長(zhǎng)河壩水電站大壩心墻鋪筑與碾壓施工設(shè)備綜述

韓 興，段 超

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司長(zhǎng)河壩施工局，四川康定626001)

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長(zhǎng)河壩水電站大壩心墻鋪筑與碾壓施工設(shè)備綜述

韓 興，段 超

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司長(zhǎng)河壩施工局，四川康定626001)

長(zhǎng)河壩水電站大壩心墻區(qū)填筑施工具有填筑面平整度高、邊線控制精確、施工效率高、油耗低等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)碾壓試驗(yàn)確定合理的施工參數(shù)并采用在碾壓設(shè)備上安裝GPS移動(dòng)終端實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控碾壓機(jī)施工的參數(shù)，有效避免的漏壓、欠壓等質(zhì)量隱患，大大提高了填筑面施工質(zhì)量及生產(chǎn)效率。

礫石土心墻；攤鋪；碾壓；施工設(shè)備；長(zhǎng)河壩水電站

1 工程概況

長(zhǎng)河壩水電站攔河大壩為礫石土心墻堆石壩，最大壩高240 m，壩頂高程1 697.00 m，最大壩高240 m，壩頂長(zhǎng)502.85 m，上、下游壩坡均為1∶2。大壩填筑料包括堆石、過(guò)渡層、反濾層、心墻礫石土、壓重體等，總填筑量3 400萬(wàn) m3，其中心墻礫石土約430萬(wàn) m3。

工程施工前期技術(shù)人員針對(duì)長(zhǎng)河壩工程土料的特性及對(duì)應(yīng)的施工機(jī)具進(jìn)行分析研究并通過(guò)大量的室內(nèi)研究實(shí)驗(yàn)及生產(chǎn)性碾壓試驗(yàn)，最終確定了各種壩料的施工參數(shù)(見(jiàn)表1)。

2 攤鋪及碾壓施工

2.1 施工設(shè)備主要性能

2.1.1 攤鋪機(jī)具

長(zhǎng)河壩大壩工程主要采用上海彭浦機(jī)器廠生產(chǎn)的PD320Y-1型履帶式推土機(jī)，履帶式推土機(jī)附著牽引力大，接地比壓小(0.04～0.13 MPa)，爬坡能力強(qiáng)，但行駛速度低(一般作業(yè)速度6 km/h)，推土鏟采用直傾鏟。

表1 大壩填筑主要施工參數(shù)

料種名稱鋪料厚度/cm碾壓機(jī)械行走速度/km·h-1碾壓遍數(shù)堆石及岸邊過(guò)渡料10026t平碾27±02靜2+振8礫石土料3026t凸塊碾25±02靜2+振12反濾料3026t平碾27±02靜2+振8過(guò)渡料5026t平碾27±02靜2+振8高塑性粘土3018t平碾25±02靜2+振6

平地機(jī)可進(jìn)行路基、路面的整形，礫石或砂石路的維修，挖溝、草皮或表層土的剝離，修刮邊坡，材料的推移、拌和、回填、鋪平，配置推土鏟、土耙、松土器、除雪犁、壓路輥等輔屬裝置、作業(yè)機(jī)具時(shí)可進(jìn)一步擴(kuò)大使用范圍，提高工作能力或完成特殊要求的作業(yè)。長(zhǎng)河壩大壩工程施工中選用了德萊塞850型平地機(jī)，平地機(jī)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)架、行走裝置、工作裝置和操縱系統(tǒng)組成。機(jī)架中間的弓背處裝有油缸支架，上面安裝刮刀升降油缸和牽引架引起油缸。鉸接機(jī)架設(shè)有左右鉸接轉(zhuǎn)向油缸，用以改變或固定前后機(jī)架的相對(duì)位置。

為了提高行駛、牽引性能和作業(yè)性能，一般6輪平地機(jī)部在后橋每一側(cè)前后布置兩個(gè)車輪，但只用一個(gè)后橋。平衡箱串聯(lián)傳動(dòng)就是將后橋半軸傳出的動(dòng)力，經(jīng)串聯(lián)傳動(dòng)分別傳給中、后車輪。由于平衡箱結(jié)構(gòu)有較好的擺動(dòng)性，因面保證了每個(gè)中、后輪同時(shí)著地，有效地保證了平地機(jī)的附著牽引性能。平衡箱可大大提高平地機(jī)利刀作業(yè)平整性。平地機(jī)行駛速度約13 km/h，一般油耗為11 L/h。

