第二章 面板坝坝体填筑施工
2.1 填筑施工概况
2.1.1大坝的基本设计参数
1、大坝高程1083.26m，最大坝高138.76m，河床基建面最低高程844.5m，坝顶全长277m，坝顶宽度8m，上游坝坡为1：1.4，下游坝坡为1：1.3。
2、坝料分区
（1）、坝体填筑设计工程量
坝体填料分七个主要填筑区，从上游至下游分别为盖重区（ⅠB）、粉细砂铺盖区（ⅠA）、垫层区（ⅡA包括小区垫层料ⅡAA）、过渡区（ⅢA）、主堆石区（ⅢB）、次堆石区（ⅢC）、下游堆石区（ⅢD）和下游坡面干砌块石。
1）、垫层料（ⅡA）的级配范围：最大粒径80mm，含砂（d≤5mm）量35%～50%，＜0.1mm颗粒含量4%～7%。小区料（ⅡAA）为ⅡA区料剔除大于40mm部分后的级配料。
2）、ⅢA过渡料最大粒径不大于300mm，颗粒粒径d＜0.1mm的含量≤5%，其级配
应符合设计施工图纸的要求。
3）、ⅢB区堆石料碾压后应级配良好，主堆石料最大粒径不大于800mm，设计干密度2.18g/cm3，孔隙率19.6%，含泥量＜5%。
4）、ⅢC最大粒径不大于800mm，下游堆石（ⅢD）料最大粒径不大于1200mm，ⅢC、ⅢD料设计干密度2.15g/cm3，孔隙率20.7%，含泥量≤5%。
5）、ⅠA区的填料由人工粉细砂筛选制成。满足下列要求：最大粒径为1.0mm，通过0.1mm筛网的含量在10%和20%之间；可塑性试验的结果表明为非塑料性土料。
6）、ⅠB区的填料为建筑物开挖料中土石混合料。
3、斜坡碾压与挤压边墙施工方案论证
（1）、施工原理
挤压边墙施工技术借鉴了道路工程中的路缘混凝土施工法，在面板堆石坝的每一层垫层料填筑前，沿设计断面利用挤压边墙机制作出一个低强度、低弹膜、半透水、连续的混凝土小墙，待混凝土达到一定强度后，在小墙内侧按设计要求铺填垫层料，碾压合格后重复以上工序。
（2）、挤压边墙施工的主要优点
1）、能在垫层区上游形成一个规则、坚实的坡面，不仅为混凝土面板提供了一个理想的支承面，而且为坝体施工采用临时断面挡水度汛方案创造了良好条件。
2）、由于边墙在坡缘的限制作用，使得垫层料不需要超填，施工安全性高。
3）、在垫层区填筑施工中用水平碾压取代传统工艺中的斜坡碾压，有利于提高垫层料的压实密度。
4）、施工设备简化，减少了传统工艺需要的坡面平整、碾压及防护施工所需的工具设备等。
5）、 使垫层区上游坡面施工进度加快，且使坡面整洁美观。
2.1.2 主要工程量
1、挤压边墙工程量
单个挤压坝坡面积： S=（10+71）×40÷2=1620cm2
挤压边墙总工程量： V=sh=1620×10-4×（40+277）/2=8907m3
2、坝体工程量
（1）、坝体总工程量： M=（382.65+8）×138.76÷2×153.5=416万m3
（2）、坝体各区填筑工程量：
大坝填筑分区工程量表
大坝分区
工程量（m3）
大坝分区
工程量（m3）
垫层料（ⅡA）
123465
粉细砂料（ⅠA）
145250
小区垫层料（ⅡAA）
6385
盖重料（ⅠB）
166775
过渡区（ⅢA）
