王一紅

（山西省水利建筑工程局 山西太原 030006）

0 引言

膠凝砂礫石（CSGR）壩是在碾壓混凝土筑壩技術(shù)和堆石筑壩技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，介于剛性體壩和散粒體壩之間一種新壩型。其特點(diǎn)是：對筑壩材料要求較低，可就地取材，大壩施工基本實現(xiàn)零棄料，具有適應(yīng)及不破壞環(huán)境的優(yōu)勢；可使用高效率的土石方運(yùn)輸和壓實機(jī)械施工，具有施工速度快、安全可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。目前，在福建、貴州、四川等地的圍堰和低壩工程中已有應(yīng)用，但在永久工程的中高壩中尚無應(yīng)用先例。山西省大同市守口堡水庫大壩是我國首座開工建設(shè)的膠凝砂礫石壩，被水利部水規(guī)總院認(rèn)定為膠結(jié)顆粒料筑壩技術(shù)示范項目。

1 壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計簡介

守口堡水庫位于海河流域黑水河上游段，是一座集工業(yè)供水、農(nóng)業(yè)灌溉及防洪等綜合利用的?。?）型水庫，總庫容980萬m3，工程等別為Ⅳ等。守口堡水庫工程包括樞紐工程和工業(yè)供水工程，樞紐建筑物包括大壩、供水工程取水建筑物和灌溉引水建筑物。

樞紐大壩壩頂長354 m，最大壩高61.6 m。大壩由左右擋水壩段、中間溢流壩段和底孔壩段組成。大壩主體為膠凝砂礫石，上下游防滲保護(hù)均采用常態(tài)混凝土，膠凝砂礫石工程量為43萬m3。

大壩主體為膠凝砂礫石，上下游防滲保護(hù)均采用常態(tài)混凝土。壩體材料分為六個區(qū)，Ⅰ、Ⅱ區(qū)為下游表面混凝土，厚度1.0 m；Ⅲ區(qū)為上游防滲層混凝土，厚度1.5 m；Ⅳ區(qū)為墊層富漿膠凝砂礫石，厚度1.0 m；Ⅴ區(qū)為內(nèi)部膠凝砂礫石；Ⅵ區(qū)為泄洪沖沙底孔周邊混凝土，厚度為50 cm，溢流表孔表層混凝土設(shè)計要求同Ⅵ區(qū)。壩體材料分區(qū)見圖1。

圖1 壩體材料分區(qū)示意圖

2 固坡方案

2013年守口堡水庫樞紐工程開始施工后，通過科研生產(chǎn)性試驗，驗證膠凝砂礫石專用拌和站的拌和質(zhì)量、生產(chǎn)能力及穩(wěn)定性，以及拌和、運(yùn)輸、平倉、碾壓設(shè)備的配套性，確定鋪筑工藝參數(shù)和層面處理方法，研究鋪筑質(zhì)量的快速檢測方法和質(zhì)量控制手段，為大壩鋪筑提供了技術(shù)支撐。

2015年完成了富漿膠凝砂礫石墊層鋪筑，解決了骨料分離、層間結(jié)合等問題，所采取的措施和方法得到了專家的認(rèn)可，進(jìn)一步完善膠凝砂礫石壩施工技術(shù)。

2016年是守口堡膠凝砂礫石壩施工高峰期，上下游固坡成為膠凝砂礫石快速鋪筑的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為保證膠凝砂礫石壩的快速施工，固坡方案的選擇尤為重要，通過現(xiàn)場試驗，探索出以下幾種固坡方式。

2.1 模板固坡

采用模板固坡時，為減輕膠凝砂礫石施工對模板穩(wěn)固性的影響，在模板和排水盲管1.0 m范圍內(nèi)采用變態(tài)混凝土替代膠凝砂礫石，三層膠凝砂礫石（變態(tài)混凝土）與一層防滲層混凝土（表面混凝土）同步上升。工藝流程圖見2，鋪筑示意圖見圖3。

