大同市守口堡水库胶凝砂砾石坝上下游固坡方案比选
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第３期（总第２０９期） 山西水利科技 ３１ 文章编号：１００６—８１３９（２０１８）０３—０３１—０４
大同市守口堡水库胶凝砂砾石坝上下游固坡方案比选
王一红 （山西省水利建筑工程局山西太原０３０００６）
摘要：文中结合工程实际情况，从进度、质量、经济、安全、环保等方面，分析论证了采用模板、异 型夯板、挤压边墙、铺料箱与异型夯板组合四种固坡方式的优缺点，最终确定了大同市守口堡水库胶 凝砂砾石坝上下游最优固坡方案。 关键词：胶凝砂砾石坝；固坡方案；比选 中图分类号：ＴＶ６４１ 文献标识码：Ｂ
Ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ａｎｄ Ｓｅｌｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ Ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ Ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ Ｕｐｓｔｒｅａｍ ａｎｄ Ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ Ｄａｍ Ｓｌｏｐｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｓｈｏｕｋｏｕｂａｏ Ｃｅｍｅｎｔｅｄ Ｓａｎｄ－ｇｒａｖｅｌ Ｄａｍ ｉｎ Ｄａｎｇｔｏｎｇ Ｃｉｔｙ ＷＡＮＧ Ｙｉ－ｈｏｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔ，ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｐｒｏｇｒｅｓｓ，ｑｕａｌｉｔｙ，ｅｃｏｎｏｍｙ，ｓａｆｅｔｙ， ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ＳＯ ｏｎ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ａｎｄ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅ ｔｈｅ￣ｉｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｆｏｕｒ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｓｌｏｐｅ ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｅｍｐｌａｔｅ，ｓｐｅｃｉａｌ ｓｈａｐｅｄ ｔａｍｐｉｎｇ ｐｌａｔｅ，ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ ｓｉｄｅ ｗａｌｌ，ｐａｖｉｎｇ ｂｏｘ ａｎｄ ｓｐｅｃｉａｌ ｓｈａｐｅｄ ｔａｍｐｉｎｇ ｐｌａｔｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｓｌｏｐｅ ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ ｐｌａｎ ｆｏｒ ｕｐｓｔｒｅａｍ ａｎｄ ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ ｄａｍ ｓｌｏｐｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｅｍｅｎｔｉｎｇ ｓａｎｄ ｇｒａｖｅｌ ｄａｍ ｉｎ ｔｈｅ Ｄａｔｏｎｇ Ｓｈｏｕｋｏｕｂａｏ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｉｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｅｍｅｎｔｅｄ ｓａｎｄ—ｇｒａｖｅｌ ｄａｍ：ｃｏｎｓ０１ｉｄａｔｉ０ｎ ｓｌｏｐｅ ｓｃｈｅｍｅ；ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ａｎｄ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ
０引言 １坝体结构设计简介 胶凝砂砾石（ＣＳＧＲ）坝是在碾压混凝土筑坝技 术和堆石筑坝技术的基础上发展起来的，介于刚性体 坝和散粒体坝之间一种新坝型。其特点是：对筑坝材 料要求较低，可就地取材，大坝施工基本实现零弃料， 具有适应及不破坏环境的优势；可使用高效率的土石 方运输和压实机械施工，具有施工速度快、安全可靠 性高的优点。目前，在福建、贵州、四川等地的围堰和 低坝工程中已有应用，但在永久工程的中高坝中尚无 应用先例。山西省大同市守口堡水库大坝是我国首座 开工建设的胶凝砂砾石坝，被水利部水规总院认定为 胶结颗粒料筑坝技术示范项目。 守口堡水库位于海河流域黑水河上游段，是一座 集工业供水、农业灌溉及防洪等综合利用的小（１）型 水库，总库容９８０万ｍ，，工程等别为Ⅳ等。守口堡水库 工程包括枢纽工程和工业供水工程，枢纽建筑物包括 大坝、供水工程取水建筑物和灌溉引水建筑物。 枢纽大坝坝顶长３５４ ｍ，最大坝高６１．６ ｍ。大坝由 左右挡水坝段、中间溢流坝段和底孔坝段组成。大坝 主体为胶凝砂砾石，上下游防渗保护均采用常态混凝 土，胶凝砂砾石工程量为４３万ｍ，。 大坝主体为胶凝砂砾石，上下游防渗保护均采用 常态混凝土。坝体材料分为六个区，Ｉ、Ⅱ区为下游表 面混凝土，厚度１．０ ｍ；Ⅲ区为上游防渗层混凝土，厚 度１．５ ｍ；１Ｖ区为垫层富浆胶凝砂砾石，厚度１．０ ｍ；Ｖ
收稿日期：２０１８—０４—１９ 修回日期：２０１８—０４—２４ 作者简介：王一红（１９８５一），女，２０１０年毕业于河海大学水利水电工程专业，工程师。 ３２ 王一红：大同市守口堡水库胶凝砂砾石坝上下游固坡方案比选 ２０１８年８月 区为内部胶凝砂砾石；ＶＩ区为泄洪冲沙底孔周边混凝 土，厚度为５Ｏ ｃｍ，溢流表孑Ｌ表层混凝土设计要求同Ⅵ 区。坝体材料分区见图１。
图１坝体材料分区示意图 ２ 固坡方案 ２０１３年守口堡水库枢纽工程开始施工后，通过科 研生产性试验，验证胶凝砂砾石专用拌和站的拌和质 量、生产能力及稳定性，以及拌和、运输、平仓、碾压设 备的配套性，确定铺筑工艺参数和层面处理方法，研 究铺筑质量的快速检测方法和质量控制手段，为大坝 铺筑提供了技术支撑。 ２０１５年完成了富浆胶凝砂砾石垫层铺筑，解决了 骨料分离、层间结合等问题，所采取的措施和方法得 到了专家的认可，进一步完善胶凝砂砾石坝施工技 术。 ２０１６年是守口堡胶凝砂砾石坝施工高峰期，上下 游固坡成为胶凝砂砾石快速铺筑的关键环节。为保证 胶凝砂砾石坝的快速施工，固坡方案的选择尤为重 要，通过现场试验，探索出以下几种固坡方式。 ２．１模板固坡 采用模板固坡时，为减轻胶凝砂砾石施工对模板 稳固性的影响，在模板和排水盲管１．０ ｍ范围内采用 变态混凝土替代胶凝砂砾石，三层胶凝砂砾石（变态 混凝土）与一层防渗层混凝土（表面混凝土）同步上 升。工艺流程图见２，铺筑示意图见图３。 模板固坡方法虽然能够实现胶凝砂砾石和上游 防渗层（下游保护层）常态混凝土同步上升，但在靠近 模板１．０ ＩＴＩ范围内采用变态混凝土替代胶凝砂砾石， 加大了工程成本；其次模板制安需投人大量人力物 力，导致施工成本加大，迟滞施工进度。 ２．