面板堆石坝挤压边墙混凝土配合比优化

张蕊蕊

摘要：挤压边墙被广泛应用于水利水电工程面板堆石坝上游护坡施工中，目前挤压边墙混凝土配合比设计均以类似工程参照设计。对此，本文首先对挤压边墙施工工艺技术进行了介绍，并以肯尼亚斯瓦克大坝工程为研究对象，对挤压边墙混凝土配合比进行优化改良，以期为类似工程提供借鉴。

关键词：面板堆石坝；挤压边墙；混凝土配合比；优化

一、背景技术

肯尼亚斯瓦克大坝位于Makueni郡和Kitui郡交界的Athi河与Thwake河汇流下游1km处。大坝为混凝土面板堆石坝，坝顶长度1550m，最大高度80.5m，坝顶宽度10m。大坝上下游边坡均为1:1.4(EL906.7以上，边坡坡比局部根据坝顶起拱需要进行微调）. 挤压边墙C1混凝土为3.33万m3，上游边坡垫层料水平宽度为4m，垫层料填筑29.03万m3.

1.挤压边墙设计特点要求低强度、低弹模，满足大坝面板的沉降。

2.边墙挤压施工与垫层料、过渡料的施工同步进行。挤压边墙施工与垫层料、过渡料填筑顺序如下图所示（①②③④⑤为填筑摊铺顺序）：

3.搅拌车就位卸料：混凝土由系统拌和站拌制，拌和时按设计要求掺用减水剂，混凝土运输采用搅拌车利用填筑道路运输。搅拌车卸料，出料均匀时再掺入挤压机受料仓，混凝土罐车与挤压机同步行走，人工辅助卸料。挤压机行走时要保持与控制线的偏差在2cm以内，以保证挤压墙坡面的平整度。

4.边墙挤压：挤压边墙的起点和终点采用人工立模浇筑，使用同样的混凝土材料，掺入速凝剂，每层铺料10cm，夯锤击实。因机械原因边墙与两岸岸坡趾板不能直接接口，使用与边墙同断面的定型模板定位，小翻斗车运料，人工入仓、采用钢钎或木棒捣实。混凝土罐车采用前进法卸料，速凝剂由挤压机设置的外加剂罐边行走边向进料口添加，挤压机行走速度控制在40～60m/h。

5.表面及层间修补：对于因各种原因引起的各层混凝土挤压墙之间的错台，水平距离大于2cm时，必须进行测量放线，人工挂线、找平或铲除整平；每层成型后，及时对空缺、凸凹、层间接茬、边墙坍塌等缺陷，及时地进行人工修补。

在水利水电工程面板堆石坝上游护坡施工中，目前采取的方法是使用挤压边墙机利用挤压滑模远离，通过机械挤压力形成墙体，依靠反作用力行走延续成墙。挤压边墙的特点是简化施工工艺和设备，提高大坝施工进度及安全性，挤压边墙与垫层料的摊铺可实现同步上升。

二、当前挤压边墙配合比的技术问题

但目前挤压边墙混凝土配合比并没有设计规范，相关类似工程挤压边墙混凝土配合比采用经验配合比多为水泥和大坝特殊垫层料掺配外加剂进行掺配，因挤压边墙机工作原理为成型腔内拌合料在螺旋机挤压和振动器激振力的综合作用下，使混凝土充满整个成型腔，并达到设定的密实度，在螺旋叶片轴向推力的作用下，挤压边墙机以密室的混凝土为支撑向前移动，机后连续形成几何断面形状的混凝土边墙。挤压边墙混凝土的中胶凝材料含量及特殊垫层料含砂量均较低，在实际生产中螺旋机叶片会出现卡顿并磨损严重，更换配件的频次增加，维修成本增高。

