混凝土面板堆石坝施工技术的创新

混凝土面板堆石坝施工技术的创新陕西省水电工程局集团有限责任公司摘要：陕工局集团公司近年来承建了多座面板坝工程，在高寒、干旱环境下混凝土面板施工积累了大量施工经验，小粒径筑坝技术拓宽了面板堆石坝坝料的使用范围，上游坡面挤压边墙固坡技术，长面板混凝土施工等方面形成了特有的技术优势，这些技术的进步和经验的积累是对堆石面板坝筑坝技术的有益探索，值得其他工程项目借鉴，对我国面板堆石坝的发展会起到促进作用。

关键词：混凝土面板堆石坝施工技术发展陕工局集团公司是一支以各类拦河坝施工为优势项目的大型综合性水利水电施工队伍，已建和在建各类大坝40余座，其中承建的面板堆石坝20座。

近年来，承建的百米级以上面板坝4座（新疆乌鲁瓦提坝138m，甘肃龙首二级电站坝146.5m，湖北芭蕉河一级电站坝115m，黄河公伯峡坝139m），在这些工程项目的施工建设中积累了大量施工经验，并依托工程项目针对性的进行了一些施工专题研究，面板坝筑坝技术有了快速的发展，逐渐形成了自己特有的技术优势。

1.高寒、干旱环境下混凝土面板施工工艺我国西部水力资源极为丰富，但该地区太阳辐射强烈，昼夜温差大，冬季严寒漫长，雨旱季明显，并且多大风、霜冻、冰雹等灾害天气，这些都对面板坝施工带来不便。

陕工局集团公司自1994年以来在该地区先后修建了山口电站（坝高41m）、海潮坝水库（坝高56m）、楚松水库（坝高40m）、乌鲁瓦提水库（坝高138m）、喀浪古尔水库（坝高62m）、榆树沟水库（坝高65.7m）、白杨河水库（坝高66.8m）、公伯峡电站（坝高139m）等项目的面板堆石坝工程，在施工中通过不断的试验研究、工艺创新和工程实践，针对面板基础平整度不够、钢筋架立筋对面板形成基础约束，使面板不能自由变形以及砼表面易受外界温度的影响，而在砼内部外部产生温差，最终温度应力造成砼裂缝的产生、外界温度和湿度变化、风力作用使面板表层水分蒸发散失过快或受冻结冰，水泥不能完全进行水化反应，使其发生干缩及强度达不到设计标准从而产生裂缝等情况，总结了一套在高寒、干旱环境下修建混凝土面板的施工工艺。

1.1面板钢筋架立“预制网片、现场组装”工艺面板钢筋架立国内通常采用在坝坡面现场焊接或绑扎方法，这种方法往往需占用较长的直线工期，在因度汛等要求而产生工期紧张等情况时，施工计划实现困难。

乌鲁瓦提坝采用提前预制钢筋网片，现场使用卷扬机、有轨坡面钢筋台车等机具人工配合架立，现场电焊或绑扎连117118 接的方法缩短工序工期40%，人工峰值削减70%。

该方法被乌鲁瓦提副坝等项目推广使用，实践证明效果良好。

1.2垫层区坡面上下行全振动碾压为防止坡面下行振动碾压粗粒料易散落、坡面鼓包等有害现象的发生，国家施工规范及国内工程项目均要求采用下行静碾的“半振动碾压”方法，我们在工程实践中为克服该方法碾压效率低的缺点，通过调整垫层料局部含水量，调整碾压工序，成功实现了上下行全振动碾压，坡面光洁平整，大大提高了施工效率。

1.3面板混凝土养护防裂措施“面板混凝土的防裂”是面板坝施工中的难点，根据面板混凝土裂缝成因的不同，必须采取综合措施才可控制裂缝的发生，而混凝土的养护无疑是非常重要的环节。

特别在多大风、昼夜温差大、气候干旱的西北地区，裂缝发生的几率将大大增加。

在修建山口坝时，就开始对不同的养护方式进行比较分析，得出内陆干旱气候环境混凝土脱模后覆盖保湿“温室效应”的副作用较强，对覆盖材料结构、养护时段进行调整会削减不利因素峰值，均衡混凝土环境条件的结论。