２异型夯板固坡 为解决胶凝砂砾石坝边坡固坡处理现有施工技 术存在的弊端，山西省水利建筑工程局根据胶凝砂砾 ｌ胶凝砂砾石模板安装 ＿上 Ｉ 胶凝砂砾石铺筑 ｉ Ｉ 变态混凝土浇筑 ………… ……… ｌ 排水盲管安装 ｌ 防渗层（保护层） 常态混凝土模板安装 上 ｌ防渗层（保护层） ｉ常态混凝土浇筑 依 次 ＝： ● 层 图２模板固坡坝体铺筑工艺流程 攀 量Ｉｒ∈ｌ， ／ 、、模板 排水盲管 图３模板固坡坝体铺筑示意图【单位：ｍｍ） 石坝上下游边坡设计坡比和经现场生产性试验确定 的碾压层厚度，设计制作了异型夯板专用夯具，申请 了实用新型专利（专利号：ＺＬ２０１７２０５６２８９１．９）。异型 夯板水平面长度以振动碾碾压时不导致边坡破坏宽 度确定，斜面长度以胶凝砂砾石铺筑压实厚度确定， 斜面与水平面夹角根据坝坡坡比确定。液压专用夯具 和挖掘机连接，通过调整挖掘机液压参数达到胶凝砂 砾石压实指标。异型夯板结构示意图见图４。
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Ｕ 俯视图 图４异型夯板结构示意图
前视图 第３期（总第２０９期） 王一红：大同市守口堡水库胶凝砂砾石坝上下游固坡方案比选 ３３ 采用异型夯板固坡时，为保证胶凝砂砾石施工安 全，在边坡１．５－２．０ ｍ范嗣内采用人工配合挖掘机摊 铺、碾压成型后，依次进行削坡、弃料清理，最后异型 夯板固坡，夯实时间４５ ６０ ｓ。压实后经山西省水利建 筑工程局中心试验室检测，表观密度满足设计要求。 胶凝砂砾石与防渗层混凝土（表面混凝土）同层上升。 工艺流程罔见５，铺筑示意图见图６。 异型夯板同坡方法虽然能实现胶凝砂砾石和防 渗层混凝土（表面混凝土１同层上升，但防渗层及保护 层混凝土的水平施工缝过多，增大了形成渗透和抗剪 薄弱面的机率，存在质量、安全隐患；另外，胶凝砂砾 石摊铺自然坡比１：１～１：１．１，通过超填、削坡来达到设 计坡比１：Ｏ．６，不仅因增加工序影响施工进度，而且产 生的弃料加大了工程成本。 胶凝砂砾石铺筑 ｌ 按设计要求边坡削坡 』 清理削坡废料 』 异型夯板固坡 』 『 排水盲管安装 ｌ 防渗层（保护层） 常态混凝土模板安装 ｊ 防渗层（保护层） 常态混凝土浇筑 图５异型夯板固坡坝体铺筑流程图 图６异型夯板固坡坝体铺筑示意图（单位：ｎｌＴＩＩ） ２．３挤压边墙固坡 山西省水利建筑工程局对混凝土面板堆石坝施 工中采用的挤压式混凝土边墙机进行改造，使挤压边 墙机出料口外侧边坡与大坝坡比相同，按不同配合 比，经过多次试验，得到合适的施工参数。挤压式混凝 土边墙芯样南中国水利水电科学研究院Ｔ程检测中 心检测， 样容重、抗压强度、渗透系数均能满足设计 要求。 采用挤压式混凝土边墙同坡，由于混凝土边墙初 期强度低，为确保挤压边墙附近胶凝砂砾石压实质 量，避免胶凝砂砾石施工对混凝土边墙造成局部移 位、坍塌破坏，在混凝土边墙０．６～０．８ ｍ范嗣内采用变 态混凝土替代胶凝砂砾石，防渗层混凝土（表面混凝 土）可以与胶凝砂砾石同步上升，电可在内部胶凝砂 砾石铺筑完成后再一次性浇筑防渗层混凝土（表面混 凝土）。工艺流程图见７，铺筑示意图见图８。 挤压式混凝土边墙同坡方法具有施工安排灵活 （常态混凝土与胶凝砂砾石可同步上升．也可分别浇 筑）、边墙成型规整等优点，尤其是半砂挤压式混凝土 边墙具有很好的排水作用，完全可替代上游侧的排水 盲管，减少了排水肓管的费用。但也有很大不足：部分 胶凝砂砾石被变态混凝土和挤压式混凝土边墙代替， 增加施工工序、影响施工进度；变态混凝土和挤压边 墙混凝土单方造价高于胶凝砂砾石，增加了Ｔ程造 价；施工过程存在人机交叉作业，且在陡坡边缘部位 施工，施工安全隐患很大。
济压式混凝土边墙施Ｔ ｌ
胶凝砂砾石铺筑 』
变态混凝土浇筑
—————————— ————一 防渗层（保护层）
常态混凝土模扳安装
１ｒ 防渗层（保护层） 常态混凝土浇筑
霸 蠢
图７挤压式混凝土边墙固坡坝体铺筑流程图
图８挤压式混凝土边墙固坡坝体铺筑示意图（单位：ｎｌｎ ）
