(山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006)

膠凝砂礫石壩是近年來出現(xiàn)的新壩型，可就地取材，快速施工，同時(shí)對(duì)筑壩材料、施工工藝以及壩基的要求降低，施工基本實(shí)現(xiàn)零棄料，凸顯了在適應(yīng)環(huán)境、減輕生態(tài)破壞方面所具有的優(yōu)勢(shì)，得到了國(guó)際壩工界的重視。目前，我國(guó)相繼進(jìn)行了一些圍堰工程的試驗(yàn)性應(yīng)用。山西省守口堡水庫(kù)工程首次將該壩型應(yīng)用在永久工程中，被水利部確定為科研試驗(yàn)壩。

異型夯板固坡施工方法，是2013年山西省水利建筑工程局自主研制的，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并在守口堡水庫(kù)膠凝砂礫石壩施工中進(jìn)行了成功應(yīng)用，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)。膠凝砂礫石壩是利用膠凝材料和砂礫石料，經(jīng)拌和、攤鋪、振動(dòng)碾壓形成的，其施工工藝與傳統(tǒng)土石壩類似，異型夯板固坡方法提高了膠凝砂礫石壩的施工質(zhì)量，節(jié)約了施工成本，加快了施工進(jìn)度。

1 工程概況

守口堡水庫(kù)位于山西大同陽(yáng)高縣黑水河上游，水庫(kù)總庫(kù)容980萬m3，興利庫(kù)容423萬m3，水庫(kù)是一座以工業(yè)供水、農(nóng)業(yè)灌溉及防洪為主，兼顧生態(tài)供水的綜合利用小(1)型、Ⅳ等水庫(kù)工程。水庫(kù)工程實(shí)施后，可為工業(yè)供水640萬m3，改善農(nóng)業(yè)灌溉面積2.74萬畝，50%年份供水687萬m3。保護(hù)水庫(kù)下游陽(yáng)高縣城和沿河三個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)34個(gè)行政村9.03萬人、13.37萬畝耕地的生命財(cái)產(chǎn)安全，改善兩岸的生態(tài)環(huán)境，社會(huì)效益非常顯著。

由于壩址區(qū)砂礫料儲(chǔ)量豐富，河谷地形開闊，開采條件好，適宜修建膠凝砂礫石壩。設(shè)計(jì)膠凝砂礫石壩壩頂長(zhǎng)366m，最大壩高61.40m，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。

2 固坡方案選定

傳統(tǒng)的土石壩邊坡施工普遍采用“削坡法”“模板固坡法”“擠壓邊墻固坡法”等施工方法，但對(duì)于膠凝砂礫石壩施工，若采用以上方法進(jìn)行邊坡施工，在工程質(zhì)量、進(jìn)度、成本及施工安全等方面將存在不同程度的弊端，因此，需要開發(fā)適合膠凝砂礫石工程實(shí)際的固坡方法。異型夯板固坡施工法作為一種很好的膠凝砂礫石固坡方法在守口堡工程中首次采用，取得了良好的效果。異型夯板固坡法適用于膠凝砂礫石及碾壓混凝土壩、圍堰、堤防等建筑物邊坡的固坡施工。

3 原材料與設(shè)備

膠凝砂礫石的材料組成主要有水泥、摻和料、砂礫石、水、外加劑等。砂漿的材料組成有水泥、細(xì)骨料、水、外加劑等。水泥一般采用P.O 42.5水泥，質(zhì)量滿足《通用硅酸鹽水泥》(GB 175—2007)相關(guān)規(guī)定。摻和料主要為粉煤灰，其質(zhì)量滿足《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T 1596—2005)相關(guān)規(guī)定。砂礫料質(zhì)量要求符合《膠結(jié)顆粒料筑壩技術(shù)導(dǎo)則》(SL 678—2014)的要求。細(xì)骨料宜選用級(jí)配良好的中粗砂，其性能指標(biāo)應(yīng)符合《水工混凝土施工規(guī)范》(SL 677—2014)相關(guān)規(guī)定。拌和水質(zhì)遵守《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ 63—2006)的相關(guān)規(guī)定。外加劑應(yīng)符合《混凝土外加劑》(GB 8076—2008)的相關(guān)規(guī)定，考慮和水泥的相溶性。該工法中使用的主要設(shè)備及器具見下表。

4 異型夯板用于膠凝砂礫石固坡施工流程

以“快速、經(jīng)濟(jì)、安全”為原則進(jìn)行邊坡固坡處理，首先初步成型，然后定型夯實(shí)，為下一步施工提供保障，施工工藝流程主要包括6個(gè)方面(見圖1、圖2)。

