施工技术推动混凝土面板堆石坝技术发展

【摘 要】本文通过对洪家渡、引子渡、公伯峡、芹山、水布垭等面板堆石坝工程的考察和了解，结合卡基娃等在建工程的施工实践，从爆破开挖、混凝土浇筑、堆石坝填筑等方面进行论述，总结施工新技术的运用对推动和促进面板堆石坝的工程技术发展所起的作用。 
【关键词】施工技术；推动；面板坝；发展 
　　面板堆石坝自19世纪发源以来，经历了抛填堆石填筑、抛填堆石与薄层碾压相结合、薄层碾压堆石的过程。随着工程经验的积累，坝高由初期的几十米到目前的百米级，甚至二百米级，其坝体细部结构也发生了许多变化，如堆石分区、料物级配、止水结构、趾板与面板之间的连接方式，还有施工工艺与机具的改进等等，每项新技术的使用都使筑坝技术得到更进一步发展。 
　　进入21世纪以来，由于面板坝经济性、安全性、适应性的特点，在坝工界得到广泛的推广和运用，成为当今世界三大主流坝型之一。随着坝高233m的里程碑工程――水布垭混凝土面板堆石坝的完建，面板堆石坝的实用性得到更充分的肯定，面板堆石坝的发展又有了一次飞跃。在近25年的筑坝实践中，不断总结以往同类坝型的成功经验，并引用一些先进施工技术，积累高坝筑坝经验，进一步完善和发展了面板坝施工工艺和技术水平。 
　　1.爆破工程施工 
　　1.1 趾板爆破开挖 
　　为减小爆破开挖对建基面的影响，在开挖时，对基建面的水平面和垂直面都采用光面爆破技术，有效的减少趾板建基面的破坏，保持基岩的完整性。对于趾板边坡开挖施工，按台阶高度，采取先边坡预裂、再台阶梯段爆破的施工程序，并在马道平台和趾板底部预留保护层。台阶保护层采用水平光面爆破方式，趾板底部保护层沿设计建基面坡度进行斜面光爆方式施工。工程实践证明：使用这项工艺使趾板轮廓棱角完整，避免建基面因爆破引起的松动产生破坏，方便了趾板的后续施工。 
　　2.混凝土工程施工 
　　2.1 趾板混凝土浇筑 
　　目前，一些工程采取趾板预留宽缝的措施来解决短趾板浇筑存在工序多、周期长、与坝体填筑施工干扰大等问题。在洪家渡工程实施后，取得不错的效果。水布垭面板堆石坝的趾板设计也采取预留宽缝的形式。先期沿趾板轴线若干长度预留宽缝，后期在宽缝处浇筑微膨胀混凝土封填，达到预期防裂效果。水布垭工程趾板分缝长度为16m，缝宽2m。趾板预留宽缝施工技术在趾板浇筑中既保留了长趾板方案的优点，又弥补了长趾板易产生裂缝的问题。 
　　2.2面板混凝土施工 
　　2.2.1滑模及布料工艺 
　　面板浇筑采用滑模施工工艺，最初国外使用有轨滑模，在我国西北口面板堆石坝工程改进为无轨滑模，被后续工程广泛推广使用。从发展趋势上，滑模施工工艺有可能向更先进的机械化作业方向发展。目前，在河道、明渠、公路等工程中使用的混凝土摊铺设备已在国外溢洪道泄槽段混凝土浇筑工程中运用。该混凝土摊铺机利用可伸缩钢珩架梁调整浇筑块宽度，珩架梁下部设有内置振动式滚筒进行仓面振动整平，使浇筑的混凝土密实、平整、光洁，最大摊铺坡度为1：1。可有效的解决混凝土料入仓的问题，但在混凝土振捣、预防浮托等方面，还需进行更加深入的试验研究和实践。 
　　2.2.2面板防裂技术 
　　面板混凝土裂缝主要有两个方面。一是在浇筑后易出现温度和干缩形成的非结构性裂缝。二是由于坝体不均匀沉降、库水压力等原因引起坝体与面板变形不协调所致的结构裂缝。 
　　近年来，面板坝设计和施工单位采用多种方式有效的控制了非结构性裂缝的形成，如：优化混凝土原材料及配合比，采用优质外加剂和粉煤灰，掺加钢纤维、合成纤维等掺合料，选择低温季节浇筑混凝土，及时、长期进行混凝土养护。已完建的东津工程大坝面板仅有很少、无需处理的发缝；小溪口水电站面板从施工期至今，已蓄水发电数年，尚没有发现裂缝。 
