混凝土面板堆石壩冬季施工工法

《混凝土面板堆石壩冬季施工工法》是中國水利水電第一工程局完成的建築類施工工法；作者分別是常煥生、劉萬海、李偉、馮兆彤、王顯艷；適用範圍是寒冷地區混凝土面板堆石壩施工。

《混凝土面板堆石壩冬季施工工法》主要的工法特點是在不改變碾壓機械的條件下，減薄堆石鋪填層厚和增加碾壓遍數；截流後的高難度施；混凝土的抗凍性能和耐久性要求高；對面板混凝土需要採取嚴格的防裂和越冬保溫措施。

2008年1月31日，《混凝土面板堆石壩冬季施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家二級工法。

基本介紹

• 中文名：混凝土面板堆石壩冬季施工工法
• 工法編號： YJGF266-2006
• 完成單位：中國水利水電第一工程局
• 主要完成人：常煥生、劉萬海、李偉、馮兆彤、王顯艷
• 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
• 主要榮譽：國家二級工法（2005-2006年度）

形成原因

《混凝土面板堆石壩冬季施工工法》的形成原因是：

為了適應混凝土面板堆石壩在嚴寒地區發展的需要，通過改善和改進施工技術，確保混凝土面板堆石壩在嚴寒地區嚴冬氣候條件下連續、快速、經濟地施工，妥善地解決壩體堆石填築、混凝土面板及趾板越冬、抗凍、防裂等諸多問題。

中國水利水電第一工程局結合黑龍江省蓮花水電站混凝土面板堆石壩工程施工，完成了科技攻關項目“嚴寒地區混凝土面板堆石壩施工技術研究”，攻克了嚴寒地區混凝土面板堆石壩施工技術難關。

工法特點

《混凝土面板堆石壩冬季施工工法》的工法特點是：

1.該工法針對嚴寒地區混凝土面板堆石壩冬期施工的難點，提出了一系列施工方法和措施。

2.由於冬季嚴寒，堆石碾壓時不能灑水，在不改變碾壓機械的條件下，減薄堆石鋪填層厚和增加碾壓遍數。

3.截流後的高難度施工。寒冷地區的水電工程，在大汛後截流後很快進入冬期施工。由於冬期的施工困難和不能澆築趾板混凝土，要達到型年大壩的度汛要求，必須進行截流後冬期的高難度施工和春期的高強度施工。

4.混凝土的抗凍性能和耐久性要求高。由於寒冷地區壩體運行的需要，面板混凝土處於強凍融變化條件中，要求具有高抗凍性和耐久性。

5.在寒冷地區，由於施工期天氣乾燥、晝夜溫差大、冬季嚴寒等不利條件，對面板混凝土需要採取嚴格的防裂和越冬保溫措施。

操作原理

適用範圍

《混凝土面板堆石壩冬季施工工法》適用於寒冷地區混凝土面板堆石壩施工。

工藝原理

《混凝土面板堆石壩冬季施工工法》的工藝原理敘述如下：

1.採用擴藥壺爆破法進行凍土爆破。

2.冬季期間，對施工設備採取可靠的保溫、防凍等維護保養措施。

3.面板堆石壩冬季填築採取不灑水、薄層鋪築、增加碾壓遍數等技術措施。

4.優選水泥、外加劑，最佳化混凝土配合比，滿足面板混凝土高抗凍性能和高耐久性要求。

5.面板混凝土越冬採用聚苯乙烯板進行保溫，防止產生溫度裂縫。

施工工藝

• 工藝流程

《混凝土面板堆石壩冬季施工工法》的工藝流程是：

壩基開挖（堆石料的開採）→堆石區填築（主堆石料及次堆石料）→過渡層區填築→（墊層料製備）→墊層區填築。

• 操作要點

《混凝土面板堆石壩冬季施工工法》的操作要點如下：

一、壩基開挖

大壩基礎開挖採用分期分區施工。石方開挖部位主要為左右壩頭及趾板。中部為凍土開挖。

1.凍土開挖

大壩開挖進人冬季後採用擴藥壺爆破法進行凍土爆破。即採用打釺形成鉛垂孔，以小炮將鉛垂孔擴大、擴深至凍土層以下，採用人工在孔底擴挖水平藥室，裝硝銨化肥摻加柴油的“土炸藥”並輔以少量2號岩石炸藥，進行爆破。具體布置見圖1。棄渣採用推土機骨料，4立方米電鏟及3立方米裝載機裝32噸自卸汽車，運至土料場貯存。