170790
干砌石护坡
35780
主堆石区（ⅢB）
2064410
反滤料
次堆石区（ⅢC）
1120380
2.1. 3 施工总进度
1、工程实施条件与基本要求
（1）、围堰工程施工应满足03年10月下旬至11月上旬截流的要求；
（2）、大坝填筑速度应满足04年度汛，05年挡水的要求；
（3）、电站引水渠等建筑物开挖速度和开挖料的岩性应与大坝填筑相匹配，提高开挖利用料直接上坝率。
2、总体施工方案
（1）、03年10月开始围堰进占，上游围堰采用以左岸为主的双向预进占，下游围堰从左岸单向预进占；选择03年11月1日河道截流，采用双向立堵法进行；截流材料选用直径0.4~0.8m大块石和0.8~1.2m特大块石及混凝土六面体。运输车辆选用20t、32t自卸汽车，D9H推土机推料。
枯水期导流洞导流；第一个汛期导流洞导流；06~07年汛期大坝挡水，导流洞与放空洞联合泄流；07年汛期大坝挡水，放空洞、导流洞和电站联合泄流。
（2）、坝体采用分期填筑方案，其优点：
1）、将坝体在平面和立面上分期分区填筑，降低吧填筑高峰的强度，提高施工机械设备的利用率。
2）、在同时进行其他建筑物开挖时，开挖料不经堆存直接上坝填筑减少了二次装运。
3）、采用坝体挡水度汛，在坝上游部分填筑临时断面，确保坝体在汛期来临时达到安全高程。
4）、在上游部分坝体处理或面板施工过程中，下游部分坝体可以继续填筑而不必中断，以确保施工均衡性。
2. 2 填筑施工工艺与施工组织
2. 2.1 填筑施工技术参数
碾压试验设在坝左岸上游的料场，在大坝填筑开始前一个月（2002年10月1日）完成。碾压试验主要测试筑坝材料的密度、容重、抗压强度、软化系数、级配料的视比重等。测试压实机械的性能，确定适宜的、经济的实际施工需要的碾压参数（铺层厚度、碾压遍数、加水量等）。碾压试验场地为36mX90m，按照不同铺层厚度和碾压遍数布置试验单元，如图1-7.
图1-7 碾压试验场地布置示意图 h--铺料厚度 n--碾压遍
碾压试验配备3m3装载机一台，15t自卸汽车5台，20t、25t振动碾各一台，推土机一台，筛分工具和供水设施等。在碾压试验过程中检测振动碾的工作特性，如振动频率、振幅、减振气胎压力、碾重参数，并做好详细记录。做好场地整平与碾压密实，表面不平整度不得超过10cm。小料区由人工布料整平，垫层、过度料有装载机辅以人工用后退法铺料整平，主次堆石料用进占法铺料，推土机整平。碾压方法示意图如图1-8.
图1-8 碾压方法示意图
碾压前按照拟定的加水量洒水，采用不错距碾压，在同一碾压带上进退碾压，相邻碾压带连接处，存有5%~10%的振动滚筒的压痕，不重叠。
坝料的物理力学指标见下表4.
表4 坝料的物理力学指标
坝料类别
粒径（m m）
设计干密度（g/cm3）
空隙率（%）
垫层料（ⅡA）
60~80
2.20
16
过度料（ⅢA）
200~300
2.17
18
上游堆石料（ⅢB）
600~800
2.13
20
下游堆石料（ⅢC）
600~800
2.05
22
瓦屋山面板堆石坝工程使用的碾压参数如下表5.