模板固坡方法雖然能夠?qū)崿F(xiàn)膠凝砂礫石和上游防滲層（下游保護(hù)層）常態(tài)混凝土同步上升，但在靠近模板1.0 m范圍內(nèi)采用變態(tài)混凝土替代膠凝砂礫石，加大了工程成本；其次模板制安需投入大量人力物力，導(dǎo)致施工成本加大，遲滯施工進(jìn)度。

2.2 異型夯板固坡

圖2 模板固坡壩體鋪筑工藝流程

圖3 模板固坡壩體鋪筑示意圖（單位：mm）

為解決膠凝砂礫石壩邊坡固坡處理現(xiàn)有施工技術(shù)存在的弊端，山西省水利建筑工程局根據(jù)膠凝砂礫石壩上下游邊坡設(shè)計坡比和經(jīng)現(xiàn)場生產(chǎn)性試驗確定的碾壓層厚度，設(shè)計制作了異型夯板專用夯具，申請了實用新型專利（專利號：ZL201720562891.9）。異型夯板水平面長度以振動碾碾壓時不導(dǎo)致邊坡破壞寬度確定，斜面長度以膠凝砂礫石鋪筑壓實厚度確定，斜面與水平面夾角根據(jù)壩坡坡比確定。液壓專用夯具和挖掘機(jī)連接，通過調(diào)整挖掘機(jī)液壓參數(shù)達(dá)到膠凝砂礫石壓實指標(biāo)。異型夯板結(jié)構(gòu)示意圖見圖4。

圖4 異型夯板結(jié)構(gòu)示意圖

采用異型夯板固坡時，為保證膠凝砂礫石施工安全，在邊坡1.5～2.0 m范圍內(nèi)采用人工配合挖掘機(jī)攤鋪、碾壓成型后，依次進(jìn)行削坡、棄料清理，最后異型夯板固坡，夯實時間45～60 s。壓實后經(jīng)山西省水利建筑工程局中心試驗室檢測，表觀密度滿足設(shè)計要求。膠凝砂礫石與防滲層混凝土（表面混凝土）同層上升。工藝流程圖見5，鋪筑示意圖見圖6。

異型夯板固坡方法雖然能實現(xiàn)膠凝砂礫石和防滲層混凝土（表面混凝土)同層上升，但防滲層及保護(hù)層混凝土的水平施工縫過多，增大了形成滲透和抗剪薄弱面的機(jī)率，存在質(zhì)量、安全隱患；另外，膠凝砂礫石攤鋪?zhàn)匀黄卤?1∶1～1∶1.1，通過超填、削坡來達(dá)到設(shè)計坡比1∶0.6，不僅因增加工序影響施工進(jìn)度，而且產(chǎn)生的棄料加大了工程成本。

圖5 異型夯板固坡壩體鋪筑流程圖

圖6 異型夯板固坡壩體鋪筑示意圖（單位：mm）

2.3 擠壓邊墻固坡

山西省水利建筑工程局對混凝土面板堆石壩施工中采用的擠壓式混凝土邊墻機(jī)進(jìn)行改造，使擠壓邊墻機(jī)出料口外側(cè)邊坡與大壩坡比相同，按不同配合比，經(jīng)過多次試驗，得到合適的施工參數(shù)。擠壓式混凝土邊墻芯樣由中國水利水電科學(xué)研究院工程檢測中心檢測，芯樣容重、抗壓強(qiáng)度、滲透系數(shù)均能滿足設(shè)計要求。

采用擠壓式混凝土邊墻固坡，由于混凝土邊墻初期強(qiáng)度低，為確保擠壓邊墻附近膠凝砂礫石壓實質(zhì)量，避免膠凝砂礫石施工對混凝土邊墻造成局部移位、坍塌破壞，在混凝土邊墻0.6～0.8 m范圍內(nèi)采用變態(tài)混凝土替代膠凝砂礫石，防滲層混凝土（表面混凝土）可以與膠凝砂礫石同步上升，也可在內(nèi)部膠凝砂礫石鋪筑完成后再一次性澆筑防滲層混凝土（表面混凝土）。工藝流程圖見7，鋪筑示意圖見圖8。