圖1小炮擴孔爆破示意圖

2.石方開挖

1）左右岸壩頭、壩肩開挖

左右岸壩頭、壩肩開挖時，先進行上游區開挖，後進行下游區開挖。右壩頭、壩肩開挖採用自上而下分層開挖的方法施工，每層高度為3~5米，手風鑽鑽孔，鑽孔間距為0.6~0.8米，炸藥單耗為0.5~0.6千克/立方米。設計邊坡採用預裂爆破技術，以保證壩頭邊坡和基岩穩定。

右壩頭開挖局部採用了洞室爆破，在藥室內靠永久邊坡一側設定柔性墊層（鋸末），以減輕對永久邊坡岩石的振動。

2）趾板開挖

趾板開挖首先採用1.63立方米挖掘機將覆蓋層清除，至岩石後，採用潛孔鑽機、手風鑽配合進行鑽孔爆破。首先開挖先鋒槽，然後分別向左右岸方向開挖。爆破孔採用垂直孔。沿建基面採用潛孔鑽鑽預裂孔，孔距0.8~1.0米，線裝藥密度控制在300~450克/米。

挖裝方法與土方開挖相同，利用方運至貯存料場。強風化岩石及河床段砂卵礫石直接運至棄渣場。

二、堆石料冬季開採

爆破採用微差擠壓爆破。冬期料場爆破開採參數見表1。

三、墊層料的製備

採用的墊層料是由破碎機破碎的最大粒徑80毫米的石料，摻配骨料篩分場成品砂和最大粒徑為20毫米的細石料組成，鋪層厚度為40厘米，碾壓10遍，達到設計乾容重要求。

四、堆石料冬季填築

大壩壩體採取分層填築的方式進行，每層厚度為0.8~1.0米，每一層為一個倉面，以兩層墊層料的厚度控制倉面的填築厚度。首先填築兩層墊層料和過渡料，每層厚0.4米，振動碾碾壓結束後，再分別填築主、次堆石區。墊層料和過渡料由15噸自卸汽車運至壩面，採用後退法鋪料，人工配合推土機攤鋪，用高頻振動碾碾壓。主、次堆區料由32噸自卸汽車運至倉面，採用進占法鋪料，推土機攤平，振動碾碾壓。壩體填築參數見表2。

材料設備

《混凝土面板堆石壩冬季施工工法》使用的設備見表3。

表3 機械設備投入表

序號	名稱	規格及型號	數量	用途
1	電動挖掘機	4立方米	5	開挖填築施工
2	液壓反鏟	1.6立方米	10	開挖填築施工
3	自卸汽車	32噸/20噸/15噸/12噸	74	開挖填築施工
4	推土機	T330	7	開挖填築施工
		YT220		開挖填築施工
		D80		開挖填築施工
5	裝載機	3立方米	10	開挖填築施工
6	顎式破碎機	200×400	2	填築施工
		400×600	3	填築施工
		600×900	1	填築施工
7	反擊式碎石機	720立方米/班	1	填築施工
8	自行振動碾	SD-150D	4	填築施工
9	鑿岩台車	CM351	8	開挖施工
10	手風鑽	Y26	40	開挖施工
11	載重汽車	CA141	10	開挖填築施工
12	空壓機	40立方米/分鐘	6	開挖施工

質量控制

《混凝土面板堆石壩冬季施工工法》的質量控制要求如下：

1.主堆石料質量控制

料場質量控制是保證壩體填築質量的重要環節。為了在開採石料過程中獲得合格的級配料，首先在採石場做爆破試驗，分析確定不同岩石結構的基本鑽爆參數；其次是設立統一的料場質檢站，對料場覆蓋層剝離、開採區劃分、開採方法及爆破參數等，按設計要求進行檢查。採用全部和抽樣檢查兩種方法，重點檢查爆破梯段的平面布置、高程、炮孔布置形式、炮孔位置、炮孔深度和炸藥單耗等，達到規定要求後才進行爆破。爆破的石料，由監理工程師會同專項質檢、試驗室等部門對指定部位進行隨機取樣，通過顆粒級配試驗分析，達到上壩料要求後方可上壩。

2.墊層料質量控制

製備墊層料的石料必須新鮮、堅硬，應採用微風化岩石進行破碎。摻配成品砂採取“平鋪立采”的方法，保證摻配均勻。墊層料的級配應滿足設計要求。墊層料按設計層厚均勻攤鋪，防止分離。採用經過試驗確定的碾壓設備和碾壓遍數進行碾壓。