2.1.2 碾壓機(jī)具

心墻土料碾壓施工是利用碾壓機(jī)對(duì)土料施加外力，提高其密實(shí)度，迫使土料顆粒重新排列與相互靠近、大小顆粒能相互摻合以減少體積、碾碎大顆粒的棱角以減少空隙、擠出水分與空氣以減少土料的孔隙率。當(dāng)土中產(chǎn)生的剪切應(yīng)力τ大于土的抗剪強(qiáng)度τf時(shí)，可以使土顆粒重新排列，土體壓密變實(shí)。靜荷載作用下，克服松散材料中固體顆粒間的滑動(dòng)摩擦力、粘附力，排出空氣，使各顆粒間相互靠近；動(dòng)荷載作用下，振動(dòng)壓實(shí)骨料之間移動(dòng)除要克服滑動(dòng)摩擦外還要克服咬合摩擦(咬合摩擦是由于骨料與相鄰骨料脫離咬合而產(chǎn)生的)。

振動(dòng)凸塊碾在壓實(shí)土料時(shí)，不僅借助碾重與振動(dòng)的作用，同時(shí)借助凸塊插入土體時(shí)使土受到擠壓和揉搓的聯(lián)合作用。其碾壓可以看做動(dòng)壓和靜壓的合力，使土體得到均勻的壓實(shí)效果(或者可以理解為依靠重力和激振力進(jìn)行壓實(shí))。

單鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)是目前國(guó)內(nèi)外土石方工程中廣泛應(yīng)用的振動(dòng)碾壓設(shè)備，其采用全液壓控制、雙輪驅(qū)動(dòng)、自行式結(jié)構(gòu)，具有靜線載荷大、壓實(shí)影響深、作業(yè)效率高等特點(diǎn)，可以有效地壓實(shí)各類砂土、砂礫石等非粘性土壤、碎石、塊石、堆石等不同類型的鋪層，更適用于水工大壩等高標(biāo)準(zhǔn)工程的土石方基礎(chǔ)壓實(shí)施工。本工程碾壓機(jī)具主要選用三一重工股份有限公司生產(chǎn)的YZ26C型全液壓?jiǎn)武撦喺駝?dòng)凸塊振動(dòng)碾作為填筑料的碾壓機(jī)具。該振動(dòng)凸塊碾主要技術(shù)參數(shù)為：工作質(zhì)量25 400 kg；振動(dòng)輪靜線載荷772 N/cm；振動(dòng)頻率27 Hz/ 31 Hz；激振力416 kN/275 kN；振動(dòng)輪直徑1 700 mm；振動(dòng)輪寬度2 170 mm；行駛速度高速為0～10 km/h，低速為0～5 km/h；理論爬坡能力振動(dòng)40%；轉(zhuǎn)向角度±35°；最小轉(zhuǎn)彎外直徑12 000 mm。

該振動(dòng)碾基本構(gòu)造包括振動(dòng)輪部分和驅(qū)動(dòng)車部分，它們之間通過(guò)中心鉸接架鉸接在一起。采用鉸接轉(zhuǎn)向方式，以提高其通過(guò)性能和機(jī)動(dòng)性能。其中振動(dòng)輪總成由滾輪、偏心軸、調(diào)幅裝置、減振塊、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、振動(dòng)軸承、振動(dòng)馬達(dá)、減速機(jī)、行駛軸承、軸承座、梅花板、左右連接支架等組成。單鋼輪壓路機(jī)振動(dòng)輪結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 振動(dòng)輪結(jié)構(gòu)示意

2.2 攤鋪及碾壓主要工藝控制

2.2.1 卸料

上一層礫石土面驗(yàn)收合格后，方能進(jìn)行本層填筑面的填筑施工。為避免重車對(duì)心墻區(qū)礫石土料結(jié)合面造成剪切破壞，心墻區(qū)礫石土填筑時(shí)采用進(jìn)占法進(jìn)行卸料，即裝有礫石土料的自卸汽車行走在正在攤鋪的土料層面上將土料卸至攤鋪面位置。同時(shí)為減少填筑各分區(qū)的相互影響，各層面填筑時(shí)，應(yīng)做好各區(qū)上料路口及線路規(guī)劃，保證填筑面有序施工。

