飛仙關水電站膠凝砂礫石(CSG)筑壩技術施工研究

王顯利 孫營

摘要：CSG筑壩是采用水和少量的膠凝材料（水泥和粉煤灰）與砂、礫石或河卵石拌和，經振動壓實，固結后成為擋水建筑物。飛仙關水電站工程所處位置枯洪水位變化顯著，且必須采用分期導流的方式，才能實現砼旱地施工，加上工程所在位置場地狹窄，施工導流布置非常困難。采用了膠凝砂礫石碾壓砼，以減小圍堰邊坡，縮小圍堰斷面，從而確保明渠過流斷面，同時也解決了抗沖防滲問題。

關鍵詞：水電站；膠凝砂礫石；筑壩技術；施工研究

中圖分類號：TU74文獻標識碼： A

一 、工程概況

四川華能飛仙關水電站工程位于四川省雅安市廬山縣飛仙關鎮側的青衣江河段上，為青衣江干流梯級開發的第一級，下一級為已建的雨城電站。擋水發電樞紐布置從左至右依次為：左岸非溢流壩段、安裝間及副廠房壩段、主廠房壩段、沖砂泄洪閘壩段、右岸非溢流壩段等；電站裝機容量2×50MW；合同要求2010年3月20日開工，2013年12月31竣工，總工期50個月；各主要建筑物均建基于巖基。

由于工程所處位置枯洪水位變化顯著，且必須采用分期導流的方式，才能實現砼旱地施工，加上工程所在位置場地狹窄，施工導流布置非常困難。

為此，本工程在一期縱向圍堰上采用了膠凝砂礫石碾壓砼（原技術方案采用鋼筋籠護坡粘土心墻土石圍堰），以減小圍堰邊坡，縮小圍堰斷面，從而確保明渠過流斷面，同時也解決了抗沖防滲問題。2010年10月～2011年2月為施工時段，堰頂全長約335m，迎水面和背水面坡度為1:0.6，高度約12m。

二 、膠凝砂礫石碾壓砼具體內容

1、應用前景

膠凝砂礫石筑壩(CSG)技術，起源國外，但國內科研院校已經投入一定力量進行研究，同時已在少量的臨時工程中得到了應用。CSG是近年來我國正悄然興起的一種新型的筑壩材料，CSG壩是采用水和少量的膠凝材料（水泥和粉煤灰）與砂、礫石或河卵石拌和，經振動壓實，固結后成為擋水建筑物。是繼碾壓混凝土壩、堆石面板壩之后的又一新壩型。但由于CSG與碾壓混凝土、松散的砂礫石有著本質的不同，因此，決定了CSG壩的施工工藝與碾壓混凝土壩和堆石面板壩的施工工藝不完全相同。前者采用了更加通用性的施工設備，施工布置十分方便，因而也更加簡單和合理。在水電工程的臨時圍堰及中低壩中應用前景廣闊。

通過借鑒國內外已有工程的實踐經驗和成果，經過技術攻關、室內試驗、現場碾壓試驗，將此項技術應用于飛仙關水電站一期縱向圍堰中，主要解決一期縱向圍堰的設計、試驗、施工工藝，滿足圍堰穩定與防沖等關鍵技術，目的在于解決飛仙關水電站一期導流縱向圍堰的防沖穩定問題，使得膠凝砂礫石(CSG)筑壩技術能在水電行業中得到進一步的推廣應用。從材料的選擇、配比試驗、現場碾壓工藝試驗，以及到施工應用，總結成功的經驗和要發展的方向。

2、具體措施

（1）概述

為便于縱向圍堰施工，首先填筑臨時圍堰，形成右岸小基坑，然后進行圍堰內排水，并進行砂礫石基礎段粘土截水槽開挖、粘土填筑及鋼筋籠石護腳，隨后開始縱向圍堰施工?？v向圍堰施工至EL606m高程后，立即組織進行高噴防滲施工，結束后，再進行縱向圍堰施工。

膠凝砂礫石層厚虛鋪50cm。圍堰迎水面采用防沖層（即變態混凝土），防沖層厚度控制在50cm左右。

（2）施工工藝

碾壓膠凝砂礫石施工工藝流程圖

（3）施工工藝描述

1）基礎及層間處理

縱向圍堰的建基面部分在基巖上，其余的在砂礫石層上。在碾壓膠凝砂礫石施工之前，清除基礎面上的雜物、泥土、松動巖塊等，并排除積水。

膠凝砂礫石層面應在初凝前進行覆蓋。施工時應控制碾壓面暴露的時間不要太長，并直接進行上層覆蓋施工。由于碾壓膠凝砂礫石的高強度特性，在碾壓后短時間內就進行上層覆蓋，可以不用鋪灑水泥凈漿或砂漿等過渡料。