表5 坝料碾压参数表
项目名称
单位
小区料
垫层料
过渡料
上游堆石料
下游堆石料
砂砾石料
铺料厚度
cm
25
50
50
100
120
80
碾压遍数
遍
8
8
8
8
8
8
行车速度
Km/h
3
3
3
3
3
3
加水量
10%
10%
20%
20%
20%
10%
碾压机械
20t振动碾
20t振动碾
25t振动碾
2. 2.2挤压边墙施工工艺
1 、混凝土挤压式边墙技术
面板坝上游面传统的施工方法是将垫层料铺填超出设计垫层区上游面30cm左右后进行水平碾压，一般层厚约40cm，待垫层料铺填至一定高度后，进行人工削坡整理，并反复进行斜坡碾压，然后再进行削坡整理、喷砂浆固坡等工序，直至符合设计坡面要求。从客观上讲，采取上述施工方法垫层料斜坡面密实度难以保证、上游坡面施工工序复杂、垫层料超填和整理量大，且坡面长期无防护容易受雨水冲刷。
混凝土挤压式边墙技术借鉴了道路工程中混凝土路沿拉模施工技术，即在每填筑一层垫层料之前，沿着设计断面用挤压式边墙机制作出一个半透水的连续的混凝土小墙，待混凝土凝固后在其内侧按设计要求铺填大坝垫层料，接着用振动碾平面碾压垫层料，待本层料碾压合格后再重复以上工序。挤压式边墙施工分三个阶段，基本程序如图1所示:
2 、挤压墙设计
（1）设计断面
边墙断面设计为梯形(见图2)，以铰接的方式使边墙可适应垫层区的沉降变形，其底部不会形成空腔，有效避免了空腔对面板的不利影响。上游坡面可根据坝坡坡比调整，由于过大的顶宽会降低边墙适应变形的能力，因此顶部宽度应限制在12cm以内。
墙高采用40cm，与碾压后的垫层料厚度一致，上游坡根据面板坝上游坡度确定，内侧坡比设计为8∶1以便于垫层料碾压，底部厚度大约为70cm。
（2）混凝土配合比设计：
配合比设计必须考虑三个方面因素：一是挤压机挤压力的大小，即挤压出的混凝土密实度能否满足渗透要求；二是挤压混凝土的强度和弹模值能否满足要求；三是配合比是否适合可施工的要求。
由于挤压机对混凝土配合比比较敏感，湿的混凝土行进速度快，干的混凝土行进速度慢，因此挤压墙混凝土按一级配干硬性混凝土配合比设计，坍落度为0，通常采用水泥用量70～85kg／m3，用水量100kg／m3左右，水灰比1.31～1.45，速凝剂适量。28 d混凝土抗压强度大约5MPa左右，混凝土渗透系数在10-2～10-3cm／s范围内，要求低弹模。采用拌和楼拌制，混凝土罐车运输至浇筑现场。挤压混凝土室内试验成果见表2。
（3）生产性试验
在以上室内试验的基础上，在瓦屋山水电站现场进行了挤压墙的生产性试验。试验采用32.5级普通硅酸盐水泥，瓦屋山生产的砂和小石，采用MTX高效速凝剂（液态）。选择砂率为30％～31％，采用70、80kg两种水泥用量分别拌制混凝土进行试验。
试验结果表明采用70 kg或80kg水泥用量，挤压墙成型均很好，挤压机的行走速度为44～48 m／h，32m长的挤压墙混凝土浇筑完2h后，即可开始进行垫层料的施工。垫层料采用SD175D英格索兰自行振动碾，行走速度控制在3km／h左右，振动频率28 Hz左右，振幅1.2～1.4 mm，碾压距挤压墙5～10cm时，边墙周围碾压密实，现场未监测到边墙有位移、振松现象，生产性试验取得良好效果。生产性试验表明，使用陕工局研制的BJY-40型混凝土挤压机和适当的混凝土配合比可以完成挤压式混凝土边墙施工。其施工速度已达到50m／h，可保证混凝土成型和半透水、低弹模、坡面均匀整齐的要求。试验选用的混凝土配合比满足2h后垫层料铺填和振动碾压的要求；其渗透系数在10-2～10-3cm／s，满足大坝渗透要求，混凝土弹模小于10 000 MPa，抗压强度2～3MPa。对面板的约束力很小。
3、挤压式混凝土边墙施工
