CSGR筑坝技术在尼泊尔上崔树里1水电站上游围堰施工中的应用

CSGR筑坝技术在尼泊尔上崔树里1水电站上游围堰施工中的应用

刘矿军

中国水利水电第六工程局有限公司   辽宁沈阳   110000

摘要：CSGR筑坝技术是基于国内外实践提出的一种水利工程建设技术，既通过合理的结构设计和边界施工工法，将水和少量的胶凝材料添加到当地现成的天然砂砾石料或其它开挖弃渣中，然后采用简单的拌和装置拌合，通过碾压胶结起来进行筑坝的方式。本文从CSGR填筑料、施工工艺、质量控制等进行了介绍和总结，具有一定的参考价值。

关键词：水电站；CSGR筑坝技术；围堰工程

1. 工程概况

上崔树里1水电站项目位于尼泊尔热苏瓦区境内，崔树里河干流，是一座以发电为主的传统径流式水电站，电站设计安装3台装机容量216MW（3*72MW）立式混流式水轮发电机组，工程包括首部枢纽（挡水坝、进水口、鱼道、进水隧洞、沉砂池）、输水系统（引水隧洞、调压室、压力竖井、压力钢管）、地下发电系统（地下厂房、主变室、尾水）、开关站和一条长约1.2km的220kv单回输电线路以及10km的11KV配电线路等。

上崔树里1水电站工程具有工程量大、工期紧的特点，因此，该工程在一枯一汛期间如何完成围堰施工保证导流是制约工程进度成败最关键的问题。综合考虑地形地质条件、工程布置及水文资料，采用硬填围堰和1个导流洞。枯水期围堰设计标准为20年一遇，相应流量为208m3/s，河水由上游围堰阻拦进入施工导流洞泄洪，进口水位1251.5m。汛期以全年5年一遇洪水为设计防洪标准，通过联合流量计算，上游围堰和导流洞的径流量、通过围堰和导流洞的径流量分别为1074.76 m3/s和291.54 m3/s，进口水位为1260.5 m。汛期全年20年一遇洪水时，上游围堰和导流洞泄洪，通过围堰和导流洞的流量分别为1529.63 m3/s和297.57 m3/s；进口水位为1262.3 m。

尼泊尔上崔树里1水电站位于上崔树里河流域，降水量集中，水流量大，水头高，项目部组织了专家对各种坝型进行了分析。常规情况下采用土石坝围堰，但由于土石坝易被洪水冲刷，很难保证坝基的安全，洪水过后大量的围堰筑坝材料将覆盖坝基，恢复生产较麻烦，而碾压混凝土围堰的施工工艺相对复杂，为确保围堰工程质量，项目部不断优化施工方案，采用了介于弹性和塑性堰的过渡堰型，以CSGR碾压围堰替代原招标土石围堰，整体提高了围堰的渗流稳定和结构稳定性，并可以加快施工进度，且能承受汛期洪水的冲刷，还能保证工程工期。

2. CSGR围堰填筑前准备
   1. 材料来源
      1. 骨料

隧洞或其它地下工程爆破施工过程中挖掘出的石渣、岩屑以及粉尘土。本工程洞挖石渣的岩石类别为常见的石英岩片岩（石英岩和黑云母片岩夹层石英岩）和片麻岩，石英岩具有高叶状和坚硬性，片麻岩坚硬且呈块状。岩石的主要单元是块状石英岩片岩，围岩类别为Ⅱ类、Ⅲ类。右岸8#弃渣场作为CSG砂石骨料的主料场，距堰址约 0.4km的河边，弃渣总量约20万m3。主要是导流洞、沉砂池及引水洞开挖弃渣，天然级配粒径小于300mm占70%，且80mm占85%，石渣质量好，含泥量小。

2.1.2.其他材料

市场上常见合格的普通硅酸盐水泥、普通粉煤灰、减水剂以及地表水。

表格 1-1 材料来源表

2.2.材料筛选

2.2.1.骨料的选择

骨料是混凝土材料中至关重要的部分。

由目前 CSGR 碾压坝技术从筑坝材料来看，一般仅需剔除超粒径的骨料，不需要级配调整，筛分和冲洗，这使得CSGR碾压坝与常规的混凝土坝骨料相比，设备及工艺都大大简化。

通常水利工程中堰坝建筑体设计寿命都在50年到100年之间，但实际上，其工作年限会比设计寿命更长，这就意味着，建筑体混凝土的耐久性与稳定性需要严格控制，然而过大粒径的洞渣会大大影响混凝土的耐久性与稳定性，本文使用粒径小于 150mm的洞渣做CSGR碾压坝的骨料，表格 1-2 是一些已建成的水利工程中使用的粒径参数。