主要設(shè)備及器具表

圖1 異型夯板固坡法施工工藝流程

圖2 異型夯板固坡法施工

4.1 層面處理

在鋪筑第一層膠凝砂礫料前，對(duì)基礎(chǔ)面進(jìn)行找平及清理，每層膠凝砂礫料鋪筑前，應(yīng)進(jìn)行層面處理，鋪筑間隔時(shí)間在直接鋪筑時(shí)間內(nèi)的，可直接鋪筑膠凝砂礫石；鋪筑間隔時(shí)間在加墊層鋪筑允許時(shí)間內(nèi)時(shí)，先鋪設(shè)高一強(qiáng)度等級(jí)的砂漿墊層，再進(jìn)行膠凝砂礫石的施工；超過允許鋪墊層時(shí)間的，將表面浮漿及松動(dòng)骨料等清理沖洗干凈，鋪設(shè)高一強(qiáng)度等級(jí)的砂漿墊層后，再進(jìn)行膠凝砂礫石的施工。

4.2 測(cè)量放線

每層膠凝砂礫料鋪筑前，測(cè)量人員需使用測(cè)量?jī)x器按設(shè)計(jì)圖紙放出膠凝砂礫料鋪筑邊線，用紅油漆等標(biāo)明邊線位置。

4.3 裝料及鋪料

每層膠凝砂礫料鋪筑前，用挖掘機(jī)將鋪料箱吊至指定位置，鋪料箱邊緣與標(biāo)線對(duì)齊，并接通振動(dòng)板電源，鋪料箱前進(jìn)方向與壩體膠凝砂礫石鋪料方向一致。用裝載機(jī)從料堆處將膠凝砂礫料鏟運(yùn)到鋪料箱內(nèi)，裝載機(jī)每裝滿一箱料，用挖掘機(jī)順標(biāo)線方向向前牽引鋪料箱并打開振動(dòng)器開關(guān)，每次牽引距離以保證鋪料箱內(nèi)料堆高度不低于出料口高度為準(zhǔn)。如此連續(xù)作業(yè)，使鋪料箱鋪筑初次固坡成型。

4.4 異型夯板夯實(shí)

鋪料箱鋪好條帶后，待壩體膠凝砂礫石攤平后，由挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力的異型夯板按試驗(yàn)得出的施工參數(shù)進(jìn)行夯實(shí)。

4.5 碾壓

當(dāng)一條帶膠凝砂礫料鋪筑完成后，采用26t單鋼輪光輪振動(dòng)碾沿鋪筑方向搭接靜壓2遍，再振動(dòng)碾壓6遍，振動(dòng)碾行走速度控制在1.50km/h以內(nèi)。

4.6 檢測(cè)

檢測(cè)項(xiàng)目為表觀密度，采用核子密度儀或挖坑灌水法進(jìn)行檢測(cè)。

5 質(zhì)量控制

施工前，進(jìn)行膠凝砂礫石、砂漿配合比設(shè)計(jì)及優(yōu)化，其表觀密度、抗壓強(qiáng)度等指標(biāo)應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。拌和站設(shè)專職試驗(yàn)、質(zhì)檢人員，嚴(yán)格把關(guān)，嚴(yán)格按批準(zhǔn)的配合比進(jìn)行配料，控制膠凝砂礫石和砂漿的拌和質(zhì)量。

施工過程中，砂漿鋪設(shè)厚度需按設(shè)計(jì)要求及試驗(yàn)參數(shù)控制；鋪料箱垂向行走方向的底部鋼板留有足夠空隙，防止行進(jìn)時(shí)破壞鋪好的砂漿面；砂漿鋪設(shè)后盡快進(jìn)行鋪料箱鋪料。控制挖掘機(jī)牽引鋪料箱沿標(biāo)準(zhǔn)線行進(jìn)，保證水平行走偏差控制在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)；行走速度控制在試驗(yàn)施工參數(shù)以內(nèi)，保證出料飽滿和邊坡表面平整。鋪料長(zhǎng)度不宜過長(zhǎng)，應(yīng)和壩體膠凝砂礫石攤鋪相匹配逐段施工。異型夯板夯實(shí)頻率、夯實(shí)時(shí)間等按試驗(yàn)所得施工參數(shù)控制。夯實(shí)后的邊坡應(yīng)及時(shí)用核子密度儀進(jìn)行表觀密度的檢測(cè)，如有不合格，及時(shí)補(bǔ)充夯實(shí)。新鋪設(shè)的膠凝砂礫石及砂漿，嚴(yán)防雨淋；外界溫度較高時(shí)，為防止風(fēng)干，宜進(jìn)行噴霧加濕處理。