（1）施工方法：
1）、施工场地平整度控制在±5cm以内。整平碾压后用灰线洒出挤压机行走路线。
2）、挤压机就位后安放挤压边墙三角形端头挡板并固定。
3）、混凝土罐车运输混凝土到试验现场，罐车采用后退法卸料，采用“真空负压外加剂喷枪”，掺入适量的MTX高效速凝剂。
4）、挤压机行走速度控制在50m／h左右。
5）、挤压边墙成型2 h后，用20t自卸车拉运垫层料，采用后退法卸料。
6）、用推土机摊铺，靠边墙处人工整平，防止粗料集中。
7）、碾压前在混凝土边墙布置观测点，碾压后用全站仪测定挤压墙侧向位。
（2）施工特点：
通过在瓦屋山大坝水电站碾压试验场地进行的挤压墙试验，充分说明采用挤压式边墙施工具有以下施工特点：
1）、大坝施工进度可明显提高。边墙混凝土浇筑施工速度可达40～50m／h，在混凝土成型2～3h后即可进行垫层料的填铺，两者几乎可同步上升。
2）、由于边墙在上游坡垣的限制作用，垫层料不需要超填，也不进行坡面修整和斜坡碾压，避免了上游边坡上滚石及斜坡碾等危险作业，上游坡施工的安全性大大提高，上游坝脚部位可安全进行有关作业。
3）、边墙可提供一个规则、平整的坡面，坡面整洁美观，有利于施工管理。
4）、上游坡面的新技术使得工序和施工设备、机具得到简化。传统工艺需要的坡面平整和碾压设备、沥青喷涂设备、水泥砂浆施工模具等也可被挤压机取代，人工修整作业大为减少。
5）、边墙在坡面形成一个规则、坚实的支撑区域。
6）、对大型工程尤其是导流标准较高的工程以及南方多雨地区，可提供一个抵御冲刷的上游坡面，从而使得导流度汛的安全性提高，避免了雨水对垫层料的冲刷。
4、结语
挤压式混凝土边墙技术与传统方法相比，在施工方面有明显的先进性，新工艺对工程质量的提高、进度加快，以及增加导流度汛的安全性等方面产生的效果是显而易见的，且比传统工艺简化了施工工序，降低了施工费用。
2. 2.3 垫层料、过渡料填筑工艺
填筑顺序：面板堆石坝上游区坝料的填筑顺序分为“先粗后细法”和“先细后粗法”两种。
1、先粗后细法
其填筑顺序为：主堆石区→过渡区→垫层区，见图。铺料时应及时清理各区界面的粗粒径粒。采用先粗后细法有利于保证填筑质量，且不会增加细料的用量，优先采用。
2、先细后粗法
其填筑顺序为：垫层区→过渡层区→主堆石区，见图。铺料时，允许垫层料占压过渡区、过渡区料占压主堆石区，但不允许过渡区料占垫层区、主堆石区占压过渡区。
此种施工顺序的主要问题是，细料的用量将比设计用量增加很多，且各区界面的粗粒料也不易处理，不采用。
避免细料浪费，准备工作方便，本工程采用先粗后细法填筑。但应注意，当粗料层碾压后，由于其设计界线的填筑层面线多填筑了粗料，所以在该设计层界线上挖掘出一部分粗料来，以便后期细料达到填筑要求。
图 先粗后细分区填筑顺序图
①②③④⑤为填筑顺序
3、测量放样
对已清理好的坝基，在验收前提前在两岸坝肩上标识高程、桩号等标记，配合有关人员进行地质描述，并测绘基础地形图和绘制断面图，报请监理人批准。
填筑过程中，按填筑单元和填筑料分区严格测量放线，各分区采用白灰画线标识明晰，并插方向标记和层厚高度杆为控制参照物，以便施工人员掌握和质检人员监控。
4、大坝垫层料区（ⅡA）的填筑
