淺談混凝土面板堆石壩上游坡面機械削坡施工技術(shù)

(中國水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

1 工程概況

安徽績溪抽水蓄能電站位于安徽省績溪縣伏嶺鎮(zhèn)境內(nèi)，由上水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房、地面開關(guān)站及下水庫等建筑物組成。上水庫大壩壩型為混凝土面板堆石壩。壩頂高程966.20m，防浪墻頂高程967.40m，壩頂長336.00m，壩頂寬10.00m，最大壩高117.70m(壩軸線處)，壩體上、下游面坡比均為1∶1.4。壩體填筑材料分成墊層區(qū)、特殊墊層區(qū)、過渡區(qū)、主堆石區(qū)、次堆石區(qū)及大壩上游輔助防滲區(qū)。

2 機械削坡的設(shè)計與思考

根據(jù)常規(guī)人工墊層料削坡施工中所遇到的問題，為降低人工在坡面上施工安全隱患、減少常規(guī)削坡墊層料在趾板運料難度、加快施工進(jìn)度，采取機械削坡施工方式。

利用自制的反鏟運輸平臺在墊層料坡面形成反鏟作業(yè)平臺，兩側(cè)配置運料斗滿足削坡后富裕料運輸。反鏟選用徐工XE18小型反鏟，削坡后的墊層料采用反鏟裝運集料斗運至壩頂。由削坡平臺和徐工XE18反鏟組成的削坡系統(tǒng)、由運輸架+運料斗組成的墊層料運輸系統(tǒng)分別利用2臺10t固定卷揚機牽引在斜坡面上下移動。

在削坡初期，反鏟運輸平臺起到滿足作業(yè)的支撐作用。壩頂配置25t吊車將料斗吊至自卸汽車，削坡后段墊層料可二次回收利用級配碎石及水穩(wěn)鋪設(shè)等。

2.1 墊層料運輸系統(tǒng)

墊層料運輸系統(tǒng)由運輸架+運料斗組成。運輸架采用I10工字鋼加工，尺寸為3.5m×1.75m×0.87m。運料斗采用1cm厚鋼板加工，尺寸為1.5(1.9)m×1.5m×1.0m(長×寬×高)，容量2.25m3。一個運輸架配兩個料斗，采用2個10t卷揚牽引提升。

圖1 墊層料運輸系統(tǒng)運料斗結(jié)構(gòu)模型示意

圖2 墊層料運輸系統(tǒng)示意

為確保施工安全，墊層料運輸系統(tǒng)及卷揚機均須進(jìn)行穩(wěn)定性受力計算。本工程采用的運輸架、集料斗(含料)等重量共計104.97kN，通過受力分析計算，選用了D286×36WS+FC型鋼絲繩(最小破斷拉力406kN)、2套10t卷揚機(現(xiàn)場選用2塊尺寸為1.5m×1.2m×1.2m的混凝土墩作為配重)。

2.2 反鏟削坡系統(tǒng)

本工程反鏟削坡系統(tǒng)由1臺XE18反鏟+作業(yè)平臺+卷揚機組成。作業(yè)平臺采用[25槽鋼加工而成，尺寸為6.0m×2.0m×1.4m(長×寬×高)，2臺10t卷揚機牽引。為保證反鏟作業(yè)期間的人員和機械安全，除上游坡面?zhèn)绕脚_外側(cè)三面采用63角鐵高1m間隔1m做相應(yīng)的防護(hù)欄桿。

圖3 反鏟削坡系統(tǒng)作業(yè)平臺結(jié)構(gòu)模型示意

圖4 反鏟削坡系統(tǒng)示意

削坡系統(tǒng)采用的反鏟、作業(yè)平臺等重量共計68.7kN，通過受力分析計算，選用了D286×36WS+FC型鋼絲繩(最小破斷拉力406kN)、2套10t卷揚機(現(xiàn)場選用2塊尺寸為1.8m×1.5m×0.9m的混凝土墩作為配重)。

3 機械削坡現(xiàn)場施工

3.1 測量放點

按6m×6m網(wǎng)格做控制點，控制點采用φ14螺紋鋼作為鋼釬，插入墊層料坡面，單根長度60cm(具體長度可根據(jù)現(xiàn)場實際條件調(diào)整)，根據(jù)測量設(shè)計高程在插筋上標(biāo)記削坡線控制點。墊層料坡面碾壓前，修整后的坡面在法線方向高于設(shè)計線5cm(施工時以生產(chǎn)性試驗數(shù)據(jù)為準(zhǔn))。