三、面板堆石坝挤压边墙配合比设计

为解决上述技术问题，对水利水电工程中面板堆石坝挤压边墙混凝土配合比进行优化，包括以下步骤：

1）对原材料水泥、河砂、特殊垫层料、粗骨料及外加剂进行检测，满足设计要求

2）试验室室内确定下表的理论配合比进行试配，满足低强度、低弹性模量要求；

项目	水泥kg/m3	大坝特殊垫层料kg/m3	河沙kg/m3	5-20骨料kg/m3	速凝剂 %	28天强度MPa
配合比1#	75	2144	-	-	4	1.3
配合比2#	75	-	1175	1175	-	1.1
备注	普通硅酸盐水泥		中砂

3）在施工前，对室内确定的不同混凝土配合比进行了生产性对比试验，主要对不同水泥用量和不同种类混料的施工效果及经济性进行对比。

挤压边墙混凝土采用HZS90B型拌合站生产，混凝土搅拌车运输下料；根据测量边线，由专人控制挤压边墙机的行走方向；混凝土在搅拌车内的停留时间不超过2小时，保持搅拌车行走方向与速度与挤压边墙机保持一致，搅拌车出料均匀且速度始终。边墙端头混凝土采用人工夯填施工，模板采用木模。

在挤压边墙施工过程中，1#配合比外观出现蜂窝、垮塌及卡石、外观形象差等缺陷，行进速度慢。2#配合比未出现蜂窝、不易垮塌及卡石、外观形象好、行进速度满足施工要求。在拌合站入罐情况2#配合比1#配合比更易入罐。最终采用挤压边墙混凝土配合比为：水泥：骨料（20mm）：河砂：水=75（kg/m3）:1175（kg/m3）:1175（kg/m3）:125-130（L/m3）

4）挤压边墙混凝土配合比优化后经济效果

1）设备维护成本

本发明所采用的方法，混凝土拌合料能顺利进入搅拌车，并能均匀进入挤压边墙机搅拌仓内，保证挤压边墙机能匀速前进，机后易形成满足要求的混凝土边墙，有效降低成型腔内拌合料和叶片之间的摩擦阻力

。在满足低强度、低弹模的要求的同时，降低了后期设备维修成本。

2）人工和材料成本

相比国内传统配合比，本发明用河砂和5-20mm粗骨料替代原有的特殊垫层料，在保证胶凝材料不变的情况下，提高了含砂量，使混凝土拥有更好的嵌锁能力，不加外加剂仍可挤压成型，节约了外加剂材料费和添加外加剂的人工费。

3）挤压边墙混凝土优化后配合比成型外观形象好、提高效率。

挤压边墙混凝土优化后配合比所采用的材料为水泥、河砂及5-20mm粗骨料，没有使用外加剂，相应材料用量少，设备在挤压过程匀速前进，不易出现卡顿、坍塌现象，缩短了挤压边墙的施工时间，加快后续工作施工，提高了工作效率。因采用河砂，含砂量高，成型后的挤压边墙空隙率降低，工程外观形象好。

结束语：

在面板堆石坝挤压边墙配合比设计中，在借鉴类似工程经验基础上，对配合比进行优化，配合比由水泥和大坝垫层料掺配改成水泥、河砂和5-20mm骨料掺配，最终确定挤压边墙混凝土配合比为：水泥：骨料（20mm）：河砂：水=75（kg/m3）:1175（kg/m3）:1175（kg/m3）:125-130（L/m3），可以实现降低挤压边墙机螺旋叶片的磨损率，降低了后期设备维修成本，并节约了材料费和人工费，经济效果好；含砂量高，成型后的挤压边墙空隙率降低，不易出现卡顿、坍塌现象，缩短了挤压边墙的施工时间，加快后续工作施工，提高了工作效率；工程外观形象好。

参考文献：

1. 《卡基娃面板堆石坝施工技术》
2. 《水布垭面板堆石坝施工技术》
3. 《混凝土面板堆石坝挤压边墙技术规范》

作者简介：张蕊蕊(1988.10-)，女，汉族，河南漯河，大学本科，中级工程师，研究方向：工程类试验与检测技术。