垫层料位于坝体最上游侧，是面板的基础。垫层料水平宽4m，铺层厚度40cm。垫层料由三友坪砂石骨料系统生产。在铺料时，先把ⅢA料上游坡面上大于20cm的料清除到下游面。垫层料采用3m3装载机装20t自卸汽车运到工作面卸料，采用D85推土机平料。为保证水平碾压质量，确保水平宽度碾压到位，铺料时每层往上游水平方向超填30~40cm。上游坡面设临时挡渣板，拦挡超填部分的垫层料。垫层料必须严格按最佳含水量控制洒水，特别是新生产的垫层料要严格控制加水，否则容易产生“橡皮土”现象。每层垫层料与同层过渡料一起碾压。碾压参数按经试验确定的并报监理人批准的实施。垫层料每上升4.8m采用激光导向反铲对上游坡面进行一次削坡，先将挡碴板拆除，搬运到填筑面顶部以备后用。然后用激光导向长臂反铲（臂长10m）按1：1.4坡度初修上游边坡，修整时充分考虑坝体的自然沉陷所造成的坡面下沉，到面板砼浇筑时，其经沉陷后的坡面与设计边坡大致相符。使面板砼浇筑时，不致因坝体的自然沉陷而造成亏坡现象的发生。激光导向长臂反铲经调整利用激光导向，定好坡角后，其臂可自由伸缩，也可以转向，即可将边坡上的ⅡA集料由铲斗运到填筑体顶面上，仍作为ⅡA垫层料使用，平料时与新料混合使用。每上升15～25m进行一次人工削坡、斜坡碾压和坡面保护。
5、大坝过渡料区（ⅢA）的填筑
ⅢA过渡料位于主堆石料与垫层料之间，对垫层料起反滤作用。过渡料主要从公山包和桥沟料场采用控制爆破开采。ⅢA过渡料的挖、装、运、卸料及平料方法与垫层料施工基本相同。但加水量不同，过渡料因块径较大，含水量少，因此在碾压前必须加水，加水量按10%控制，实际加水量通过碾压试验确定。过渡料水平宽度5m，铺料层厚40cm，采用18t自行振动碾碾压。碾压参数经试验确定的并报监理人批准的实施，ⅢA区铺料前，采用反铲配与人工将ⅢB区滚落到ⅢA区及边缘的大于30cm的块石清除。ⅢA区料碾压与同层的ⅡA料同时进行。
2. 2.4 坝体堆石料填筑工艺
1、大坝主堆石区（ⅢB）的填筑
（1）、ⅢB料是大坝的主体，起着骨架作用，主堆石料来源于建筑物和石料场开采的茅口组灰岩料，主要用4～7m3挖掘机挖装，32t自卸汽车运到工作面。ⅢB料以进占铺料为主、混合法铺料为辅。采用320HP以上的推土机进行平料。平料时，在工作面两侧及前进方向，每20m放置由一个80cm长的标志杆，以控制铺料厚度。标志杆有专人负责挪动，当推土机平料前进时，及时向前挪动，并指挥推土机平料。
前进法卸料及平料时，大粒径石料一般都在底部，不容易造成超厚，使平料后的表面比较平整，振动碾碾压时，不致因个别超径块石突起而影响碾压质量。一旦发现超径块石则用反铲从铺料层中挖除，运到ⅢB料区或采用冲击锤破碎，再和下次填料混合填入坝体中。
主堆石料加水按20%控制，具体通过试验确定。主堆石料加水以坝内加水为主、坝外加水为辅。
主堆石料区上游侧按设计或者监理人允许的宽度，与过渡料、垫层料平起上升，高差不超过40cm。按照一层过渡料（40cm），一层垫层料（40cm），再一层主堆石（80cm），然后又一层过渡层（40cm），一层垫层料（40cm）的次序，逐层上升。当填筑垂直高度达到4.8m时，即进行上游坡面的削坡。
（2）、填筑料的运输采用32t、20t自卸汽车；坝体填筑分层摊铺碾压，ⅢB、ⅢC、ⅢD料主要采用进占法卸料，D155A-18（320HP）、D9L（460HP）推土机摊铺，25t振动平碾（前轮分配重量17.04t、激振力182~330KN）碾压；IIA、ⅢA料主要采用后退法卸料，D85推土机摊铺，18t振动平碾（前轮分配重量12.61t、激振力250~326KN）碾压；局部碾压不到的边角部位，采用BW75E小型振动平碾和CM80振动平板碾压密实；每填筑4.8m用XL4200/1145激光反铲进行一次削坡；每填筑15～25m用YZ10L斜坡振动碾进行一次斜坡碾压，然后进行碾压砂浆和喷洒沥青对边坡保护。
铺料过程中的超径石主要采用反铲挖除处理。
2、坝料洒水
堆石坝料洒水问题一直是影响砼面板堆石坝填筑质量控制的主要问题之一，根据以往的经验，本工程采用料场喷水、坝外加水和坝面补水相结合的方案。
（1）料场喷水：即在开采料场设喷水管，在坝料装运前将石料洒湿。料场喷水以不扬尘和道路不打滑为准，由人工控制。