施工縫處理：為了提高碾壓層間的結合效果，覆蓋前在舊層面上灑上一層水泥凈漿或一層水泥砂漿。

2）測量放線

測量人員嚴格按照一枯導截流施工圖紙，準確的測放出圍堰的邊、中、高程線以及模板位置線，嚴格控制每層填筑厚度和填筑邊線。

3）模板

縱向圍堰總高約12m，下部10m采用3*3m翻身模板；隨碾壓膠凝砂礫石施工進行連續翻升。剩余2米使用建筑鋼模板，現場拼裝。模板的制作應滿足施工圖紙要求的建筑物結構外形，其制作偏差不應超過規范的要求。

模板施工工序：模板表面清理→涂刷脫模劑→模板安裝→模板支撐加固→驗收

技術要求：模板施工前必須將表面砂漿等清理干凈，并檢查模板平整度，合格后才允許用于施工，涂刷脫模劑時要涂刷均勻，不能漏涂，安裝時要按圍堰邊線進行安裝，支撐要牢固防止跑模。碾壓膠凝砂礫石施工時要配備看看守人員，隨時檢查模板支撐情況，發現問題及時處理。

4）?膠凝砂礫石的入倉和碾壓

① 膠凝砂礫石的入倉

由于膠凝砂礫石的粒徑大且不規則、進倉速度、效率、靈活性等因素，以15t自卸汽車直接入倉為首選。在施工中，隨著縱向堰體不斷升高，從上橫臨時圍堰處修建進倉道路；自卸汽車在回轉平臺處從進倉道路倒運入倉號，進倉前必須采用水槽將車輪污垢清理干凈。

②膠凝砂礫石碾壓

通過試驗確定每層碾壓厚度為50cm ,碾壓遍數2遍（靜）+6遍（動）。由于膠凝砂礫石中含有大直徑骨料，因此采用通倉平層碾壓。入倉后的膠凝砂礫石拌和料在倉內均勻分點堆放，堆料之間間距根據碾壓層的厚度決定。采用推土機將膠凝砂礫石料推平，人工輔助平倉方式。13t雙鋼輪碾作為壓實機械。其中有振碾壓次數、采用的振幅、振動碾行走速度的選擇通過碾壓實驗確定。碾壓結果從現場觀察應看到膠凝砂礫石表面有泛漿出現為佳。

雙鋼輪碾碾壓不到的部位，采用HB60汽油夯夯實平整。

5）變態混凝土施工

變態混凝土是在碾壓膠凝砂礫石攤鋪過程中鋪灑水泥漿，而形成富漿混凝土；灰漿的水灰比控制在0.55。變態混凝土鋪料常采取人工輔助攤鋪平整。

變態混凝土的振搗在鄰近的碾壓膠凝砂礫石碾壓完后進行。振搗時采用Ф70軟軸式振搗器。振搗一般要求在加漿15min之后進行，振搗時間控制在25—30 s之間，振搗時振搗器插入下層的深度要達到10 cm以上。在與碾壓膠凝砂礫石搭接部位處要求高頻振搗器向碾壓膠凝砂礫石一側振搗，使兩者互相融混密實。對于變態混凝土與碾壓膠凝砂礫石部搭接凸出部分，采用HB60汽油夯碾壓平整。

6）養護

碾壓膠凝砂礫石在碾壓后6～18h內開始灑水養護。

三、應用情況以及成果分析

1、應用情況

縱向圍堰施工至EL606.0高程，長度約194.5m, 碾壓后膠凝砂礫石料約15431m3。經過兩個月的運行，并安排專人進行觀測，其防沖砼面層，不存在被沖破的痕跡；圍堰變形觀測點觀測數值均在允許范圍內，2010年11月15日～2011年1月14日，最大累計沉降量1.3cm。同時，膠凝砂礫石的成功運用為左岸主體工程施工創造了更大的工作面。

