分的天然砂礫石料中大于250 mm的骨料約占40%左右，要滿足設(shè)計(jì)對(duì)CSG骨料的級(jí)配要求，實(shí)際施工中需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)料源情況，嚴(yán)格控制超徑骨料；

②天然砂礫石料的顆粒級(jí)配、表觀密度、針片狀含量、含泥量、壓碎指標(biāo)等均滿足水工混凝土施工規(guī)范的要求，其中骨料含泥量比勘察階段明顯降低；

③通過對(duì)天然砂礫石進(jìn)行篩選處理，剔除粒徑超過250 mm的骨料后，砂礫石混合骨料的砂率約為19%。

天然砂礫石料級(jí)配試驗(yàn)成果見表2。

3.2.2 CSG配合比試驗(yàn)

（1）配合比設(shè)計(jì)思路

①盡可能最大程度地利用開挖砂礫石料，試驗(yàn)階段可根據(jù)天然砂礫石料的原始級(jí)配，剔除其中大于250 mm的全部超徑骨料作為配合比試驗(yàn)骨料。

②從滿足設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度、干容重和壓實(shí)度，及CSG碾壓最佳工作性的角度出發(fā)進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。

（2）配合比試驗(yàn)

①配制強(qiáng)度

滿足設(shè)計(jì)要求的配制強(qiáng)度：fcu,o=fcu,k+tσ＝5.0 MPa+0.84×3.5 MPa＝7.94 MPa。

表2 天然砂礫石料顆粒級(jí)配試驗(yàn)結(jié)果Table 2:Test result of the gradation of sand and gravel

②VC值試驗(yàn)

通過VC值試驗(yàn)確定CSG材料VC值在6～10 s條件下的單位加水量。VC值試驗(yàn)結(jié)果見表3。

從CSG材料VC值試驗(yàn)結(jié)果可以看出，CSG材料不摻減水劑和粉煤灰情況下的適宜用水量為72 kg/m3。

③凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度試驗(yàn)

在CSG材料滿足施工最優(yōu)VC值基礎(chǔ)上，進(jìn)行CSG凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

④不同尺寸試件強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)

為了能夠進(jìn)一步了解不同骨料粒徑和試件尺寸對(duì)CSG材料強(qiáng)度的影響，對(duì)CSG材料分別成型了邊長(zhǎng)為300 mm和150 mm的立方體試件，進(jìn)行28 d齡期的強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

⑤抗剪斷強(qiáng)度

對(duì)編號(hào)為CSG-2配合比的CSG材料進(jìn)行抗剪斷性能試驗(yàn)，分別成型了邊長(zhǎng)為150 mm和300 mm的立方體試件，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

（3）初選配合比

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)成果，初步確定以編號(hào)CSG-2的配合比作為施工配合比。

4 CSG工藝試驗(yàn)和施工控制

4.1 現(xiàn)場(chǎng)工藝試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

通過CSG碾壓工藝試驗(yàn)擬達(dá)到以下目的：（1）檢驗(yàn)CSG配合比和CSG的各項(xiàng)性能參數(shù)，獲取CSG碾壓施工參數(shù)，包括CSG拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓、養(yǎng)護(hù)、質(zhì)量檢查等，為完善CSG配合比提供依據(jù)；（2）檢驗(yàn)CSG碾壓施工機(jī)械設(shè)備配套運(yùn)行情況；（3）實(shí)地培訓(xùn)技術(shù)人員、操作人員，提高施工隊(duì)伍的素質(zhì)；（4）編制并完善CSG施工工法，指導(dǎo)CSG施工。

4.2 試驗(yàn)成果和施工控制

上游圍堰下游坡CSG施工結(jié)合壩基河床開挖分三個(gè)階段進(jìn)行。第一階段為1238～1249 m高程施工（2009年3月8日～2009年4月10日）；第二階段為1219～1244 m高程施工（2009年4月10日～2009年5月20日）；第三階段為1212～1225 m高程施工（2009年5月10日～2009年6月5日），總用時(shí)約3個(gè)月，其中第一階段的施工結(jié)合生產(chǎn)性試驗(yàn)進(jìn)行。