3.2 系統(tǒng)吊裝及運行

待測量放樣并交底后，采用汽車吊吊裝。吊裝前對裝置、各系統(tǒng)連接組件等進(jìn)行檢查及預(yù)驗收，確認(rèn)無誤后方可進(jìn)行吊裝就位。待全部安裝后，現(xiàn)場負(fù)責(zé)人對卷揚機、平臺及鋼絲繩連接等外部情況再次進(jìn)行檢查確認(rèn)，無異常后，將XE18反鏟行駛至作業(yè)平臺。

作業(yè)平臺+反鏟向下運行中，由10t卷揚機牽引向下滑動。根據(jù)JM10型卷揚機額定速率0～9m/min，結(jié)合現(xiàn)場試驗情況，考慮反鏟在作業(yè)平臺向下滑行穩(wěn)定及安全性，卷揚機運行速度控制在6m/min以內(nèi)，即按<0.1m/s(高度方向下降0.06m)速度向下。

同時，為控制反鏟在向下滑行時作業(yè)平臺傾斜角度在2°內(nèi)，單側(cè)牽引鋼絲繩下方長度不得超過0.5m斜長(實際高度方向下降0.3m，傾斜角度1.72°)。

3.3 削坡及裝料

3.3.1 削坡

根據(jù)XE18反鏟特性，斗容僅0.1m3，為增大削坡接觸面，將XE18反鏟斗齒去掉，安裝1塊長1m、寬0.3m鋼板。反鏟操作手按照測量放樣的削坡厚度控制點，自上而下按1：1.404坡比削坡，根據(jù)作業(yè)平臺寬度和反鏟特性，單幅削坡有效寬度控制在7m內(nèi)。

在平臺上部削坡形成的料較多時，XE18型反鏟將以坡面料堆作為基礎(chǔ)，逐層向下削坡，運輸平臺在料堆提前向下滑動。

圖5 現(xiàn)場反鏟削坡系統(tǒng)作業(yè)

3.3.2 裝料

機械削坡過程中，實施了單側(cè)集料斗裝料運輸，但存在如下問題：

(1)受壩頂寬度限制，卷揚機、運輸車輛等擺放受限，難以滿足施工布置條件；

(2)集料斗采用單臺10t卷揚機牽引，方向出現(xiàn)跑偏，可能會與削坡平臺鋼絲繩交叉的情況；

(3)在集料斗裝料上行時，存在上下交叉作業(yè)。

綜合上述因素，后續(xù)機械削坡中取消了兩側(cè)集料斗運輸方案，調(diào)整為挖機直接向下削坡至趾板區(qū)域，再進(jìn)行集中清運。

3.4 人工配合

反鏟對坡面削坡的同時，配置2、3人工手持鐵鍬或耙板在兩側(cè)輔助，對反鏟未能修整到的坡面進(jìn)行補削。

圖6 XE18反鏟現(xiàn)場削坡、人工輔助

3.5 系統(tǒng)向上運行

待反鏟削坡系統(tǒng)削坡至指定高程后，現(xiàn)場對卷揚機、平臺及鋼絲繩連接等外部情況進(jìn)行檢查確認(rèn)，無異常后。反鏟駕駛員利用安全通道到達(dá)壩頂，在確保兩側(cè)及下部趾板區(qū)域無人員、設(shè)備前提下，卷揚機操作司機啟動并向上運行。

向上運行時，采用導(dǎo)鏈對反鏟履帶基礎(chǔ)固定，防止出現(xiàn)傾覆等情況發(fā)生。卷揚機速率仍控制在6m/min以內(nèi)，即按<0.1m/s。到達(dá)壩頂后，汽車吊吊裝至下一削坡段，重復(fù)上述步驟即可。

4 安全及質(zhì)量注意事項

(1)作業(yè)平臺在壩頂、削坡面就位后，現(xiàn)場負(fù)責(zé)人須對卷揚機、平臺及鋼絲繩連接等外部情況進(jìn)行檢查，確認(rèn)無異常后，方可進(jìn)行下一步操作。

(2)10t卷揚機施工前按相關(guān)要求完成驗收試運行。

(3)考慮反鏟在作業(yè)平臺向下滑行穩(wěn)定及安全性，卷揚機運行速度控制在6m/min以內(nèi)，即按<0.1m/s(高度方向下降0.06m)速度向下滑行。

