土石坝心墙分界面双料摊铺器的研制与应用

韩 兴， 刘 东 方

(中国水利水电第五工程局有限公司 长河坝施工局，四川 康定 626001)

1 工程概述

长河坝水电站位于四川省甘孜藏族自治州康定县境内，为大渡河干流水电梯级开发的第10级电站，工程区地处大渡河上游金汤河口以下约4～7 km河段上，坝址上距丹巴县城82 km，下距泸定县城49 km，距成都约360 km。水库正常蓄水位高程1 690 m，正常蓄水位以下库容为10.15亿m3，总库容为10.75亿m3。调节库容4.15亿m3，具有季调节能力，电站总装机容量2 600 MW。

拦河大坝为砾石土直立心墙堆石坝，最大坝高240 m，坝顶高程1 697 m，最大坝高240 m，坝顶长502.85 m，上、下游坝坡坡比均为1∶2，坝顶宽16 m。心墙顶高程1 696.4 m，顶宽6 m，心墙上、下游坡度均为1∶0.25，底高程1 457 m，底宽125.7 m。心墙上、下游侧均设反滤层，上游设一层反滤层(为反滤层3)，厚度8 m，下游设2层反滤层，分别为反滤层1和2，厚度均为6 m。大坝结构见图1。

图1 长河坝水电站砾石土直心墙坝典型结构图

2 采用双料摊铺器施工的设想

高堆石坝反滤料设计宽度大，采用“先砂后土法”施工，反滤料单料摊铺器一次摊铺成型困难。该工程在原施工方案中针对反滤料与砾石土结合部位的填筑拟采用我单位自行研制的、获国家专利的产品——反滤料摊铺器。反滤料摊铺器是一钢结构的框架无底箱体，由角钢和钢板制作而成。其尾部梯形出料口宽度和高度分别为反滤料设计宽度和其施工填筑厚度。反滤料由自卸汽车直接卸入其内，由推土机或反铲牵引，一次性将反滤料摊铺成型。

坝体填筑初期，笔者随同技术人员根据该工程特点加工完成了反滤料摊铺器(宽度6 m，以适应摊铺反滤料1、2、3)并进行了试验性摊铺。摊铺过程中，由于摊铺器宽度较大，箱体内料堆摩擦阻力相对较大，摊铺器在拖行前进过程中出现左右摆动，摆动过程使连接架一侧受拉成倍增加而导致连接架焊接处开焊，摊铺器拖拉成型面边线扭曲呈波浪形，且“先砂后土法”存在砂-土之间呈锯齿状施工缝而不能达到理想的“砂-土”间平顺、准确的成缝，对于高堆石坝而言，因反滤料设计宽度较大，采用一次性摊铺成型方案不可行。

3 双料摊铺器的设计

为解决土石坝砂-土分界面采用常规施工方法存在的问题，技术人员结合现场施工情况考虑采用先单独施工反滤料与砾石土料边界部位，再进行其他剩余大面填筑的施工方案。在反滤料摊铺器设计的基础上，研制加工出了一种能够同时完成砂-土边界区土料及反滤料各具一定宽度的双料摊铺器进行砂-土分界面的摊铺施工，将分界面一次摊铺成型。

双料摊铺器的设计及制作过程：

双料摊铺器采用钢板加工并以槽钢或工字钢作为其肋以保障其整体性焊接而成的箱式无底结构。摊铺器的设计尺寸为：高1 m、宽3 m、长4 m，以满足装载机的斗容量和卸料方便。在摊铺器中间增加料仓分隔钢板，且料仓分隔钢板根据填筑料边界按设计坡比焊接布置。双料摊铺器料仓由设定坡度的分隔钢板分成两个料仓。两料仓仓面尺寸均为宽1.5 m、高1 m、长4 m。

考虑到不同料种碾压后沉降量的不同，且为保障碾压施工质量，在制作两侧料仓出料口高度时参考了对应料种生产性碾压试验确定的沉降率，出料口高度即为两种料的摊铺成型厚度；同时，考虑到分隔钢板部位脱空造成分界部位料物坍陷，在摊铺器料仓分隔板两侧料仓出料口顶部各留有梯形缺口(补偿料口)以保证料种分缝部位的碾压效果。摊铺料仓采用方钢三角架连接推土机，推土机沿砾石土料与反滤料边线牵引摊铺器前进一次完成摊铺。双料摊铺器设计结构见图2。