表3 CSG材料VC值試驗(yàn)結(jié)果Table 3:Test result of the VC value of cement sand and gravel

表4 凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度試驗(yàn)成果Table 4:Test result of the setting time and strength

表5 強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果Table 5:Test result of strength comparison

表6 CSG抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果Table 6:Test result of the shear strength of the cement sand and gravel

4.2.1 試驗(yàn)成果

碾壓CSG試驗(yàn)選上游圍堰1237～1240.4高程的倉面作為工藝試驗(yàn)場(chǎng)地，試驗(yàn)場(chǎng)地在正式碾壓前先進(jìn)行壓實(shí)，防止基礎(chǔ)變形，碾壓層厚分別采用60 cm和80 cm?，F(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)均分兩個(gè)升程施工，第一大升程碾壓層為2.4 m，碾壓完成間歇6～7 d，再進(jìn)行第二大升程層施工，第二大升程層為1.0 m。

根據(jù)工藝試驗(yàn)得到的試驗(yàn)成果（主要施工參數(shù)）為：CSG現(xiàn)場(chǎng)拌和投料順序?yàn)樯暗[料→膠凝材料→水。拌和遍數(shù)為干拌2遍，濕拌4遍。

當(dāng)采用26T振動(dòng)碾時(shí)，攤鋪厚度可取88 cm，碾壓層厚為80 cm；碾壓遍數(shù)為2+6+1，即先無振2遍，再有振6遍，最后無振1遍。

4.2.2 施工控制

（1）施工前準(zhǔn)備

倉面施工前須完成的準(zhǔn)備工作包括：材料、機(jī)械設(shè)備、人員配置準(zhǔn)備；入倉道路、倉內(nèi)照明及供排水布置檢查；預(yù)制CSG模板和預(yù)埋件安裝等。

①施工機(jī)械配置

根據(jù)施工進(jìn)度和工程量，計(jì)算平均單日CSG施工強(qiáng)度為1000～1500 m3/d，按每天施工16 h計(jì)算，實(shí)際施工每班需要配置的主要設(shè)備包括5～6臺(tái)反鏟、1～2臺(tái)裝載機(jī)、1～2臺(tái)26T振動(dòng)碾。

②人員配置

主要管理技術(shù)人員包括倉面指揮、生產(chǎn)調(diào)度、試驗(yàn)技術(shù)人員、設(shè)備操作手、混凝土工等，每班基本投入20余人。對(duì)所有參與施工的人員，均要進(jìn)行培訓(xùn)，做到熟練后上崗。

③立模

從加快施工、確保模板穩(wěn)定的目的出發(fā)，CSG模板在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上做了優(yōu)化，尺寸加大為180 cm×100 cm×85 cm，模板結(jié)構(gòu)上增加了塑料排水管和拉筋。

CSG預(yù)制模板安裝順序?yàn)椋簻y(cè)量放線→基礎(chǔ)找平→鋪筑水泥凈漿→預(yù)制模板吊裝就位。

（2）開挖與拌和

為有效利用場(chǎng)地，并減少機(jī)械倒運(yùn)量，實(shí)際施工采用邊開挖邊拌和的施工工藝。即在圍堰平臺(tái)處從低往高、從左岸向右岸方向進(jìn)行填筑施工，待預(yù)留開采區(qū)的砂礫石填筑完畢后，剩余填筑部分的料源改由基坑開挖料補(bǔ)充，直到左右岸填筑貫通找平。具體見圖2。