（2）坝外加水：坝料上坝前，通过加水站加水，然后再运输到填筑工作面上。加水量以汽车在爬坡时，车尾不流水为准。加水站由专人负责，自动控制。
（3）坝面补水：主要利用左、右岸上游供水主管的岔管接支管，连接移动式高压喷射枪进行洒水。坝面部分供水支管用特制的软管，软管由设置自动卷筒式滚轮的车辆控制，可以伸收自如，洒水喷射枪由人工控制。在坝体局部部位采用大吨位的洒水车，在供水点处接水，运至工作面洒水。
（4）加水量控制：按照已经批准的碾压试验确定的加水量，在料场、加水站加一部分水量，在坝面上补充剩余的水量。初步确定，在料场喷洒3～5%；在加水站加水5～7%；在填筑作业面补充加水8～12%。最终现场试验确定。
对垫层料（含小区料）先作含水量试验，当含水量大于最佳含水量时，在料场脱水；当含水量小于最佳含水量时，拟在坝面铺料区进行洒水，使垫层料碾压时符合最佳含水量。
3、特殊区域的碾压
（1）小区料采用小型振动平碾碾压，靠近趾板周边缝1m范围，为保护趾板砼，采用振动夯板夯实；
（2）垫层料上游1∶1.4的斜坡，为保证振动碾行走安全，滚筒上游侧边距垫层料上游边线30cm的安全距离碾压不到，在水平碾压完成后，用振动夯板补压。
（3）斜坡碾压
1）、设备配备：
①.牵引设备：国产40t定型牵引机；
②.碾压设备：国产YZ10L牵引式振动碾，滚筒重10t。
2）、碾压方法：
①.碾压前坡面洒水湿润，湿润层控制在5至10cm；
②.布置牵引机：牵引机布置在填筑坝体的顶面上，离平台上游边线2m的距离；
③.安装振动碾：保证振动碾在斜面上碾压的过程中钢丝绳始终与斜坡面平行，而不破坏垫层坡面；
④.斜坡碾压：采用静碾、动碾相结合的方式，先静碾2遍，（振动碾一下一上为一遍），再半振碾压2遍（振动碾下放时不振动，上升时振动）。最后全振动碾压2遍（上振，下不振）。最终碾压遍数由试验决定。
4、填筑顺序：
大坝主体填筑分期置
2. 2.5 坝体各区填筑碾压的原则
1、ⅡA区与ⅢA区交界面的处理：
ⅡA区、ⅢA区铺料时按测量放样线先铺填ⅢA区料，用反铲与人工配合将ⅢA区滚落到ⅡA区边的大于20cm以上的块石清除，然后再铺填ⅡA区料。采用18t自行式振动碾，同时碾压ⅡA与ⅢA料。ⅡA、ⅢA区料必须与ⅢB区一定范围平起上升。各料区高差最大为40cm。
2、ⅢA与ⅢB区交界面的处理
先铺一层ⅢA料，再铺一层ⅢB料，然后铺一层ⅢA料。在铺ⅢA前，先将ⅢB料上游侧坡面上大于30cm的块石清除到下游侧，使ⅢA与ⅢB有一个平顺的过渡。每上升一层ⅢB料，上升二层ⅢA料。第二层ⅢA料与该层ⅢB料同时碾压。
3、ⅢB与ⅢD、ⅢB与ⅢC区料交界面处理
由于ⅢB料可侵占ⅢD区料、ⅢC区料，因此铺料时，先铺ⅢB料，然后再铺ⅢD料或ⅢC区料。对ⅢB与ⅢC交界面，铺料厚度相同，因此同时碾压、平起上升。ⅢD料铺层厚度为120cm，因此先铺筑二层ⅢB、ⅢC料，再铺ⅢD料一层；ⅢB、ⅢC铺第三层后，再铺第二层ⅢD料，同时碾压。
2. 2.6 防止防渗破坏的措施
1、产生原因
混凝土面板堆石坝的施工因水平趾板基础的开挖,往往存在上游低、下游高的情况，有部分水会在坝前坡面形成反向渗透。
2、防止反渗破坏的措施
下游水位高出上游水位而导致反向渗透水压力破坏垫层、保护层甚至混凝土面板的事故，这种情况的发生是由于未布置好围堰或基坑两岸地质渗水和基坑积水未排除，上游趾扳基坑较低，引起下游水位高出上游水位而渗流破坏垫层,保护层甚至混凝土面板。为了避免这种情况的发生。除了做好下游围堰，两岸渗水排除系统和基坑抽水外，可根据情况在上游面顶设排水孔、在坡内设置集水水井、趾板开挖深度适当，或上游坡外蓄水，填筑铺盖，以平衡上游面上的渗水水压。
2. 2.7 坝体填筑设备及人员组织