表格 1-2 国内外 CSGR 骨料粒径参数表

2.2.2.水泥的选择

水泥一般在混凝土中充当胶合剂的作用，使混凝土变得坚固、耐用，并且具有各种优异的性能，本文使用符合国家标准的普通硅酸盐水泥。

2.2.3.粉煤灰的选择

在混凝土中添加合适量的粉煤灰，可以减少水泥的用量，提高建筑材料的性能和质量，降低生产成本，减少环境污染。本文使用符合国家标准的普通混凝土用粉煤灰。

2.2.4.减水剂的选择

减水剂是一种常用的混凝土添加剂，用于减少混凝土中的水分含量，从而改善混凝土的工艺性能和性能，本文使用符合国家标准的磺酸盐减水剂。

2.2.5.水的选择

水在混凝土中是一种不可或缺的重要成分，其对混凝土的性能和耐久性产生着重要的影响，本文使用平常的地表水、井水。

表格 1-3 材料筛选表

2.3.施工总体布置

2.3.1.场外道路及入仓道路布置

由右岸8#弃渣场运来的洞渣、外购水泥、粉煤灰等原材料均从大坝进场施工道路直接运输到现场的拌和场地中。拌和后的CSGR料，分别从左、右岸各一条入仓道路运往仓面，入仓路随堰体上升逐渐抬高，直至设计堰顶高程为止。

2.3.2.施工风、水、电布置

CSGR拌和、养护及堰基与岸坡冲洗用水均采用水泵直接从上游抽取。施工动力及施工照明用电均由位于大坝左岸的630KVA变压器电。

2.3.3.材料堆放场

右岸8#弃渣场弃渣经筛分后放在原地，水泥、粉煤灰等袋装原料料堆放在拌和场附近。

2.3.4.拌和场设置

设在围堰下游50米河床左岸,主要拌制碾压式CSGR。

2.4.CSGR围堰研究设计

2.4.1.碾压试验

在填筑围堰前先进行现场碾压试验，模拟施工进行生产性工艺试验，以确定机械设备选型，设备选型主要是指自卸车、装载机、挖掘机和振动碾等。通过现场实际碾压试验，本工程选用的设备为20T自卸车、履带式300型挖掘机和17T振动碾。

2.4.2.浆液水灰比试验

在生产性工艺试验场地，在变态区划分几个区域，用不同的水灰比对变态区进行加浆，试验不同水灰比的浆液在 CSGR中的扩散程度、振捣难易和振捣质量。通过试验，确定水灰比为1:0.6。

2.4.3.施工工艺参数选择

工艺参数主要是指：围堰的铺筑方式、松铺厚度、碾压遍数、加水量、行车速度和CSGR料拌和方式和次数。本工程采用端退法通仓铺筑，松铺厚度70cm，压实层厚60cm，碾压遍数为5遍。先静碾压2遍，再有振碾压3遍（碾压面出现反浆为准），两条相邻压实条间距控制在20cm~40cm，连接带间距控制在100cm内。行走速度控制在1.0~1.5km/h。

3.  CSGR围堰施工
   1. 施工工艺

CSGR的施工工艺流程基本和碾压混凝土相似，主要施工工艺为:拌料→运输→入仓卸料→平仓→碾压→变态区加浆振捣，但对砂石骨料后控指标、基础的技术处理均比RCC低得多，而且不需要温控措施。分层压实后6-18h内由质检人员按试验参数现场实际情况，通知专职养护人员洒水养护。但统一的设计、施工规范还有待继续实践探索。

3.2.CSGR制备工艺

3.2.1.计量

计量袋装水泥、粉煤灰等胶凝材料由人工拆包后用装载机斗运输入拌和场；弃渣筛分料在入仓前通过实验室测定自然容重，并测定自卸车容积，用自卸车按容积法(斗容)计量直接从右岸8#弃渣场筛分料堆挖取；拌和水通过外接流量表计量读数。

3.2.2.拌合

CSGR碾压坝的骨料粒径偏大，常规的拌合站难以满足拌合需求，需设置形状内似两个并列不封口的池子的拌和场。由自卸车在平台上将筛分料倒入仓中，加入定量的水泥、粉煤灰等胶凝材料后，采用装载机通过数次装料、提高、卸料过程将骨料在第一个池子和原料混合，然后翻铲到第二个池子，如此反复循环。干拌完成后，通过外接水管加入水，用水桶加入稀释后的减水剂后进行湿拌，直到混合物的颜色基本均匀。