擠壓式混凝土邊墻固坡方法具有施工安排靈活（常態(tài)混凝土與膠凝砂礫石可同步上升，也可分別澆筑）、邊墻成型規(guī)整等優(yōu)點(diǎn)，尤其是半砂擠壓式混凝土邊墻具有很好的排水作用，完全可替代上游側(cè)的排水盲管，減少了排水盲管的費(fèi)用。但也有很大不足：部分膠凝砂礫石被變態(tài)混凝土和擠壓式混凝土邊墻代替，增加施工工序、影響施工進(jìn)度；變態(tài)混凝土和擠壓邊墻混凝土單方造價高于膠凝砂礫石，增加了工程造價；施工過程存在人機(jī)交叉作業(yè)，且在陡坡邊緣部位施工，施工安全隱患很大。

圖7 擠壓式混凝土邊墻固坡壩體鋪筑流程圖

圖8 擠壓式混凝土邊墻固坡壩體鋪筑示意圖（單位：mm）

2.4 鋪料箱與異型夯板組合固坡

為配合異型夯板專用夯具快速固坡，山西省水利建筑工程局設(shè)計了帶有振動器的無蓋無底鋪料箱。鋪料箱用10 mm厚鋼板制作，其主要尺寸為：總長度360 cm，總高度115 cm，上、下部總寬度均為150 cm，料箱凈寬度150 cm，出料口高度60 cm，上頂寬80 cm，兩側(cè)坡比1∶0.6出料口兩側(cè)加振搗器，可以使鋪料箱初次固坡成型。鋪料箱結(jié)構(gòu)示意圖見圖9。

圖9 鋪料箱結(jié)構(gòu)示意圖（單位：mm）

裝載機(jī)喂料，挖機(jī)牽引鋪料箱并打開振動器開關(guān)，連續(xù)作業(yè)，鋪料箱施工預(yù)壓成型；鋪料箱鋪完邊坡膠凝砂礫石條帶，待壩體膠凝砂礫石攤平后，采用異型夯板進(jìn)行邊坡膠凝砂礫石的定型夯實。為保證鋪料箱施工安全，鋪筑時逐層向壩內(nèi)收縮10～15 cm。工藝流程圖見10，鋪筑示意圖見圖11。

鋪料箱與異型夯板組合固坡方法具有厚度均勻、外形規(guī)整、施工進(jìn)度快、施工安排靈活（常態(tài)混凝土與膠凝砂礫石可同步上升，也可分別澆筑）等優(yōu)點(diǎn)。

圖10 異型夯板固坡壩體鋪筑流程圖

圖11 鋪料箱與異型夯板固坡壩體鋪筑示意圖（單位：mm）

3 結(jié)論

鋪料箱與異型夯板組合固坡施工方法與傳統(tǒng)固坡方法相比，有以下幾個優(yōu)點(diǎn)：

1）經(jīng)濟(jì)效益明顯，大大降低施工成本。和傳統(tǒng)固坡方法等方法相比較，可節(jié)約施工成本65.9元/m～156.7元/m不等。

2）具有良好的社會效益，施工進(jìn)度加快。實現(xiàn)了膠凝砂礫石的連續(xù)作業(yè)，大大提高攤鋪速度，給相鄰上下游面板防滲體混凝土提供了工作面，使膠凝砂礫石和上下游面板混凝土同步上升，加快了大壩填筑速度。

3）提高了施工安全保障。減少人機(jī)交叉作業(yè)，減少了安全隱患。免除了人工支模、鋪筑加漿振搗變態(tài)混凝土等工序，工序簡單，便于操作。

4）環(huán)保效益明顯。避免削坡法施工引起的超填料廢棄，對環(huán)境保護(hù)起到積極作用。

守口堡水庫膠凝砂礫石壩采用鋪料箱與異型夯板組合固坡施工方法，在保證新型壩體的施工質(zhì)量，節(jié)約施工成本，加快施工進(jìn)度，確保施工安全等方面起到了很好的效果。為膠凝砂礫石壩的大力推廣應(yīng)用奠定了施工技術(shù)基礎(chǔ)。