泰克則大壩混凝土施工方案優(yōu)化分析與應(yīng)用

薛建軍

(中國(guó)葛洲壩集團(tuán)國(guó)際工程有限公司 北京 100022)

1 背景介紹

泰克則 (Tekeze)水電站作為埃塞俄比亞最大的水電工程,對(duì)該國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有舉足輕重的作用。本工程由埃塞總理親自負(fù)責(zé),具有非常重大的政治意義。

大壩為對(duì)數(shù)螺旋雙曲拱壩 (四級(jí)配混凝土),壩底高程957m,壩頂高程1145m,共21個(gè)壩段。工程采用壩體泄洪的方式,在中間壩段 (1#、2#、3#、4#壩段)1057m高程各設(shè)有一個(gè)泄洪深孔(全斷面鋼襯)。每個(gè)深孔各設(shè)一壩前檢修定輪門和壩后工作弧門。大壩上游立面圖和深孔剖面圖分別見(jiàn)圖1和圖2。

圖1 大壩上游立面圖

圖2 深孔剖面圖

由于左岸存在預(yù)想不到的不良地質(zhì)、工程師指定的采石場(chǎng)不合格、混凝土配合比不確定及其它原因,導(dǎo)致工程進(jìn)度嚴(yán)重拖后,盡管在承包商和業(yè)主友好協(xié)商后工期進(jìn)行了適當(dāng)?shù)难娱L(zhǎng),但如不采取一些非常規(guī)的趕工措施,大壩勢(shì)必不能按期完工。

如何確保工程按期完工,成為擺在承包商面前的最大難題。

2 施工方案優(yōu)化研究與應(yīng)用

為保證工程按期完工,并盡可能將河水?dāng)r截下來(lái),以達(dá)到蓄洪和電站按期發(fā)電目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),承包商在結(jié)合本工程實(shí)際的基礎(chǔ)上,通過(guò)仔細(xì)研究與分析,對(duì)大壩混凝土施工方案進(jìn)行了如下的優(yōu)化:

2.1 取消兩個(gè)臨時(shí)導(dǎo)流底孔根據(jù)原設(shè)計(jì),在1#和

1)保留底孔雖然可以保證大壩混凝土持續(xù)澆筑 (二期混凝土不占用直線工期),但由于底孔部位需要異形模板和增設(shè)預(yù)埋件等原因,壩體混凝土施工進(jìn)度反而會(huì)降低;

2)拱壩建于V字形峽谷,大壩混凝土施工初期,底部倉(cāng)號(hào) (壩段)本來(lái)就少,如果保留兩個(gè)底孔,則相應(yīng)的四個(gè)壩段上升速度都會(huì)受到影響,并造成人員、設(shè)備窩工。采用承包商建議后,只有兩個(gè)預(yù)留洪水過(guò)流的壩段會(huì)在汛期受到一定的影響(可在汛后進(jìn)行突擊施工),其它壩段則可正常施工;3)底孔設(shè)計(jì)的使用時(shí)間不長(zhǎng),只有一個(gè)汛期,意義不大。在能夠滿足河水導(dǎo)流的條件下,沒(méi)必要在汛后再安排專門的人員、設(shè)備,采用特殊的工藝進(jìn)行封堵;

4)當(dāng)?shù)亓麻_(kāi)始進(jìn)入汛期,由于工期滯后,原來(lái)預(yù)期的上年11月開(kāi)始澆筑已推至次年2月,汛前混凝土施工時(shí)間相比已明顯減少,即使有時(shí)間完成底孔,屆時(shí)混凝土強(qiáng)度能否發(fā)展至可以抵御洪水沖刷的程度也很難保證;

5)二期封堵畢竟是以后大壩運(yùn)行期間的一個(gè)質(zhì)量薄弱環(huán)節(jié),取消底孔意味著消除了以后潛在的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 無(wú)蓋重固結(jié)灌漿

經(jīng)演示試驗(yàn),工程師同意了承包商提出的無(wú)蓋重固結(jié)灌漿方案,這樣不但可避免在混凝土上鉆孔,從而避免了對(duì)預(yù)埋的冷卻水管造成潛在破壞的風(fēng)險(xiǎn),還節(jié)約了直線工期,加快施工進(jìn)度。