在这一成果的指导下，多座面板坝在养护阶段效果良好。

1.4混凝土坡面布料槽车及滑模工艺面板混凝土入仓多采用溜槽工艺，这会带来很多影响混凝土质量的问题，布料槽车的使用可保证在工作仓面混凝土新鲜、级配均匀；根据工程实际，我们自制了沙浆轻滑模代替了传统人工沙浆抹面；并对面板混凝土滑模进行了改进，滑模就位、移动操作更加简洁方便。

1.5小粒径石料填筑面板堆石坝实验研究与应用2001年9月，云南大水沟水库面板堆石坝计划使用的大湾子石料场出现滑坡自然灾害，滑坡体约50万m 3，被迫寻找新的料场，对周边几个料场进行经济技术比较后，认为如果能够解决“小粒径半风化石料的填筑”问题，就可方便的使用坝址左岸滑坡体堆石，采料简单，储量丰富。

滑坡体块度均匀，最大粒径小于100mm ,鲜有100—200mm 粒径，20—80mm 含量达60%，石料粒径情况不能满足设计主堆石级配曲线要求。

我们通过进行室内外试验、模拟计算，确定了减小铺料厚度、调整含水量、使用大吨位压实机具的施工方案。

研究取得了“小粒径半风化石料的填筑”的坝体稳定、坝体渗流情况的第一手资料和计算成果，最大限度的利用了开挖料，拓宽了面板堆石坝坝料的使用范围。

2． 凝土面板堆石坝挤压式挡墙垫层区固坡技术主堆石采用的小粒径、半风化石料自第20届大坝会议了解到国外出现的这种新的固坡思路后，集团公司预测到该技术广阔的发展前景，在自主开发的思路指导下，自2001年起，利用近一年的时间完成了从工艺设计、材料配合比到机械设备研制、成本测算等全部的研究试验内容，并率先在集团公司承建的公伯峡坝坝体施工得到应用，并陆续推广至集团公司承建的龙首坝、芭蕉河一级坝等项目，目前国内有数十座面板坝建设项目采用该技术并且全部使用集团公司水利机械厂拥有专利的挤压设备，国外两座坝也采用了我们生产的挤压机械进行了施工。

新的方法克服了传统施工方法繁杂，且上游坡比受到制约，临近坡面坝料的密实度和坡面平整度均不理想，固坡施工有难度，坝料坡面裸露时间长，面板施工期受到限制，对工程进度、工程质量、经济效益都有不利影响等缺点。

挤压墙法借鉴挤压滑模原理，利用机械挤压力形成墙体，并依靠反作用力行走。

在每填筑一层垫层料之前，用边墙机挤压制作出一个近似于三角形的半透水混凝土小墙，然后在其内侧按设计铺填坝料，用振动碾平面碾压，合格后重复以上工序。

由于挤压机的高效工作和混凝土采用适宜的配料，一个工作循环可在短时间内完成，保证坝面均衡平起施工。

挤压边墙施工考虑到边墙对坝体结构的改变及约束应力对面板可能产生的不利影响，预期的混凝土性能应具备低强度、低弹模、半透水的特点；为了满足与垫层料填筑同步上升的要求，混凝土又要具有较高的早期强度；经济性也是需要注意的方面。

基于上述思路，配合比的设计要考虑两个方面的问题：一是选择合适的外加剂以减少水泥用量，二是选定适宜的水泥用量和加水量，以满足低强度、低弹模、低塌落度、半透水的特点。

这些要求必须和挤压机的挤压力相协调。

我们确定的材料配比及工艺流程在公伯峡电站项目使用后很快被实践证明其合理性，立即被甘肃龙首电站、湖北鹤峰一级电站项目借鉴使用，232m高的湖北水布垭电站面板坝慎重的试验研究后，也采用了公伯峡、鹤峰等项目取得的成果。

巴西依塔坝作为第一个使用该技术的工程，在蓄水后出现了较大的渗流量，大家对该方法的合理性有所担心，目前公伯峡坝项目已于2004年8月8日蓄水，目前接近设计水位，坝后渗流量极小，推测将来渗水量也不会有太大增加，其施工期和蓄水期的初期沉降值也较小；湖北鹤峰坝计划在9月25日蓄水，其观测成果将进一步说明该方法对坝体结构的负面影响情况。

