膠凝砂礫石筑壩施工關(guān)鍵技術(shù)淺析

(四川省都江堰東風(fēng)渠管理處，成都，610081)

膠凝砂礫料筑壩的施工技術(shù)在一定程度上和碾壓混凝土的施工方法一致，但是在防滲功能和指標(biāo)設(shè)計(jì)方面也存在不同。具體來說，膠凝砂礫石筑壩技術(shù)是在碾壓混凝土筑壩技術(shù)的基礎(chǔ)上更新和優(yōu)化而來的。膠凝砂礫料筑壩技術(shù)不僅可以大大提高建筑材料的利用率，而且在很大程度上使壩體的穩(wěn)固性得到保障。本文就針對膠凝砂礫石筑壩施工的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)論述和分析。

1 膠凝砂礫石筑壩技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

膠凝砂礫石是J.M拉菲爾于1970年首先提出，在《最優(yōu)重力壩》的論文中建議使用膠凝砂礫石材料筑壩。1988年法國的隆德提出碾壓硬填方的施工方法填筑成膠凝砂礫石壩。后來，日本建設(shè)了多座膠凝砂礫石壩，將膠凝材料和水加到容易獲得的開挖廢棄料等巖石基材中，進(jìn)行拌合后采用堆石壩施工技術(shù)進(jìn)行碾壓施工。這種新壩型充分利用了施工過程中產(chǎn)生的棄料，減小了對周邊環(huán)境的影響。由于其對筑壩材料、施工工藝以及壩基要求降低，大壩施工基本實(shí)現(xiàn)了零棄料，凸顯了在適應(yīng)環(huán)境、減輕環(huán)境破壞方面的優(yōu)點(diǎn)，得到國際壩工界的重視。

我國在上世紀(jì)末才開展膠凝砂礫石筑壩的技術(shù)研究，華北水利水電學(xué)院、武漢大學(xué)和中國水電科學(xué)研究院等單位對其技術(shù)展開了深入的分析，根據(jù)膠凝砂礫壩筑壩材料的特點(diǎn)、防滲系統(tǒng)、施工技術(shù)和大壩穩(wěn)定性和應(yīng)力問題展開了全面化的探究[1]。中國水利水電科學(xué)研究院、福建省水利水電勘測設(shè)計(jì)院和中國水利水電第十六工程局分別在2004年擔(dān)任科研咨詢單位、設(shè)計(jì)單位和施工單位，在三個(gè)部門的共同努力下，福建尤溪街面水電站下游圍堰順利建成，這也是我國第一次對膠凝砂礫石筑壩的嘗試。

經(jīng)過多年的施工經(jīng)驗(yàn)積累和技術(shù)進(jìn)一步的優(yōu)化，我國在膠凝砂礫料筑壩方面已經(jīng)取得了一定的成績。例如功果橋水電站、洪口水電站和飛仙關(guān)水電站等圍堰工程順利建成，其他圍堰工程也在計(jì)劃當(dāng)中。

表1 我國部分膠凝砂礫料圍堰工程

2 膠凝砂礫料筑壩技術(shù)特點(diǎn)

砂礫料筑壩施工技術(shù)在一定程度上和碾壓混凝土壩施工方法一致，但是相較于碾壓混凝土壩的施工技術(shù)，砂礫料筑壩不僅可以使施工工序簡單化，而且在一定程度上使壩體的穩(wěn)固性得到了保障[2]。其特點(diǎn)如下：

2.1 溫度控制特點(diǎn)

由于砂礫料筑壩的水泥水化熱并不高，并且砂礫料筑壩在施工過程中對于水泥的需求量不大，另外筑壩材料的絕熱溫升及彈性模量對溫度應(yīng)力產(chǎn)生直接影響。因此，相較于碾壓混凝土壩，膠凝砂礫料筑壩由于溫度應(yīng)力相對不高，故不需要控制溫度和設(shè)置橫縫的工作。

2.2 現(xiàn)場碾壓特點(diǎn)

膠凝砂礫料筑壩在現(xiàn)場碾壓的施工作業(yè)中，由于防滲透的功能要求較低，同時(shí)對于整體強(qiáng)度的要求也較低。因此，在進(jìn)行此項(xiàng)工作時(shí)對于骨料分離所產(chǎn)生的影響可以忽略不計(jì)。

2.3 層面處理特點(diǎn)

膠凝砂礫料筑壩在層面處理環(huán)節(jié)中，由于抗剪切摩擦方面對層面處理的要求，可以使其降到最低。因此，在進(jìn)行下一層澆筑的過程中可以直接進(jìn)行，無需對施工縫進(jìn)行特殊處理。

2.4 模板特點(diǎn)

膠凝砂礫料筑壩在模板施工中，由于設(shè)置施工收縮縫的工作可以省略或簡化，因此，其主要特點(diǎn)就是簡單。如果出現(xiàn)下游壩坡面和上游壩坡面較大的現(xiàn)象，可以利用混凝土預(yù)制模板進(jìn)行施工作業(yè)。