2.2.2 攤鋪

自卸汽車在攤鋪面上完成卸料后，采用動(dòng)力強(qiáng)勁的推土機(jī)快速完成攤鋪面的攤鋪粗平。粗平旨在有效時(shí)間段內(nèi)將卸料面土料快速攤鋪，攤鋪厚度可控制在25～33 cm。

2.2.3 整平

根據(jù)推土機(jī)及平地機(jī)的性能特點(diǎn)，為提高長(zhǎng)河壩水電站大壩填筑施工效率，并保證填筑作業(yè)面的快速流水施工，心墻區(qū)礫石土面根據(jù)攤鋪、整平、碾壓、檢測(cè)分區(qū)塊進(jìn)行施工。采用現(xiàn)有PD320Y- 1型履帶式推土機(jī)和德萊塞850平地機(jī)依次完成心墻區(qū)的快速優(yōu)質(zhì)攤鋪和整平工序。當(dāng)推土機(jī)完成一個(gè)區(qū)塊的粗平后，推土機(jī)進(jìn)行下一區(qū)塊的粗平，而本區(qū)塊則采用平整性能好，靈活機(jī)動(dòng)性較強(qiáng)的平地機(jī)完成攤鋪面的精平，精平后攤鋪面層厚控制在設(shè)計(jì)要求的30 cm以內(nèi)。

為驗(yàn)證采用推土機(jī)進(jìn)行心墻土料攤鋪及粗平后，平地機(jī)進(jìn)行礫石土心墻料填筑面整平應(yīng)用效果，施工中特以兩個(gè)填筑層面為試驗(yàn)區(qū)(忽略上料強(qiáng)度等的影響因素)分別進(jìn)行計(jì)算對(duì)比。計(jì)算過(guò)程如下：

(1)采用推土機(jī)進(jìn)行攤鋪及整平工序，推土機(jī)完成單車(20 m3)礫石土料需要進(jìn)行至少4～5次的進(jìn)退運(yùn)動(dòng)，完成單次進(jìn)退推土機(jī)行駛約30 m。按照推土機(jī)行駛速度6 km/h，作業(yè)油耗31 L/h計(jì)算可得推土機(jī)攤鋪及整平每20 000 m2(一個(gè)攤鋪層面)，需要6 h，油耗186 L。

(2)采用平地機(jī)進(jìn)行整平工序，推土機(jī)進(jìn)行攤鋪時(shí)只需要將卸料進(jìn)行粗平。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試粗平時(shí)推土機(jī)完成單車(20 m3)礫石土料需要進(jìn)行3次的前進(jìn)后退運(yùn)動(dòng)，完成單次進(jìn)退運(yùn)動(dòng)推土機(jī)行駛約30 m，推土機(jī)完成每20 000 m2粗平需4.5 h，油耗139.5 L。粗平后采用平地機(jī)進(jìn)行快速整平即可滿足要求。實(shí)際測(cè)量平地機(jī)有效作業(yè)寬度約3.5 m，平地機(jī)行駛速度約13 km/h，油耗11 L/h，計(jì)算所得平地機(jī)攤鋪每20 000 m2，需要0.44 h，油耗4.84 L，因此采用推土機(jī)和平地機(jī)配合完成心墻土料的一個(gè)攤鋪層面攤鋪和整平共需4.94 h，油耗144.34 L。

采用平地機(jī)進(jìn)行推土機(jī)粗平攤鋪后的心墻區(qū)土料的整平，將大大提高施工效率，降低油料消耗。

2.2.4 碾壓

填筑面完成整平后，采用振動(dòng)凸塊碾對(duì)心墻土料進(jìn)行碾壓。碾壓施工開(kāi)始時(shí)凸塊入土深，接地壓力小，壓實(shí)土層的底部，隨碾壓遍數(shù)增加，凸塊入土深度逐漸減小，接地壓力增大，凸塊與凸塊之間的土被擠壓揉搓，并不斷翻松表層土體，使土體內(nèi)氣泡、水泡受到破壞，從而進(jìn)一步增大了土體的密實(shí)程度，使土體得到壓實(shí)。同時(shí)壓實(shí)土層上部有被翻松的表層土，有利于上下層間的結(jié)合，可有效避免分層，也省去了刨毛工藝；同時(shí)借助機(jī)械的高頻振動(dòng)，使振動(dòng)功能以壓力波的形式傳遞至到土層較深層部位，土層中的顆粒經(jīng)振動(dòng)彼此分離，從而減少了顆粒間的摩阻力。在其自重和碾重的作用下，產(chǎn)生位移，相互填充。碾重、振動(dòng)力及凸塊的共同作用在土體中產(chǎn)生壓力和剪切力，克服其粘結(jié)力和摩擦力，達(dá)到壓實(shí)狀態(tài)，使土體得到壓實(shí)。