2．超长混凝土面板施工技术公伯峡坝设计有目前国内一次浇注最长的混凝土面板（210m），施工难度极高，面板防裂问题突出。

如在入仓方式的选择上，坡面布料槽车能保证混凝土质量不受坡面距离的影响，但其119120 生产效率较低，难以满足公伯峡项目工期要求；传统溜槽在长距离运送过程中水分和胶凝材料损失、骨料离散等现象严重，传统经验无法解决面临的问题。

我们在公伯峡面板施工中采用了缩短运送时间、改进溜槽结构、增加溜槽数量、改变滑模振捣方式、直螺纹钢筋连接等措施以改善混凝土入仓状态和防止裂缝发生。

这些施工技术措施圆满的完成了该项目的施工任务。

3． 维混凝土在面板混凝土中的应用砼裂缝的产生绝大多数是由于砼内部拉应力超过其抗拉强度所产生的，砼抗拉强度仅为其实际抗压强度的1／8～1／14，面板砼干缩、受到基础面的约束，内部钢筋约束、温度变化所导致砼产生温度应力都是造成面板砼内部产生较大拉应力的原因。

所以提高砼设计抗拉强度、采用抗拉性能好的混凝土，对防止面板裂缝是非常有利的。

龙首二级水电站大坝为面板堆石坝，一期面板主要采用常规砼，但在靠近趾板部位及顶部5m 范围内，也就是对面板约束较大的部位为提高砼自身抗拉强度﹑改善砼性能使用了钢纤维砼。

钢纤维采用上海贝卡尔特二钢有限公司生产的佳密克丝®ZP -805型钢纤维，长度l f =60mm ，直径d f ＝0.75mm ，长径比为l f /d f ＝80，抗拉强度f sft ≥1070MPa ，每公斤钢纤维含量4600根/公斤，经试验证明加入35Kg/ m 3钢纤维混凝土的抗拉强度提高5％。

砼设计指标C30W8F250,二级配砼，设计为低流态砼。

为了改善砼和易性、减少砼水化热，减小砼内部温度应力，降低砼干缩率，掺入25％的粉煤灰。

砼拌和采用JS-1000自落式搅拌机进行拌和，以利于对拌和砼进行掺气。

钢纤维砼投料顺序：中石、小石、砂料、水泥、粉煤灰、钢纤维干拌30s ，再加入LRFH 复合溶液和KDSF引气在挤压边墙防护下的公伯峡坝上游坡面公伯峡坝面板混凝土剂，搅拌5min，以保证砼拌和物的和易性即粘聚性，保水性，出机口坍落度控制在6～7cm。

钢纤维砼在收面过程中纤维外露现象不可避免，这种表面外露所导致的钢纤维锈蚀不会造成砼的局部脱落进而影响钢筋受到锈蚀，但在砼收面过程中会造成局部压光不理想。

在砼浇筑后分三次及时进行人工收面分别起到拍打提浆，以利于砼有效黏结；封闭表层毛细水通道，以提高面板砼的抗渗性能，解决砼下坠后的裂纹初次处理；提高面板砼的平整度，消除早期砼表层干缩造成的细微裂缝，从而减少面板砼的裂缝数量等作用。

龙首工程经验表明钢纤维砼比普通砼抗压强度提高10％左右其抗裂强度、抗折强度有明显提高，平均抗裂强度2.7MPa, 平均抗折强度3.5 MPa。

面板浇注完成后对一期面板裂缝情况统计钢纤维砼为1295.8m2，裂缝共计1条，0.77条/10002，其抗裂性能优于普通混凝土。

6、结语我公司近几年来在堆石面板坝施工技术发展中取得的几项成绩，其技术先进性和合理性基本得到了实践证明，特别需要指出的是挤压边墙和长面板混凝土施工技术分别在2001年和2003年以后才开始试验研究，工程应用较少，还有待进一步的深化。

目前，随着多项大型水电工程的建设，施工技术发展迅速，我们希望与国内科研院所、学术组织、施工建设单位等加强联系，互通有无，共同发展，为水电事业的发展共同努力。

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