縱向圍堰運行狀況

2、成果分析

（1）設備人員的統計分析

碾壓混凝土設備人員統計表

日期 人數（人） 設備（臺） 方量（100m3） 備注

白班 夜班 自卸車 反鏟 裝載機 白班 夜班

2010-10-18 12 12 4 2 2 1 3

2010-10-19 12 12 4 2 2 6 5

2010-10-20 12 12 5 2 2 7 7

2010-10-21 12 12 6 2 2 8 4

2010-10-22 下雨

2010-10-23 下雨

2010-10-24 12 12 8 2 2 5 8

2010-10-25 12 12 4 2 2 4 2

2010-10-26 12 4 2 2 4 下午

開始阻工

2010-10-27 阻工

2010-10-28 阻工

2010-10-29 阻工

2010-10-30 12 12 4 2 2 4 4

2010-10-31 12 12 6 2 2 8 5

2010-11-1 無砂石料

2010-11-2 無砂石料

2010-11-3 12 12 6 2 2 5 8

2010-11-4 12 12 6 2 2 7 5

2010-11-5 12 12 5 2 2 6 3

2010-11-6 12 5 2 2 7

2010-11-7 12 11 6 2 2 5 8

2010-11-8 12 11 5 2 2 8 3

2010-11-9 12 11 6 2 2 5 3

2010-11-10 12 11 6 2 2 10 6

合計 174

根據現場實際情況，碾壓砼拌和場地與施工現場實際距離為850m?？紤]外界因素影響，根據碾壓砼設備人員統計表，設備最優配合：2臺1.6m3液壓反鏟、2臺ZL50裝載機、6臺15t自卸汽車，拆水泥12人/班、1臺SD22推土機、1臺13t雙鋼輪振動碾。工作效率最大為1600m3/天，最小為1200m3/天。根據砼施工方量和施工時間，前段碾壓砼施工效率1023m3/天。

（2）材料用量分析

現一期縱向圍堰已經填筑至EL606.0高程，長度約194.5m。

根據現場實際情況，試驗階段：天然砂礫石砼拌制約47.25m3，壓實后，方量約41.58m3。施工階段（截止截流前）：天然砂礫石砼拌制方量約17400m3；碾壓后，經測量，完成砼方量約15431m3。 其中施工過程中，一期縱向圍堰最下部80cm厚，采用90kg/m3的膠凝材料進行拌和；上部膠凝材料拌和參數為80kg/m3，其中變態砼膠凝材料用量約28t/100m3。

經計算，理論材料用量：水泥約832t，粉煤灰約832t，外加劑約8.32t

現場實際消耗材料：水泥約833t，粉煤灰約833.5t，外加劑約8.33t。

（3）試驗結果分析

1)碾壓遍數與密度的關系曲線

（膠材60kg/m3） 試驗階段密度與碾壓遍數關系

（膠材80 kg/m3） 試驗階段密度與碾壓遍數關系

（膠材100 kg/m3） 試驗階段密度與碾壓遍數關系

經過對比分析，采用80kg/m3膠凝材料，靜壓兩遍動壓6遍的碾壓參數。

（膠材80 kg/m3）施工階段層數與密度情況

2)碾壓遍數與壓實后沉降量的關系曲線（虛鋪厚度45cm）

試驗階段

2)每層壓實后平均沉降量曲線圖（虛鋪厚度45cm）

施工階段（碾壓8遍）

每層平均沉降量曲線圖

經對比，試驗階段和施工階段碾壓后沉降量基本吻合。

四、綜合分析

通過借鑒國內外已有工程的實踐經驗和成果，經過技術攻關、室內試驗、現場碾壓試驗，膠凝砂礫石（CSG）筑壩新技術已在飛仙關水電站一期縱向圍堰中的應用。該項新技術的應用，不僅使圍堰本身質量得以保證，同時，加快施工進度，節省資金投入。

施工進度、質量方面：采用膠凝砂礫石（CSG）筑壩，一方面減少了土石圍堰迎水面大量的鉛絲籠防護，同時減少土石圍堰中間的防滲結構（難度大，質量不容易保證），從而大大的節省了工期，為按期截流提供了先決條件?，F一期縱向圍堰已施工至EL606.0高程，一方面外觀質量滿足要求，同時，現階段，縱向圍堰防滲效果非常好。

經濟效益方面：經過對膠凝砂礫石(CSG)縱向圍堰與原設計土石圍堰相比較，從降低工程造價上是有利的，原土石圍堰體積大，圍堰外側鋼筋籠石護坡量大，而膠凝砂礫石圍堰與土石圍堰相比較節約50余萬元。