图2 双料摊铺器制作加工结构图

4 双料摊铺器的应用

双料摊铺器加工制作完成后，技术人员进行了现场摊铺试验。双料摊铺器能同时摊铺砾石土及反滤料两种料，摊铺面边线整齐，不再有砂-土相互侵占现象出现。首次摊铺速度为5 m/min(操作人员熟练后摊铺速度还会提升)且施工质量易于保证，试验证明该方案可行。技术人员遂根据现场试验结果制定了新的心墙区填筑施工工艺，具体施工工艺如下：

(1)层面处理及验收。

每层分界面铺筑前，人工将层面上的杂物清理干净，经监理工程师验收合格后方可进行下道工序施工。

(2)测量放线。

层面验收合格后，测量人员使用手持式GPS测量仪按设计图纸放出心墙土料及反滤料的铺料边线并将边线用白灰标记。同时，施工人员在距离料种分缝线1.85 m(推土机中线至履带板边缘距离)处平行放线并洒白灰线，画出推土机行走轨迹引导线，以保证推土机行走路线的顺直。

(3)双料摊铺器就位。

用反铲挖掘机将双料摊铺器吊装至分界区左、右岸一侧对应摊铺位置，将双料摊铺器的料种分割板与料种分界线重合，双料摊铺器方钢连接架方向朝向铺料方向，并连接在推土机机身后面的连接插销上。

(4)卸 料。

将装有反滤料及砾石土料的自卸汽车采用后退法将砾石土料及反滤料分别卸在分界区各自准备摊铺的位置上。反滤料应采用单车分堆卸料的方式卸料，以保证卸料堆占地尺寸满足摊铺作业要求，便于后续摊铺作业施工。

(5)摊 铺。

由推土机沿分界线牵引双料摊铺器一次完成铺料。摊铺过程中，装载机或液压反铲及时跟进给料(图3)。当铺料箱偏离白灰线距离超过5 cm时应及时用挖机进行调整。如此连续作业，将分界面铺筑完成。对于靠近岸坡处、摊铺器难以铺筑的局部地方用反铲进行摊铺。砂-土分界面完成摊铺后，进行心墙区剩余部位的填筑施工。采用进占法填筑心墙土料，后退法填筑上、下游侧的反滤料。

(6)碾 压。

当整段分界面(3 m宽)铺筑完成后，采用26 t自行式振动平碾(碾宽2.2 m)沿铺筑方向(振动轮中线对准分缝线)碾压，静碾2遍+振碾12遍(按砾石土的碾压参数碾压，本次碾压完成后不再进行跨缝碾压)，将振动碾的行走速度控制在2.5±0.2 km/h。

(7)检 测。

分界面碾压完成后，试验人员采用试坑灌水法检测压实度/相对密度及其颗粒级配。取样频次：1次/500 m3，每层至少1次。

5 应用效果

图3 双料摊铺器摊铺砂-土边界区施工

(1)成功实现了砂-土边界填筑松坡平齐施工，并且首次100%按照设计体型完成了心墙土料与反滤料设计收坡坡比的填筑施工。

(2)砂-土分界部位一次摊铺成型，填料尺寸清晰，避免了料种相互侵占，减少了浪费。

(3)对于心墙土料及反滤料分界部位，采用双料摊铺器完成摊铺，解决了采用常规施工方法中推土机摊铺边界部位粗颗粒易于集中等问题，提高了接缝施工质量。

(4)有效地解决了采用常规施工方法最大的施工干扰问题，能有效控制填筑面的摊铺层厚。根据不同料种碾压沉降量设置的不同铺料厚度以及创造性地增设补偿料口，在很大程度上提高了分界部位的碾压质量，对土石方填筑，特别是双料分界部位的填筑施工具有极大地实用及推广价值。

6 结 语

采用新研制的双料摊铺器进行砂-土分界区摊铺作业，砂-土各1.5 m范围一次摊铺后再进行大面填筑的施工方法是传统施工方法的一次技术革新，解决了常规砂-土分界面施工方法存在的料种间相互侵占、填筑料尺寸不规范、施工效率低、施工干扰大、质量隐患多等诸多问题。减少了边界处理工序，节约了施工成本，提高了边界部位的施工质量。

值得注意的是：采用后退法进行分界区土料卸料时，对上料路线必须进行专项规划，尽量避免重车在心墙土料上行走对土料造成的剪力破坏。摊铺作业完成后，应及时用凸块碾对车辆行驶及装载机上料压光土料面重新进行刨毛处理。

笔者认为：双料摊铺器及其心墙分界面施工新方法适用于高土石坝不断提高的施工进度及质量要求，可在高土石坝施工中大力推广。