膠凝砂礫石填筑層面施工處理

樊文強(qiáng)

（山西省水利建筑工程局 山西太原 030006）

1 工程概況

大同市守口堡水庫位于陽高縣黑水河上游段，是一座集工業(yè)供水、農(nóng)業(yè)灌溉及防洪等綜合利用的?、判退畮?，由樞紐工程和工業(yè)供水工程兩部分組成，工程等別為Ⅳ等，主要建筑物為4級(jí)，次要建筑物和臨時(shí)建筑物為5級(jí)。樞紐工程包括大壩、水電站、引水建筑物，水庫總庫容為980萬m3。壩頂長度354 m，最大壩高61.6 m。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。

守口堡水庫在全國范圍內(nèi)首次將膠凝砂礫石筑壩技術(shù)應(yīng)用于永久工程，被水利部確定為科研實(shí)驗(yàn)壩。膠凝砂礫石筑壩技術(shù)的特點(diǎn)是就地取材，高效快速施工，環(huán)保，體現(xiàn)了“宜構(gòu)適材”、“宜材適構(gòu)”的筑壩理念。

2 施工工藝研究

膠凝砂礫石（CSGR）膠材用量少，在卸料、攤鋪等環(huán)節(jié)極易出現(xiàn)骨料分離，使得層間結(jié)合部位質(zhì)量控制要求相對更高，因此，層面處理對保證壩體質(zhì)量顯得尤為關(guān)鍵。

守口堡水庫大壩為我國首座膠凝砂礫石壩，可供參考的工程實(shí)例及施工經(jīng)驗(yàn)非常有限。工程施工前，綜合分析膠凝砂礫石暴露最長允許歷時(shí)、膠凝砂礫石JGL200專用拌和站的拌和強(qiáng)度、穩(wěn)定性以及配套的運(yùn)輸、平倉、碾壓設(shè)備等生產(chǎn)能力，按照《膠結(jié)顆粒料筑壩技術(shù)導(dǎo)則》的有關(guān)要求，宜采用通倉、連續(xù)鋪筑法進(jìn)行膠凝砂礫石鋪筑，但受JGL200專用拌和站的拌和強(qiáng)度限制，當(dāng)鋪筑面積與膠凝砂礫石允許層間間隔時(shí)間不能適應(yīng)，或者受上、下游防護(hù)層及壩體內(nèi)部建筑物常態(tài)混凝土施工影響，導(dǎo)致膠凝砂礫石不能進(jìn)行連續(xù)鋪筑時(shí)需進(jìn)行層面處理。實(shí)際施工過程中，有以下三點(diǎn)施工技術(shù)難點(diǎn)：1）確定層面處理時(shí)間；2）確定砂漿從開始拌和到上層膠凝砂礫石鋪設(shè)的最長允許時(shí)間；3）按要求厚度均勻鋪設(shè)砂漿。

為保證施工進(jìn)度和質(zhì)量，面對通倉、連續(xù)鋪筑法進(jìn)行膠凝砂礫石鋪筑過程中出現(xiàn)的問題，針對膠凝砂礫石相對壓實(shí)密度小、早期強(qiáng)度特別低的特性，通過多次分析研究和試驗(yàn)，確定了在壓力水強(qiáng)度為30 MPa左右的前提下，膠凝砂礫石鋪筑完后8～12 h進(jìn)行沖毛為宜，使層面處理后露出砂粒、小石，且無浮漿和松動(dòng)骨料等雜物。在經(jīng)壓力水沖毛清理后的倉面上鋪設(shè)一層水泥砂漿以提高層間結(jié)合力，采用自行設(shè)計(jì)制作的專用設(shè)備控制砂漿攤鋪厚度及均勻度，砂漿厚度以2～3 cm為宜，以避免因厚度過小失去層間粘結(jié)作用、厚度過大形成砂漿夾層使膠凝砂礫石勻質(zhì)性受到影響。確定不同氣候條件下砂漿從開始拌和到上層膠凝砂礫石鋪設(shè)的最長允許時(shí)間為2 h，在相應(yīng)時(shí)間內(nèi)確保上層膠凝砂礫石的鋪設(shè)。

3 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 工藝流程

膠凝砂礫石壩鋪筑施工工藝流程見圖1。

3.2 施工工藝操作要點(diǎn)

3.2.1 基礎(chǔ)面處理

在進(jìn)行膠凝砂礫石鋪筑前，對基礎(chǔ)面雜物進(jìn)行清除并沖洗干凈。經(jīng)監(jiān)理工程師驗(yàn)收合格后進(jìn)行下一道工序施工。

3.2.2 鋪設(shè)砂漿

砂漿鋪設(shè)采用條帶法進(jìn)行，采用混凝土罐車或裝載機(jī)配合進(jìn)行運(yùn)輸，為防止水泥砂漿失水、風(fēng)干，水泥砂漿要隨鋪隨卸，砂漿強(qiáng)度等級(jí)為M7.5，攤鋪厚度為2～3 cm，人工利用專用鋸齒鐵耙（鋸齒高度3 cm）控制攤鋪厚度及均勻性。鋪設(shè)砂漿時(shí)進(jìn)行過程控制，鋪設(shè)面積與鋪筑膠凝砂礫石的能力、砂漿的初凝時(shí)間相適應(yīng)。外界溫度較高時(shí)，對砂漿表面進(jìn)行噴霧加濕處理，以表面不泛黃為宜。