3.過渡料質量控制

過渡料為弱風化或微風化岩石，採用微差擠壓爆破方法在料場開採，或直接採用洞渣料。在過渡料裝車時剔除超徑石。少量運到壩上的超徑石在攤鋪時剔除。

4.大壩填築碾壓試驗

在施工現場對不同分區的填築堆石石料分別進行碾壓試驗，採用振動平碾進行。在試驗過程中，找出影響壓實效果的因素，確定各種堆石料的填築碾壓以及墊層料斜坡碾壓工藝和施工參數。

5.壩體填築

在壩體填築過程中，通過各分區間設定的定位標誌控制分區界線，防止混料。上游邊坡採用50:70三角尺測坡掛線，防止過大的邊坡盈虧，保證墊層區、過渡區的鋪填寬度，並使鋪料厚度控制在要求的範圍之內。主、次堆石採用“進占式”攤鋪的方法進行填築，使細料小塊石充填於架空或塌陷處，形成較平整的頂面。填築過程中對超出壩體表面的冒尖石或大塊石用夯板擊碎、砸平。靠近岸坡邊界或壩內相鄰填築接坡處利用細料鋪填，防止大料集中或架空。由質量檢查人員在現場值班，當發現有大料集中、架空或漏碾部位時及時指出，並要求施工人員補填細料直至合格。墊層料、過渡料必須攤鋪均勻，嚴禁超厚，不允許填築面上存在順水流方向或兩分區銜接間的大料集中區等情況。

6.壩體相鄰填築區接坡接縫處理

採用台階收坡法填築，台階寬度不小於2米；未採用台階收坡的接縫，隨填築高程的升高，利用反鏟配合推土機逐層進行坡面虛方剝離，接縫處按台階收坡重新碾壓驗收，合格後方可上料填築。施工時採用接坡坡比不陡於1:1.4的台階式結合；對接坡段顆粒級配進行嚴格的控制，壓實後按設計乾容重取樣檢驗。

7.壩料壓實質量檢驗

根據規範要求，採用試坑取樣檢驗方法，測定其乾容重，達不到要求部位必須補壓至合格。每一鋪層確定為1個單元工程，先進行測量放樣，填築完後再進行測量驗收，嚴格控制各分區和上下游的填築邊線，避免超填和欠填。經監理與施工單位質檢驗收合格後方可進行上一層鋪填。

8.混凝土面板質量控制

（1）混凝土原材料選擇及配合比試驗

對於嚴寒地區的面板壩，如何保證面板混凝土達到設計要求的抗凍性和耐久性，至關重要。經過對比試驗，結果表明：原撫順矽酸鹽525號大壩水泥混凝土28d強灰比為0.134~0.145，快速凍融循環達到250次，極限拉伸值大於1.0×10，動、靜彈性模數分別為4.307×10兆帕和3.459×10兆帕，參數較優。摻加SK型引氣複合減水劑不僅有顯著的減水增強效果，而且混凝土的彈性模數最低，極限拉伸值適中，快速凍融循環達250次，有較好的抗凍耐久性能。所以，面板混凝土實際採用的材料是：砂石骨料為當地天然砂礫料，水泥為原撫順矽酸鹽525號大壩水泥，外加劑為SK型引氣複合減水劑。面板混凝土採用的配合比見表4。

表4 面板混凝土配合比表

水泥品種	坍落度（厘米）	水灰比	砂率（%）	水泥（千克/立方米）	砂（千克/立方米）	水（千克/立方米）	小石（千克/立方米）	中石（千克/立方米）	SK外加劑（%）
撫順大壩525號	4~7	0.338	40	340	783	115	707	472	0.32

（2）面板混凝土質量保證工藝措施

混凝土採用薄層澆築，每層澆築厚度為25~30厘米。振搗器選用Φ25、Φ50、Φ70和Φ80的軟軸振搗器，中間部位大面積振搗採用較大的振搗器，鋼筋密集處、止水附近及預埋觀測儀器附近等部位，採用Φ25振搗器，並剔除大骨料。

滑模模板每次提升30厘米左右，控制提升速度不超過3米/小時。為防止模板上浮，加鋼筋配重2~3噸。脫模後的混凝土表面及時進行修整，修整後的混凝土面即被滑模下面拖帶的塑膠布覆蓋。混凝土達到初凝後，及時覆蓋草簾，然後連續灑水養護（冬季除外）。

（3）面板混凝土越冬保溫

面板混凝土越冬保溫措施：澆築面板混凝土時預埋Φ10鋼筋鉤，間排距為2米×8米，外露8厘米。入冬前，在面板上覆蓋5厘米厚聚苯乙烯板，用22鋼筋按預埋鋼筋鉤位置壓在聚苯乙烯板上，並用14號鋼絲綁紮在預埋鋼筋鉤上。聚苯乙烯板之間的接縫用木板壓蓋。