　　防止结构性裂缝的主要措施是防止不均匀变形。一些专家认为：面板混凝土浇筑安排在坝体沉降基本稳定后进行，若分期浇筑面板时，则保证一期面板浇筑顶高程与当期大坝填筑高程有一定的高差（现在行业内一般都按照20m）；坝体前后区保持平起填筑上升；提高坝体碾压密实度；控制临时度汛断面坝体前后区域台阶高差（水布垭大坝拟定不大于40m）；采取更为严格的垫层料施工工艺；推迟最终蓄水时间等措施，改善面板受力环境，减少结构裂缝。同时，在分期填筑阶段，有条件考虑坝体填筑后区优先于前区，利用“反抬”法施工，使后区先于前区沉降完成，减少后期对前区的影响，也是近期工程施工中防止结构性裂缝的一种方式。 
　　另外，为减少面板基础约束引起的裂缝，工程中采取如下措施：在面板底部基础喷洒乳化沥青、随面板浇筑上升逐层割断架立钢筋来减少面板底部基础约束力，将先浇块两侧整理平顺刷上柏油减少侧向约束，也取得一定的防裂效果。 
　　3.施工控制管理 
　　3.1压实控制 
　　大坝碾压的施工质量常以控制碾压参数为主、试坑检测为辅的“双控”方式。随着高强度的施工，无损监测方法越来越多的得到使用。从目前在建工程来看，附加质量法较其它检测方法用得更多。水布垭面板堆石坝坝料碾压试验和坝面施工中将挖坑法与附加质量法对比使用，互相佐证。附加质量法测试与挖坑法测试的密度值相比，其相对误差在1%以内的占70.6%，1～3%之间的占19.6%，大于3%的占9.8%，与试坑法检测误差不大，具有推广意义。 
　　宝马BW 225D-3BVC机载“智多星”自动压实记录系统，可实时反映振动碾压实情况。该系统通过收集振动横向、纵向之间调整参数，输入校正值，比较压实能量与振动的关系，从而判断压实度。这种检测手段也可成为无损检测的方式之一。 
　　3.2 GPS全球定位监测系统 
　　工程施工中利用GPS卫星定位系统，实时采集和显示碾压机械轨迹数据，计算并反应车速、碾压遍数等信息。在水布垭碾压试验中进行了GPS卫星定位系统监测运动轨迹试验，试验中可以清晰的记录振动碾碾压轨迹，在对碾压参数的监控方面，能有效的记录碾压遍数。 
　　同时，GPS定位系统也可运用到坝体变形监测，更为全面、系统的监测坝体变形与填筑进度，蓄水前后变化的相关关系等。为面板坝工程的观测提供另外一种途径。 
　　近年来，有些工程在采用测量机器人对堆石碾压轨迹进行监控的尝试，可充分利用测量机器人的精度，尤其是高程方面的精度，有效的控制工程施工质量；同时，其轨迹数据的采集，可作为大坝仿真模型的基础数据，对分析坝体沉降与变形规律研究起到参考作用。 
　　4.结束语 
　　自80年代初引进现代型面板堆石坝以来，面板坝数量和规模发展十分迅速，据2008年不完全统计，已建成30m以上面板堆石坝超过170座，100m以上超过45座，在数量、坝高和技术进展方面都位于世界前列，积累了宝贵的施工经验。在近25年的面板堆石坝工程实践中，通过建设一线技术人员的摸索和创新，引进和改装专用设备提高筑坝水平和施工质量，利用新材料、新工艺、新技术降低工程造价，利用信息技术增强大坝施工、质量、安全监控，将大量的研究成果用于工程建设中，积累筑坝经验，从而有力的推动面板堆石坝的发展，更加突出了面板堆石坝经济性、安全性及适应性的特点，赋予面板堆石坝强大的生命力，成为水利工程中的一颗璀璨的明星。 
　　参考文献： 
　　[1]蒋国澄.国际混凝土面板堆石坝发展综述.现代堆石坝技术进展，中国水利水电出版社，2009. 
　　[2]周厚贵.水布垭面板堆石坝施工技术.中国电力出版社. 
　　[3]严匡柠，邹文明，朱贤博.江坪河电站混凝土面板堆石坝筑坝材料爆破开采技术研究.施工技术，2011年12期.