圖2 施工示意圖Fig.2 Sketch drawing of construction

砂礫石計(jì)量由皮尺測(cè)量體積確定，水泥采用袋裝水泥計(jì)量，加水量采用流量計(jì)進(jìn)行控制。

CSG料在按確定的配合比混合后應(yīng)充分?jǐn)嚢杈鶆颍韬椭饕捎梅寸P，裝載機(jī)配合，拌和過程中應(yīng)剔除超徑骨料，拌和均勻后進(jìn)行拌和物VC值測(cè)試和強(qiáng)度值取樣。

（3）CSG運(yùn)輸、攤鋪和碾壓

拌和均勻的CSG采用裝載機(jī)運(yùn)輸入倉，裝載機(jī)在倉面采用雙點(diǎn)疊壓卸料，即將CSG料卸于鋪筑層攤鋪前沿的臺(tái)階上，再由反鏟將CSG從臺(tái)階上推到臺(tái)階下進(jìn)行移位式平倉。CSG平倉方向應(yīng)垂直于水流方向，每碾壓層平倉一次，局部不平的部位用人工輔助鋪平。

碾壓采用26T振動(dòng)碾，碾壓條帶間搭接寬度為20～40 cm，端頭部位的搭接寬度為120～260 cm。一般要求由拌和物投料起至拌和物在倉面上碾壓完畢在3 h內(nèi)完成。碾壓效果以碾壓完畢的CSG層面達(dá)到全面泛漿、人在上面行走有微彈性、倉面沒有骨料集中的外觀為標(biāo)準(zhǔn)。每層碾壓作業(yè)結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)按網(wǎng)格布點(diǎn)檢測(cè)CSG壓實(shí)度，當(dāng)檢測(cè)結(jié)果不合格時(shí)，應(yīng)立即采取補(bǔ)碾等處理措施。

（4）變態(tài)CSG施工

變態(tài)CSG是在CSG拌和物鋪料后灑鋪水泥凈漿，予以變態(tài)，采用振搗器振搗密實(shí)。變態(tài)CSG主要用于模板、基巖周邊、埋件埋設(shè)處等振動(dòng)碾無法碾壓到的部位。

實(shí)際施工中對(duì)模板、基巖周邊應(yīng)盡量攤鋪剔除大骨料后的CSG材料。如果無法剔除大骨料，且采用振搗器很難振搗密實(shí)時(shí)，可以采用在模板、基巖周邊增加現(xiàn)澆混凝土的工藝，以確保CSG與基巖、模板結(jié)合的整體性。

（5）施工縫處理

施工縫處理采用表面沖毛方法清除CSG表面的浮砂及松動(dòng)骨料，處理后，先灑水濕潤(rùn)，再均勻鋪撒一層水泥，然后立即在其上攤鋪CSG。

（6）層面處理

連續(xù)上升鋪筑的CSG層間允許間隔時(shí)間應(yīng)控制在CSG初凝時(shí)間內(nèi)，對(duì)超過初凝時(shí)間但未終凝的層面，可在層面灑水濕潤(rùn)，再均勻鋪撒水泥，然后攤鋪上層CSG料。

（7）養(yǎng)護(hù)

養(yǎng)護(hù)采取噴霧、灑水、覆蓋塑料薄膜或麻袋等措施，使CSG倉面始終保持濕潤(rùn)。對(duì)施工間歇期層面，終凝后灑水養(yǎng)護(hù)；對(duì)于水平施工層面，養(yǎng)護(hù)工作應(yīng)持續(xù)至上一層CSG開始鋪筑時(shí)止；對(duì)永久暴露面，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不宜少于28 d。

（8）CSG施工配合比

通過室內(nèi)試驗(yàn)和工藝試驗(yàn)，確定最終施工配合比如表7。

表7 CSG施工配合比Table 7:Mix proportion of the cement sand and gravel

5 CSG施工質(zhì)量檢測(cè)

5.1 VC值

施工過程對(duì)VC值按200 m3左右檢測(cè)一次控制，共抽檢了643次，平均值為4.9 s。

5.2 壓實(shí)度檢測(cè)