安全措施

採用《混凝土面板堆石壩冬季施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

1.貫徹執行國家安全生產法令、法規，堅持“安全第一”和“安全生產，預防為主，防管結合”的安全生產方針。設立安全領導機構，建立完善的施工安全保證體系，設定專職安全員和班組兼職安全員以及工地安全用電、用火負責人，並形成安全生產管理網路，執行安全生產責任制，明確各級人員的職責，抓好安全生產。

2.加強安全生產教育，認真學習施工技術安全規程，提高安全防範意識，正確使用個人防護用品和安全防護設施。施工現場按符合防火、防風、防滑、防觸電等安全規定及安全施工要求進行布置，並完善安全標識。

3.各類房屋、庫房、料場等的消防安全距離符合有關規定，室內不堆放易燃品；嚴格做到不在料庫等處吸菸；隨時清除現場的易燃雜物；不在有火種的場所或其近旁堆放生產物資。

4.施工現場的臨時用電嚴格按照《施工現場臨時用電安全技術規範》等有關規範規定執行。施工供電線路要經常檢查維護，確保施工用電安全。

5.施工現場要有交通指示標誌，交通頻繁的交叉路口、通道應牢固、平整、整潔、無障礙、無積水，危險地區要懸掛“危險”或“禁止通行”牌，夜間設紅燈警示。

6.夜間施工應有足夠的照明。工作面應採用低壓安全燈。電氣設備必須接零，並有避雷設施；非電氣維護及操作人員禁止維修及操作電器設備。

7.嚴格執行消防有關規定。工地設定安全消防車庫，配備消防車和各種消防器材。定期進行消防檢查。隨時做好滅火準備，及時撲滅火險。

8.冬期施工做好人員、施工設備的取暖、防寒、保溫工作。施工設備須使用適應低溫條件的燃油和潤滑油。在道路沿線事先備足爐渣、風化砂等防滑材料，安排專人、配備專用設備做好施工道路的養護、防滑工作。

環保措施

《混凝土面板堆石壩冬季施工工法》的環保措施如下：

1.成立相應的文明施工和環境保護領導機構，全面貫徹國家和有關部門關於文明施工、環境保護的法令、法規和規章制度，對施工現場文明施工、環境保護進行統一領導、管理和檢查監督。制訂切合實際的文明施工、環境保護制度，貫徹到每個施工人員中去。對全體施工人員進行文明施工、環境保護教育，在進行技術交底的同時進行文明施工和環境保護詳細交底。

2.加強對施工燃油、工程材料、設備、廢水、生產生活垃圾、棄渣的控制和治理，遵守有關防火及廢棄物處理的規章制度，做好交通環境疏導，充分滿足便民要求，隨時接受相關單位的監督檢查。

3.生產、生活設施布置按監理工程師簽證批准的方案進行，儘可能減少對道路、耕地、綠地的占用。對工地範圍的原有植被、樹木、耕地、水利設施做好保護工作，儘可能不改變原有的生態環境。如確因施工需要使用征地範圍以外的土地，須徵得當事人或管理部門同意後方可使用。因施工需要使用當地公共設施時，以不影響周圍居民正常生活為原則。

4.對施工中可能影響到的各種公共設施制定可靠的防止損壞和移位的實施措施，加強實施中的監測、應對和驗證。

5.合理安排施工作業時間，附近居民休息時間儘可能不安排對當地居民干擾大的作業，選用先進環保設備，採用隔聲措施，降低施工噪聲到允許值以下，減少因施工造成的對周圍居民生活的干擾。

6.加強施工現場管理，現場設備、材料堆放合理整齊，做到工完、料盡、場地清。

7.設立專用排漿溝、集水井，對廢漿、污水進行集中、處理及排放。

8.做好棄渣及其他工程材料運輸過程中的防散落、防沿途污染措施，廢水除按環境衛生指標進行處理，並按要求定點排放。棄渣及其他廢棄物均按要求堆放及處理。

9.施工結束後，按相關要求儘快清理並撤離施工現場。

效益分析

《混凝土面板堆石壩冬季施工工法》的效益分析如下：

嚴寒地區混凝土面板堆石壩冬期施工在技術上是可行的。冬季的連續施工，更加顯示了混凝土面板堆石壩施工快捷、經濟的優越性。

蓮花水電站工程由於混凝土面板堆石壩的冬期施工，為電站提前兩年發電提供了條件，而電站提前兩年發電創造了12億元以上的經濟效益。

混凝土面板堆石壩是一種比較安全、經濟的壩型。此工法使在寒冷地區乃至嚴寒地區修建混凝土面板堆石壩得以實現。

註：施工費用以2005-2006年施工材料價格計算

套用實例

《混凝土面板堆石壩冬季施工工法》的套用實例如下：

• 實例1：蓮花水電站

1.工程概況

蓮花水電站位於黑龍江省牡丹江地區，多年平均氣溫3.2℃，絕對最低氣溫-45.2℃，屬嚴寒地區。施工期實測最低氣溫為-37.5℃。大壩最大壩高71.8米，壩頂長度902米，壩體填築總量423.5×10立方米，混凝土面板面積7.54×10平方米，屬大型混凝土面板堆石壩。