圖1 膠凝砂礫石壩鋪筑施工工藝流程圖

3.2.3 膠凝砂礫石鋪筑

膠凝砂礫石外摻緩凝劑，控制初凝時(shí)間為4 h，當(dāng)鋪筑時(shí)間控制在直接鋪筑允許時(shí)間范圍內(nèi)，直接連續(xù)上升鋪筑；當(dāng)鋪筑時(shí)間在加墊層鋪筑允許時(shí)間內(nèi)，先鋪設(shè)砂漿墊層，再立即進(jìn)行膠凝砂礫石鋪筑，確保覆蓋新鋪設(shè)的砂漿面，攤鋪厚度控制在55 cm左右。膠凝砂礫石鋪筑時(shí)，采用人工攪拌或噴漿對膠凝砂礫石接觸砂漿且骨料分離較集中的部位進(jìn)行處理，對骨料分離較嚴(yán)重部位采用挖掘機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場二次攪拌。在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成上層膠凝砂礫石的攤鋪。

3.2.4 碾壓

當(dāng)一條帶膠凝砂礫料鋪筑完成后，采用26 t單鋼輪膠輪振動(dòng)碾沿鋪筑方向靜壓2遍，再振動(dòng)碾壓6遍，振動(dòng)碾行走速度控制在1.5 km/h以內(nèi)。

3.2.5 養(yǎng)護(hù)

養(yǎng)護(hù)從膠凝砂礫石鋪筑完成到下層膠凝砂礫石鋪筑開始為止。

3.2.6 沖毛

超過加墊層鋪筑允許時(shí)間，需對鋪筑的膠凝砂礫石面進(jìn)行沖毛處理。沖毛時(shí)間間隔不宜過早，防止對鋪筑層面進(jìn)行擾動(dòng)；也不宜太遲，沖毛效果不理想。沖毛以沙粒半露為宜。在氣溫較高時(shí)，視情況適當(dāng)縮短沖毛時(shí)間間隔。

3.2.7 沖洗清理

超過加墊層鋪筑允許時(shí)間，在鋪砂漿前，采用沖毛機(jī)清除鋪筑的膠凝砂礫石面上的二次污染物。

3.2.8 鋪設(shè)砂漿

砂漿鋪設(shè)工藝同“3.2.2款”。

3.2.9 上層膠凝砂礫石鋪筑

上層膠凝砂礫石鋪筑方法同“3.2.3款”。

4 效益

該施工方法在守口堡水庫樞紐工程施工中得到成功應(yīng)用，經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)證實(shí)，其具有施工工藝簡單，對保證膠凝砂礫石層間結(jié)合強(qiáng)度，保證施工質(zhì)量，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

4.1 經(jīng)濟(jì)效益明顯，大大降低施工成本

成本計(jì)算以守口堡水庫大壩工程為例，施工前期采用傳統(tǒng)的鋪筑工藝，即滿倉面一次性鋪筑，每層在鋪筑下層之前必須進(jìn)行倉面處理。而采用層間連續(xù)鋪筑的施工方法，根據(jù)實(shí)踐統(tǒng)計(jì)，在填筑時(shí)平均每3層中，只有1層須進(jìn)行鋪筑前倉面處理。對上述兩種施工工藝進(jìn)行分析比較，節(jié)約施工成本約為8元/m2～9 元/m2。

4.2 具有良好的社會(huì)效益，施工進(jìn)度加快

實(shí)現(xiàn)了膠凝砂礫石的連續(xù)上升鋪筑，成功地解決了層間沖毛時(shí)間的控制、層間砂漿鋪筑時(shí)間的控制、砂漿鋪筑厚度的控制等施工難點(diǎn)，大大提高膠凝砂礫石層間結(jié)合能力及大壩整體性；縮短施工周期，提高了施工效率。

4.3 具有良好的環(huán)保效果

避免壩面二次污染物的產(chǎn)生和清理排放。

5 結(jié)論

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)對筑壩材料、施工工藝以及壩基的要求降低，大壩施工基本實(shí)現(xiàn)零棄料，凸顯了在適應(yīng)環(huán)境、減輕破壞環(huán)境方面所具有的優(yōu)勢，得到了國際壩工界的重視。山西省守口堡水庫樞紐工程首次將該壩型應(yīng)用在永久工程中，是我國首座膠凝砂礫石壩，被水利部確定為科研試驗(yàn)壩進(jìn)行研究。

大同市守口堡水庫工程中采用層間結(jié)合連續(xù)鋪筑的施工方法，成功進(jìn)行了層間結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)化施工。該方法在保證層間結(jié)合質(zhì)量，提高施工效率，節(jié)約工程成本，確保施工安全等方面起到了很好的效果，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。