壓實(shí)度檢測(cè)按每一鋪筑層不少于2個(gè)點(diǎn)控制。由于施工采用碾壓層厚為80 cm，而核子密度儀的測(cè)試深度僅30 cm，因此對(duì)表面以下40 cm范圍內(nèi)采用核子密度儀直接打孔檢測(cè)，對(duì)表面以下40～80 cm范圍，挖坑后再采用核子密度儀打孔檢測(cè)。

施工中對(duì)碾壓面以下40 cm范圍內(nèi)共檢測(cè)壓實(shí)度627點(diǎn)，壓實(shí)度范圍為91.5%～100%，平均值為97.6%；碾壓面以下40～80 cm深度范圍內(nèi)共檢測(cè)壓實(shí)度16點(diǎn)，壓實(shí)度范圍為97.5%～100%，平均值為98.0%。

5.3 強(qiáng)度檢測(cè)

施工過程對(duì)CSG抗壓強(qiáng)度檢測(cè)按每2500 m3取樣一組控制，檢測(cè)結(jié)果如表8。

6 圍堰運(yùn)行情況

上游圍堰從2008年11月30日開始施工，到2009年6月10日完工，歷時(shí)190 d，主要完成工程量包括開挖11萬m3，填筑39.5萬m3，混凝土防滲墻0.5萬m2，堰面混凝土4.2萬m3，CSG材料8.6萬m3。

表8 CSG抗壓強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果Table 8:Test result of the compressive strength of the cement sand and gravel

盡管面臨工程量大、施工工期緊、工程地質(zhì)條件差（堰基覆蓋層厚10～30 m）的現(xiàn)狀，并且首次在瀾滄江大型電站的過水圍堰上采用CSG新工藝，技術(shù)上和施工上均存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，但通過參建各方的努力，不僅確保了圍堰工程按期完工，且圍堰經(jīng)受了2009年汛期的考驗(yàn)。

2009年汛期后，參建各方聯(lián)合對(duì)上游圍堰進(jìn)行檢查，在圍堰的堰面混凝土和CSG部位均未發(fā)現(xiàn)明顯的裂縫或沖損現(xiàn)象，表明圍堰的施工質(zhì)量滿足要求。

7 結(jié)語

（1）由于本項(xiàng)目CSG施工從方案確定到完成施工僅半年時(shí)間，建設(shè)各方在有限的時(shí)間內(nèi)，通過國(guó)內(nèi)外工程調(diào)研和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，基本掌握了CSG材料的性能和施工技術(shù)特點(diǎn)，總結(jié)了CSG材料的施工技術(shù)要求，并成功地用于瀾滄江流域的過水圍堰施工，達(dá)到了“技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、進(jìn)度確?！钡哪康摹?/p>

（2）CSG材料有效地利用了河床開挖渣料，減少了膠凝材料用量，簡(jiǎn)化了施工工藝，因此大大降低了工程造價(jià)（初步估算CSG材料比普通混凝土造價(jià)降低約150元/m3），同時(shí)CSG材料的強(qiáng)度等特性能夠滿足設(shè)計(jì)要求，因此對(duì)圍堰等類似臨時(shí)工程有推廣價(jià)值。

（3）本工程CSG材料僅用于圍堰堰后坡，能否在類似規(guī)模的圍堰工程上采用全斷面CSG碾壓，需要進(jìn)一步通過研究和工程實(shí)踐論證。建議加強(qiáng)圍堰施工期運(yùn)行狀況的觀察，同時(shí)采用鉆孔取芯等手段驗(yàn)證CSG材料的耐久性和力學(xué)性能；總結(jié)并完善CSG試驗(yàn)方法、施工工藝等方面的研究，以利于更好地掌握CSG材料的一般規(guī)律，為擴(kuò)展CSG材料的應(yīng)用范圍提供依據(jù)?！?/p>

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