2.施工情況

蓮花電站1992年開工。為加快施工進度，當年冬季進行了大壩壩基土方凍土開挖及石方開挖。石方開挖採用常規爆破法（手風鑽鑽孔分層開挖的方法）與特種爆破方法（洞室爆破）相結合的方式進行。主堆石區和下游堆石區填築採用進占法，墊層區和過渡層區填築採用後退法進行。利用T330推土機和D85推土機配合攤平，水平碾壓採用13.5噸振動碾。為了保證工程施工質量，進行填築碾壓試驗，通過不斷摸索，確定了冬期施工碾壓不加水、薄層及增加碾壓遍數的措施，有效地解決了冬期施工的難題，確保了工程質量。

蓮花水電站施工期為1992年11月13日至1998年12月31日，期間1992~1996年的五個冬季未間斷施工。

3.工程監測與結果評價

蓮花水電站工程施工質量良好，滿足國家有關規程規範要求。自1996年8月22日蓄水以來，大壩、二壩、溢洪道等擋水、泄水建築物歷經12年的洪水期考驗，一直運行正常。

蓮花水電站大壩整體質量優良。填築密實，施工期沉陷量僅為壩高的0.17%；面板板面平整、光潔；總面積7.54×10平方米的混凝土面板裂縫數量僅為57條；大壩最大滲漏量只有12升/秒。大壩已經經過了12個嚴寒冬季和汛期的考驗。

• 實例2：小山水電站

1.工程概況

小山水電站位於吉林省撫松縣境內，主要由混凝土面板堆石壩、溢洪道、引水發電系統等組成。混凝土面板堆石壩高86.3米，壩頂寬8米，壩頂長325米，堆石填築量142.79×10立方米，碎石墊層填築量8.62×10立方米。

2.施工情況小山大壩壩基開挖採用自上而下分層分階段的方式。凍土層採用藥壺爆破，利用電鏟裝自卸車出渣。堆石體填築採用自卸車運輸上壩料，採用前進和後退混合法卸料，過渡料、墊層料採用平起鋪料後退法卸料，利用T330B推土機和D85推土機配合攤平，水平碾壓採用17.5噸振動碾，斜坡碾壓採用11.5噸振動碾。在負溫條件下，採用了蓮花大壩成熟的施工技術，保證了大壩施工質量，達到了設計要求。

小山水電站施工時段是1993年6月1日至1999年12月31日。

3.工程監測與結果評價

小山水電站工程於1993年6月開工，1994年11月份截流，1997年9月下閘蓄水，1997年12月首台機組併網發電，1998年6月第二台機組正式併網發電，1999年底樞紐工程全部完成，2000年5月通過竣工驗收安全鑑定，2001年9月通過樞紐工程專項竣工驗收。小山大壩蓄水以來，已經歷了10個汛期的考驗，樞紐工程建築物安全穩定，運行正常。

• 實例3：雙溝水電站

1.工程概況

雙溝水電站位於吉林省撫松縣的第二松花江上游松江河上，攔河大壩是以安山岩為主要築壩材料的混凝土面板堆石壩，最大壩高110.00米，壩頂長294.00米，上游壩坡1:1.4，下游平均壩坡1:1.52，壩體填築總方量為250×10立方米，面板總面積3.7×10平方米。該工程於2005年1月開始施工。

2.施工情況

雙溝水電站於2004年11月30日截流。大壩施工採用中國水利水電第一工程局的嚴寒地區混凝土面板堆石壩施工技術。該工程計畫2008年末首台機組發電，2009年完工。

3.工程監測與結果評價

該工程為東北嚴寒地區最大壩高的面板堆石壩。通過該工程的建設，嚴寒地區混凝土面板堆石壩施工技術將得到進一步發展。

榮譽表彰

2008年1月31日，中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2008]22號”檔案發布《關於公布2005-2006年度國家級工法的通知》，《混凝土面板堆石壩冬季施工工法》被評定為2005-2006年度國家二級工法。