(4)在反鏟削坡、提升及操作過程中，下方不得站立人員、設(shè)備，防止出現(xiàn)交叉作業(yè)。

(5)作業(yè)平臺在上、下運輸中，利用導(dǎo)鏈對XE18反鏟固定，確保機械安全。

(6)駕駛反鏟的司機選用經(jīng)驗豐富、技術(shù)嫻熟的駕駛員。

(7)卷揚機作業(yè)完畢，應(yīng)斷開電源，鎖好開關(guān)箱。

(8)坡面修整時的允許偏差嚴(yán)格控制在規(guī)范內(nèi)，并在削坡過程中配備一臺測量儀器隨時監(jiān)測坡面的削坡情況。

(9)反鏟削坡后，根據(jù)測量檢查情況由人工進(jìn)行補修。

(10)在反鏟削坡時，專、兼職安全員在側(cè)面安全旁站，及時有效管控削坡。

5 機械削坡取得的成效

依托安徽績溪抽水蓄能電站上水庫大壩工程，通過對面板堆石壩上游坡面機械削坡施工技術(shù)進(jìn)行研究，取得了一定的成果，但也存在一些不足。

5.1 成果

(1)從削坡過程分析，自制[25槽鋼的反鏟作業(yè)平臺及其系統(tǒng)滿足墊層料機械削坡施工操作需求，同時墊層料削坡作業(yè)平臺上下滑行時，反鏟削坡系統(tǒng)運行穩(wěn)定。

(2)節(jié)省了大量的人力投入。根據(jù)現(xiàn)場施工統(tǒng)計，單幅7m寬上游坡面，常規(guī)人工削坡中需投入不少于8人，而且在逐層向下削坡余料增多后，人工削坡還須分上下二層進(jìn)行翻甩，人員數(shù)量還需進(jìn)一步增加。而采用機械削坡后，人員減少至2、3人。

(3)從數(shù)量上降低了人員暴露作業(yè)安全風(fēng)險。在斜坡上人員需做好安全防護(hù)措施，采取機械削坡，可降低斜坡面人員作業(yè)數(shù)量約3倍，在安全風(fēng)險管控日益增高的情形下，可有效降低人員暴露作業(yè)安全風(fēng)險。

(4)施工效率明顯。單幅7m寬上游坡面，根據(jù)現(xiàn)場施工情況，在坡度1∶1.4、斜長140m條件下，常規(guī)人工削坡需約4d～6d，而采用機械削坡后，時間可縮短至約2d，削坡效率明顯提高。

(5)與人工削坡相比，機械削坡質(zhì)量波動小、平整度較好，受坡面等條件影響。人工削坡受個人操作水平、身體條件、勞動時間等影響，平整度質(zhì)量波動大；采用機械削坡后，削坡多采用機械，大大降低了人為因素，平整度質(zhì)量控制波動小，平整度提高。

5.2 存在的不足

(1)墊層料運輸系統(tǒng)未能達(dá)到試驗使用。受壩頂寬度限制，卷揚機、運輸車輛等擺放受限，難以滿足多種機械同時或交叉施工條件；其次是集料斗采用單臺10t卷揚機牽引，在上下運行方向存在跑偏現(xiàn)象，雖然在試驗運輸中未出現(xiàn)與反鏟削坡系統(tǒng)碰撞，但其與削坡平臺鋼絲繩發(fā)生纏繞的可能性仍較大；最后是在集料斗滿載上行時，存在交叉作業(yè)，安全管控風(fēng)險較高。

(2)選用的XE18反鏟(理論標(biāo)準(zhǔn)斗容0.1m3)偏小，削坡效率受到一定限制。在后續(xù)施工中，建議可選用標(biāo)準(zhǔn)斗容在0.2m3～0.3m3的反鏟進(jìn)一步提高削坡效率。

(3)機械削坡質(zhì)量仍有待提高。較人工削坡相比，機械削坡雖降低了人為因素波動，但仍會受操作人員技術(shù)水平、主觀因素影響，因此，質(zhì)量控制還需要利用PDCA做好循環(huán)管控。

6 結(jié)語

通過對面板堆石壩上游坡面機械削坡施工技術(shù)研究，可以得到以下結(jié)論：

(1)采用自制的墊層料機械削坡平臺系統(tǒng)滿足施工操作、運行穩(wěn)定，且削坡總體情況較好，為本工程及其它抽水蓄能水電站大壩墊層料機械削坡提供了新的思路和方法，可在類似工程推廣應(yīng)用。

(2)對于面板堆石壩，墊層料上游坡面采用機械削坡工藝，與傳統(tǒng)的人工削坡工藝相比，節(jié)省了大量的人力投入、降低了人員暴露作業(yè)安全風(fēng)險、機械削坡質(zhì)量平整度較好、施工效率明顯。對加快施工進(jìn)度有推動作用。也節(jié)省了相應(yīng)的生產(chǎn)成本，實踐以人為本，具有較好的社會效益。