3 施工技術(shù)分析

3.1 施工層面、縫面的處理

一方面針對膠凝砂礫石在上升鋪筑碾壓施工作業(yè)中，必須使其層間間隔的時(shí)間保持在直接鋪筑允許的時(shí)間范圍內(nèi)。如果沒有按照其直接鋪筑允許的時(shí)間開展，必須要將砂漿鋪墊在膠凝砂礫石的表面，從而進(jìn)一步鋪筑上一層膠凝砂礫石。

另一方面，在開展鋪砂漿的工作之前，要全面處理施工縫面的二次污染物。待鋪設(shè)砂漿的工作完成之后，要在有效的時(shí)間內(nèi)，覆蓋膠凝砂礫石碾壓料，從而保障其質(zhì)量不遭到破壞。

另外，進(jìn)行處理縫面的工程時(shí)，其內(nèi)容包括施工縫和冷縫處理兩方面。在縫面處理過程中，應(yīng)對松動(dòng)的骨料硬化縫面上的浮漿進(jìn)行細(xì)致的處理?？p面處理的工作結(jié)束后，施工人員要對其質(zhì)量進(jìn)行全面的檢查，在確保滿足要求后才能開展后續(xù)施工作業(yè)。此外，如果在施工過程中遭遇雨水天氣或由于其他情況使施工作業(yè)不得不暫時(shí)停止時(shí)，則需要平倉碾壓已經(jīng)攤鋪的膠凝砂礫石料，采取特殊的施工技術(shù)對其接頭處進(jìn)行處理?；謴?fù)正常施工作業(yè)后，對結(jié)合面的處理應(yīng)引起高度重視，并利用適當(dāng)?shù)氖┕ぜ夹g(shù)進(jìn)行處理。

3.2 施工防護(hù)技術(shù)

施工防護(hù)技術(shù)是否落實(shí)對工程整體質(zhì)量有著至關(guān)重要的作用，也在一定程度上影響施工質(zhì)量是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際施工作業(yè)開展過程中，要保障施工質(zhì)量，必須重視施工防護(hù)方面的工作。一方面，在施工作業(yè)開展進(jìn)程中，必須使膠凝砂礫石保持在濕潤狀態(tài)下；另一方面，倉面在施工狀態(tài)中或已經(jīng)被碾壓處理好時(shí)，施工人員應(yīng)對其進(jìn)行保護(hù)，使其不受外來水滲入的負(fù)面影響；最后，在施工間歇過程中，對膠凝砂礫石施工作業(yè)順利開展后，應(yīng)在有效時(shí)間范圍內(nèi)對其進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)的施工作業(yè)。暴露面的膠凝砂礫石的養(yǎng)護(hù)時(shí)間必須大于28d[3]。

3.3 骨料控制技術(shù)

首先,砂礫料材料的主要特點(diǎn)表現(xiàn)在：母巖抗壓強(qiáng)度高，表觀密度不小于2400kg/m3，同時(shí)也要保障攪拌工藝和碾壓技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步確立砂礫料的最大粒徑〔4〕。在一般狀態(tài)下，最大粒徑需要保持在250mm之內(nèi)，另外,如果砂礫料的直徑小于5mm，那么其中細(xì)骨料的含量必須保持在大于等于25%的范圍之內(nèi)，如果細(xì)骨料的含量小于25%，可以使用一定量的人工材料；

其次，砂礫料中的含泥量不可超過5%，同時(shí)要避免發(fā)生泥塊較為集中的現(xiàn)象；

最后，基于砂礫料級配的工程作業(yè)當(dāng)中，粒徑應(yīng)保持在80mm至250mm的范圍內(nèi)，這類粒徑的適合含量為40%，粒徑在5mm至80mm之間和小于5mm的顆粒含量分別為30%左右。

3.4 施工質(zhì)量檢查

施工質(zhì)量檢查是整體膠凝砂礫料筑壩工程的一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)，由于其工作內(nèi)容包括多方面且施工工序?qū)ζ湎嚓P(guān)技術(shù)的要求較高，因此，對工程的質(zhì)量檢查工作也提出了更高的要求。施工單位要利用專業(yè)素質(zhì)較高的施工人員承擔(dān)施工質(zhì)量檢查工作。檢查人員開展工作之前，要對設(shè)計(jì)單位和國家對其工程的準(zhǔn)則和要求進(jìn)行充分的了解和分析，并要掌握一定的施工技術(shù)。在進(jìn)行質(zhì)量檢查時(shí)，要對各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行有效的分類，區(qū)別出重點(diǎn)項(xiàng)目和難點(diǎn)項(xiàng)目，對這兩類項(xiàng)目進(jìn)行反復(fù)和仔細(xì)的檢查，確保工程各個(gè)環(huán)節(jié)都按照施工規(guī)劃有序進(jìn)行。在施工完成之后，要定期對工程進(jìn)行全面的檢查，確保工程的運(yùn)行正常。另外，質(zhì)量檢查人員也要對膠凝砂礫石的原料進(jìn)行檢查，確保其質(zhì)量符合工程標(biāo)準(zhǔn)，從而保障工程整體質(zhì)量。