3.2.3.运输及入仓

无论是空车还是载重，行驶速度控制在5Km/h内。自卸车行车路线尽量避开己铺砂浆或水泥浆的部位，避免急刹车，急转弯等有损CSGR质量的操作。

为保证仓面不被污染，需要对进入仓面自卸车轮胎进行冲洗处理。在距入仓口30m～50m的位置设置洗车槽，按照轮距布置一长13m宽4m的冲洗槽，并配置一台高压水枪辅助。同时，在冲洗槽至入仓口间的道路（6m宽）采用碎块石料铺筑，上铺15cm～20cm碎石层，作为脱水路段，保证进仓后自卸车不带水。

3.3.贫浆CSGR施工工艺

3.3.1.卸料与摊铺

（1）卸料从右岸向左岸、从下游向上游分条块进行。每一条带起始卸料采用梅花形布料作业，料堆中心间距约5m，排距约4m，卸料两排形成4m左右宽条带。自卸车采用退铺法卸料，控制卸料高度不高于1.5m，卸料尽可能均匀。料堆边缘与模板的距离应大于1.2m，与模板接近部位辅以反铲或人工铺料。

（2）条带形成后开始平仓，随卸料延伸推进。采用反铲平仓。

（3）卸料平仓时先铺中部贫浆CSGR，再铺上、下游侧富浆CSGR， 严格控制分界线。

3.3.2.碾压

（1）每碾压层平仓一次。碾压厚度及松铺厚度由工艺试验确定。

（2）采用17吨钢筒振动碾，二档振动，碾压遍数及振动遍数由工艺试验确定。

（3）振动碾的行走速度在1.0~1.5Km/h 范围内。

3.3.3.缝面及层间处理

（1）拌和物从拌和到碾压完毕的历时应不大于3h，料堆放时间过长而造成的表面泛白，应铺洒净浆或喷雾处理。如果由于气温、风力等因素的影响，碾压层面由于水分蒸发而致VC值太大，发生久压不会泛浆时，应在有振最后二遍在表面洒水进行水分补偿碾压，水份补偿的程度以碾压后的层面湿润为准，不允许过多补偿水份。振动碾碾压时层面水泥砂浆随振动碾的流动状态是不允许的。当密实度低于设计要求时，应进行补碾，补碾后仍达不到要求，应返挖、加浆振捣处理。

（2）连续上升铺筑的层间允许间隔时间不允许超出初凝时间，若超出初凝时间，对层面均匀散铺水泥净浆。

（3）考虑到CSGR强度低，压实密度相对低，冲洗压力大，对已凝结的CSGR会造成较大面积的损坏，故缝面处理主要以清除CSGR硬化缝面的浮浆及松动骨料为主。由于CSGR几乎不透水，层面不需要作凿毛处理。设计对层缝面抗剪断性能要求不高的，可将硬化缝面清扫干净。

（4）边缘部位斜面的坡比1:4，在这样的斜面上可以使用振动碾压机碾压。如果斜面太陡，将会影响振动碾压机行走。如果斜面太缓，搭接面积变大，增加后期搭接面的处理量。

3.3.4.养护

（1）CSGR终凝后即进行养护，使其面层保持湿润状态，平面养护应持续到上一层CSGR开始浇筑时。

（2）CSGR的养护工作应指派专人负责，并做好养护记录。

（3）施工过程中，采取土工布覆盖洒水措施，使仓面始终保持湿润。

3.4.富浆CSGR施工工艺

3.4.1.支模

堰面采用钢模进行翻模施工，随碾压厚度上升。

3.4.2.卸料与摊铺

卸料由挖机进行，摊铺由人工进行。铺设层厚由工艺试验确定。

3.4.3.加浆

加浆采用两层加浆法，即在顶层和底层各铺一层净水泥浆，加浆量由工艺试验确定。浆液制备由高速搅拌机制备，搅拌时间30s。

3.4.4.振捣

因颗粒料中有大粒径骨料且为散粒体，为防止振捣棒无法插入底部，采用平板振捣器振捣。振捣至全面泛浆、人在上面行走高微弹性、仓面没有骨料集中的外观为标准。

4. 施工质量控制
   1. 配合比的控制

配合比控制是混凝土配制和生产中至关重要的一环。控制好配合比可以保证混凝土的强度、均匀性、耐久性等性能指标，同时还可以节约原材料和提高生产效率。

4.2.厚度的控制

在施工过程中，不断进行测量和检查，对每层工序的碾压厚度和密实度进行记录和评估，及时调整和改进施工方案和碾压机的参数，保证施工质量和路面的平整度和耐久性。

4.3.施工缝的控制

碾压混凝土施工缝是指混凝土地面在碾压完成后，形成的横向或纵向接缝。由于混凝土地面的收缩和膨胀，以及外力的影响，这些缝隙会逐渐扩大，影响地面的美观度和使用寿命。因此需要在施工缝处喷入水泥浆，让其自然渗入施工缝中，填补缝隙，以达到密封结合的效果。