為保證碾壓質(zhì)量礫石土的碾壓施工控制主要是對(duì)碾壓設(shè)備型號(hào)、振動(dòng)頻率、行走速度、含水量、鋪料厚度、碾壓遍數(shù)進(jìn)行控制(碾壓試驗(yàn)確定的參數(shù))。長(zhǎng)河壩水電站大壩填筑施工中填筑料碾壓施工參數(shù)全部采用GPS監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，即碾壓設(shè)備均安裝了高精度GPS移動(dòng)終端，碾壓過(guò)程記錄數(shù)據(jù)通過(guò)基站進(jìn)行信號(hào)處理和信息傳送，可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控室對(duì)碾壓設(shè)備的碾壓過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，碾壓合格率應(yīng)達(dá)到95%以上，方可能結(jié)束碾壓工序。

2.2.5 邊角部位處理

基于平地機(jī)刀片可多角度靈活可調(diào)等特點(diǎn)，平地機(jī)對(duì)控制填邊角及邊界位置精確攤鋪等提高質(zhì)量效果明顯。采用推土機(jī)進(jìn)行邊界部位攤鋪時(shí)，由于鏟刀刀角功能及布料情況限制，推土機(jī)攤鋪后的邊界部位一般會(huì)留下30 cm左右高的料坎，極易造成料種邊界的相互侵占。施工中利用平地機(jī)刀鏟回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)回轉(zhuǎn)圈，回轉(zhuǎn)圈再帶動(dòng)耳板，耳板通過(guò)滑軌帶動(dòng)完成刮刀回轉(zhuǎn)。根據(jù)料坎情況控制完成對(duì)平地機(jī)刀鏟回轉(zhuǎn)，使刀鏟形成一定的水平傾斜角度快速的將料坎料撥回相應(yīng)的填筑區(qū)，以實(shí)現(xiàn)料種(土-砂、反1-反2、)邊界區(qū)的精確攤鋪。具體施工過(guò)程及示意如2所示。

圖2 心墻礫石土料施工工藝示意

3 結(jié) 語(yǔ)

長(zhǎng)河壩水電站大壩心墻區(qū)填筑施工過(guò)程中采用推土機(jī)完成攤鋪面粗平，平地機(jī)進(jìn)行心墻區(qū)快速精平，施工具有填筑面平整度高、邊線控制精確、施工效率高、油耗低等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)碾壓試驗(yàn)確定合理的施工參數(shù)并在碾壓設(shè)備上安裝GPS移動(dòng)終端實(shí)時(shí)監(jiān)控碾壓機(jī)施工參數(shù)，有效避免漏壓、欠壓等質(zhì)量隱患，大大提高了填筑面施工質(zhì)量及生產(chǎn)效率。

長(zhǎng)河壩水電站大壩填筑施工中通過(guò)對(duì)推土機(jī)、平地機(jī)、振動(dòng)碾等施工機(jī)具施工性能的充分研究及運(yùn)用都很大程度上提高了礫石土心墻區(qū)的填筑施工效率，保證和提高了填筑施工質(zhì)量。

[1]DL/T5129—2013 碾壓式土石壩施工規(guī)范[S]．

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(責(zé)任編輯 高 瑜)

Review of Dam Core Wall Paving and Compaction Equipments in Changheba Hydropower Station

HAN Xing, DUAN Chao

(Changheba Construction Department, Sinohydro Bureau 5 Co., Ltd., Kangding 626001, Sichuan, China)

The construction of core wall of dam in Changheba Hydropower Station must meet the requirements of high filling surface flatness, precise border control, high construction efficiency and low fuel consumption. Based on rolling compaction tests, rational construction parameters are determined, and the GPS mobile terminals installed on compaction equipments are used to monitor construction parameters in real-time. These measures can effectively prevent the quality risks of compaction missing or under compaction and greatly improve filling construction quality and efficiency．

gravel soil core wall; paving; compaction; construction equipment; Changheba Hydropower Station

2016- 07- 22

韓興(1986—)，男，河北保定人，助理工程師，從事水電工程施工技術(shù)與管理工作．

TV641.41(271)

A

0559- 9342(2016)10- 0073- 03