3.5 原材料控制技術(shù)

膠凝砂礫石原材料是水利工程中最為常見的開挖副產(chǎn)品，有效控制原材料的質(zhì)量可以在一定程度上保障施工質(zhì)量。

首先，在砂礫石方面，天然砂礫石料是其主要使用的原料，工程單位要保障其含泥量在5%之內(nèi)。不僅如此，為了保障砂石堅(jiān)硬的性能，其表觀密度要不低于2400kg/m3；

其次，在水泥的選擇方面，要符合通用硅酸鹽水泥的國家標(biāo)準(zhǔn)和工程設(shè)計(jì)的要求，水泥的強(qiáng)度、安定性和凝結(jié)時(shí)間必須滿足國家標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)要求，因此，一般Pc42.5的水泥受到了廣泛的應(yīng)用[5]；

最后，必須要合理控制攪拌用水量，拌合用水質(zhì)量必須達(dá)到水工混凝土施工相關(guān)規(guī)范要求。

4 工程實(shí)際應(yīng)用

四川省營山縣金雞溝水庫樞紐工程為我省在建的第一座中型膠凝砂礫石壩，主要包括新建攔河壩、泄洪閘。工程壩頂長度72.00m，壩頂寬度8.00m，最大壩高33.00m。膠凝砂礫石總計(jì)300295m3，加漿振搗膠凝砂礫石2608m3。

該工程沒有特別不利的工程地質(zhì)問題，具備選用碾壓混凝土重力壩、漿砌條石重力壩和膠凝砂礫石壩的條件。經(jīng)過對水工布置以及技術(shù)指標(biāo)等多方面比較之后，按照“宜構(gòu)適材，宜材適構(gòu)”的理念，膠凝砂礫石筑壩技術(shù)具有豐富的當(dāng)?shù)亻_挖料，經(jīng)濟(jì)性好、施工工藝簡單、環(huán)境影響相對輕微，故推薦膠凝砂礫石壩方案。

為滿足膠凝砂礫石快速、連續(xù)施工的要求，采用連續(xù)滾筒式膠凝砂礫石專用拌合設(shè)備，將物料提升，并利用滾筒內(nèi)葉片的強(qiáng)制拌合作用，實(shí)現(xiàn)膠凝砂礫石的拌合；膠凝砂礫料采用JLB-200型專用設(shè)備拌合，骨料、水泥和水等自動(dòng)準(zhǔn)確計(jì)量，最大粒徑200mm，拌合產(chǎn)量200m3/h。施工過程中采用多種手段將砂礫石開采、拌合、上壩澆筑、現(xiàn)場檢測等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控。同時(shí)采用灌水法配合鉆芯取樣等檢測手段，綜合控制整體碾壓質(zhì)量。通過現(xiàn)場試驗(yàn)，外摻50%砂巖骨料膠凝砂礫石的28d齡期強(qiáng)度在9.9MPa～10.7MPa之間，能滿足設(shè)計(jì)C1808要求；外摻40%～50%砂巖骨料膠凝砂礫石碾壓后挖坑觀察，砂巖骨料未見被壓碎現(xiàn)象，28d齡期鉆孔取芯，芯樣表面砂巖骨料光滑且骨料界面與漿體粘合較好；對外摻40%～50%砂巖骨料膠凝砂礫石進(jìn)行現(xiàn)場加漿振搗試驗(yàn)，采用底部和中部加漿，高頻振搗棒振搗，加漿率7%的加漿振搗膠凝砂礫石28d抗壓強(qiáng)度為13.8MPa，抗?jié)B等級W4，90d齡期能滿足設(shè)計(jì)要求C15W4要求。

5 結(jié)語

砂礫料筑壩在很大程度上實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)筑壩技術(shù)的優(yōu)化升級，例如：在進(jìn)行下一層澆筑施工作業(yè)之前不用考慮施工縫、層間的特殊處理，簡化工作程序。而且骨料分離對現(xiàn)場碾壓方面的影響也不必進(jìn)行深入分析。(這里略顯單薄)

為使砂礫料筑壩施工這一新型技術(shù)夠得到更好推廣和運(yùn)用，必須結(jié)合典型工程深入分析研究，為使工程實(shí)體質(zhì)量得到有效保障，工程技術(shù)人員要對其科學(xué)技術(shù)方法進(jìn)行有效地掌握和合理運(yùn)用，確保砂礫料筑壩技術(shù)在施工現(xiàn)場順利開展，進(jìn)一步為工程整體質(zhì)量夯實(shí)基礎(chǔ)。