4.4.VC值的控制

VC 值大小与碾压效果和碾压质量有直接关系，且对 CSG层间结合性能影响较大。除此以外，VC值的大小，对仓面的机械施工关系也很大。现场施工经验表明，现场 VC 值小于5s，会出现弹簧土，甚至导致单钢轮碾压机陷车，VC值控制在9~11s之间的碾压质量较好。

4.5.堰体CSGR与岸坡接合部位的控制

由于两岸边坡存在坡度，变态区加浆宽度要根据岸坡坡度而定，保证底层铺筑料加浆振捣的宽度以满足设计要求。除此之外，与岸坡接合部位的变态区的CSGR原料级配及砂率要较好。对于集中的骨料要分散，级配严重不连续的要用人工进行调整，同时，对加浆量和振捣质量要加强控制。

5. 注意事项
   1. 防雨

在碾压混凝土施工过程中，防雨是非常重要的，碾压混凝土是一种水泥基材料，其含水量和水分迁移对碾压混凝土的性能、强度、耐久性等方面都有很大影响。

5.2.防初凝

初凝是指混凝土中水泥颗粒与水反应后，形成的胶凝体开始硬化的过程。在混凝土初凝阶段，混凝土的流动性逐渐减弱，成型和施工变得更加困难，如果混凝土在初凝前没有完成浇筑和整形，会出现不均匀和开裂等质量问题，而影响混凝土的强度和耐久性。

通常来说，碾压混凝土的初凝时间一般为 3-6 小时左右，因此下一次层的铺设碾压工作须在第一层初凝时间之内完成，如出现不可抗拒条件，需在断层处洒0.7的水泥浆结合。

5.3.骨料储存

应注意储存环境，避免骨料受到污染和损失。例如，在露天储存时要选择干燥、通风的场地，并覆盖好防雨布；在封闭式储存时要保持仓库内部的清洁、干燥和通风。洞渣骨料的强度配比以及碾压实验。

6. 实践验证

历时4个月的河水冲刷，尼泊尔上崔树里1水电站项目大坝上游围堰在汛期“大考”中经受住考验。9月汛期水位消落后，溢流面混凝土及岸坡混凝土光洁如新，消力坎棱角分明，以优良的施工品质和先进的设计理念获得了业主、监理的一致好评，为大坝的基坑开挖施工奠定了坚实基础。

结论：

CSGR作为水工建筑的新型建筑材料，具有坝基适应性广、取材容易、材料费用低、施工方便、环保节能等许多优点，具有广阔发展前景；而胶凝材料掺量小，不但降低胶凝材料本身的成本而且由于水化热温升低可实现全年施工，并在施工缝的设置和分块等方面都优于碾压混凝土坝；由于用混合骨料进行拌合，只须对材料进行简单筛分，降低了筛分成本，并且可用简易拌和设备或用土石方施工挖、装、运、碾通用性设备进行施工，机械化程度高，施工简便，缩短工期，降低施工成本。爆破产生的洞渣资源丰富，利用这些资源可以减少其对环境的影响，同时也可以减少对天然石料的开采和消耗，实现资源的可持续利用。如果合理的布置拌合场与碾压仓之间的距离，洞渣资源在一定程度上替代天然石料，可大大以降低成本，提高施工效率，并且减少了洞渣的处理费用，具有巨大的经济优势。

CSGR设计理念及施工工法介于面板堆石坝和碾压混凝土坝之间，其胶凝材料用量少，具有一定的抗冲刷能力，对骨料和地基要求较低，相比传统的混凝土坝具有较好的经济和环保性能，在力学和大坝安全性能上也很有竞争力，是一种有较好应用前景的新型筑坝技术。

上崔树里1水电站上游围堰在贫胶CSGR基础上，结合工程实际情况，对富胶CSGR筑坝技术开展了试验研究，取得了初步成效，可为今后类似工程提供参考，具有较大的借鉴意义。

参考文献

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