6 經(jīng)濟(jì)效益分析

守口堡水庫(kù)大壩采用異型夯板與鋪料箱組合固坡施工方法有效地保證了工程質(zhì)量和施工進(jìn)度，與傳統(tǒng)固坡方法相比，既保證了邊坡尺寸，同時(shí)降低了施工成本，縮短了施工工期。施工運(yùn)用中受到監(jiān)理單位、設(shè)計(jì)單位、建設(shè)單位一致好評(píng)，取得了很好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，大大降低了施工成本。成本計(jì)算以守口堡水庫(kù)大壩工程為例，按每天兩班作業(yè)進(jìn)行。該工程采用該方法平均每天處理邊坡166m，根據(jù)原始工程數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，對(duì)其工程費(fèi)用折算成延米費(fèi)用后與現(xiàn)有技術(shù)固坡費(fèi)用進(jìn)行比較(人工、機(jī)械、材料費(fèi)用按2016年6—7月市場(chǎng)價(jià)格進(jìn)行計(jì)算)。

6.1 與削坡法比較

人工費(fèi)：削坡法每班8人，該方法每班1人，降低人工費(fèi)2×(8-1)×150/166=12.70元/m；機(jī)械費(fèi)：削坡法每班需裝載機(jī)1臺(tái)、挖掘機(jī)1臺(tái)、20t自卸汽車1臺(tái)，該方法每班需ZL50裝載機(jī)1臺(tái)、挖掘機(jī)1臺(tái)，節(jié)省機(jī)械費(fèi)2×(1×2136)/166=25.70元/m；材料費(fèi)：節(jié)省超填和挖除多余膠凝砂礫石0.25m3；降低材料費(fèi)0.25×110=27.50元/m；綜合后，降低施工成本約65.90元/m。

6.2 與模板固坡法比較

人工費(fèi)：模板固坡法每班6人，該方法每班1人，降低人工費(fèi)2×(6-1)×150/166=9元/m；機(jī)械費(fèi)：模板固坡法每班需25t起重機(jī)1臺(tái)、8m3混凝土罐車1臺(tái)、高頻振搗棒1組、水泥攪拌桶1套，該方法每班需ZL50裝載機(jī)1臺(tái)、PC220挖機(jī)1臺(tái)，節(jié)省機(jī)械費(fèi)(2×1×2676+1×3736+1×210+1×200-1×3288-1×2280)/166=15.10元/m；材料費(fèi)：節(jié)省變態(tài)混凝土0.50m3，節(jié)省模板0.58m2，降低材料費(fèi)0.50×(290-98)+0.58×20=107.60元/m。綜合后，降低施工成本約131.70元/m。

6.3 與擠壓邊墻固坡法比較

人工費(fèi)：擠壓邊墻固坡法每班8人，該方法每班1人，降低人工費(fèi)2×(8-1)×150/166=12.70元/m；機(jī)械費(fèi)：擠壓邊墻固坡法每班需邊墻擠壓機(jī)1臺(tái)、8m3混凝土罐車1臺(tái)、高頻振搗棒1組、水泥攪拌桶1套，該方法每班需ZL50裝載機(jī)1臺(tái)、PC220挖機(jī)1臺(tái)，節(jié)省機(jī)械費(fèi)(2×1×2796+1×3732+1×210+1×960+1×200-1×3288-1×2280)/166=28.10元/m；材料費(fèi)：節(jié)省擠壓邊墻混凝土0.17m3和變態(tài)混凝土0.43m3，降低材料費(fèi)0.17×(300-98)+0.43×(290-98)=115.90元/m。綜合后，降低施工成本約156.70元/m。

7 結(jié) 語(yǔ)

在守口堡水庫(kù)大壩主體膠凝砂礫石填筑過程中，邊坡采用異型夯板固坡工藝進(jìn)行施工后，2016年共完成膠凝砂礫石填筑24萬m3，加快了施工進(jìn)度。綜合分析異型夯板固坡法具有如下優(yōu)點(diǎn)：與傳統(tǒng)的固坡方法相比，單米成本降低65～156元；實(shí)現(xiàn)了膠凝砂礫石的連續(xù)作業(yè)，大大提高了攤鋪速度，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；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(jiǎn)單，便于操作；避免了削坡法施工引起的超填料廢棄，對(duì)環(huán)境保護(hù)起到積極作用，環(huán)保效益明顯。