2.3 球形鍵槽

借鑒二灘等國(guó)內(nèi)拱壩工程經(jīng)驗(yàn),承包商提出將橫縫鍵槽的形式由體形改為球形,從而簡(jiǎn)化了模板形式,不但可使橫縫模板成為標(biāo)準(zhǔn)化模板,各壩塊之間的模板可互相通用,還可縮短每個(gè)倉(cāng)號(hào)的立模和拆模的周期,大大的提高了工效。

2.4 流道鋼襯混凝土

深孔部位是本大壩中結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的部位,同時(shí)也是承包商化費(fèi)精力最多的部位。根據(jù)設(shè)計(jì),深孔流道位于壩段中部,為全斷面鋼襯,鋼襯四周安裝錨鉤,以利于鋼襯與周邊混凝土的結(jié)合。上游進(jìn)口段安裝定輪門,下游出口段安裝弧門。對(duì)于流道鋼襯混凝土澆筑方案,承包商就是否采用兩期混凝土澆筑進(jìn)行了深入地對(duì)比分析與研究。

如采用兩期澆筑,雖然可保證壩體混凝土正常上升,鋼襯在混凝土作用下變形較小,但鋼襯吊裝將無(wú)法進(jìn)行。如不采用二期混凝土,則難以保證鋼襯底部混凝土的密實(shí)性。經(jīng)反復(fù)比較后,承包商決定采用一期混凝土澆筑,但對(duì)底部混凝土做了特殊處理。具體作法如下:

1)在壩體混凝土澆筑至接近鋼襯底部時(shí)即停止?jié)仓?并在混凝土頂部預(yù)埋條形鋼板 (與一期錨鉤焊成整體),以便鋼襯底部的二期錨鉤與鋼板焊接成整體。由于鋼襯自上游至下游呈下降趨勢(shì),因此本部位混凝土總體呈臺(tái)階狀。流道鋼襯立面圖見(jiàn)圖3;

2)在混凝土臺(tái)階上分節(jié)安裝鋼襯;

3)鋼襯就位后,安裝周邊的錨鉤和鋼筋;

4)為防止混凝土澆筑期間鋼襯變形,在鋼襯內(nèi)部搭設(shè)臨時(shí)鋼支撐;

5)考慮到鋼襯周邊錨鉤和鋼筋密集,此部位的混凝土采用一級(jí)配混凝土;

5)鋼襯底板上預(yù)留混凝土下料孔,此孔既可用作底部混凝土的下料口,也可作為振搗棒插入口和排氣孔;

6)為保證鋼襯混凝土密實(shí)性,在完成澆筑28天后,對(duì)鋼襯進(jìn)行敲擊檢查和接觸灌漿。

圖3 流道鋼襯立面圖

2.5 增設(shè)深孔臨時(shí)疊梁門

如何進(jìn)行2008年度汛是關(guān)系到工程成敗的關(guān)鍵一環(huán)。根據(jù)工程進(jìn)度計(jì)劃安排,四個(gè)深孔的壩后工作弧門安裝與調(diào)試應(yīng)該在汛前完成,但由于深孔部位結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜及其它原因,造成工程進(jìn)度滯后,汛前只可能完成其中的兩個(gè)弧門 (2#、3#壩段)。

基于本工程的特殊政治影響和埃塞國(guó)內(nèi)的電力需求,如果不能將汛期的洪水?dāng)r截下來(lái),2009年庫(kù)水位將不可能達(dá)到發(fā)電水位,按期發(fā)電將成為泡影。同時(shí),剩余的兩個(gè)弧門安裝也將只能在汛后庫(kù)水位下降后進(jìn)行,這些都是業(yè)主絕不允許的。形勢(shì)迫使承包商不得不再考慮其它的補(bǔ)救措施。

經(jīng)充分討論并與工程師協(xié)商后,承包商提前在國(guó)內(nèi)制作了兩套臨時(shí)疊梁門,并于汛前安裝完成。2009年汛前大壩封頂,定輪門啟閉機(jī)安裝完成后,再用定輪門置換臨時(shí)疊梁門。從而確保了2008年蓄洪和1#、4#弧門汛期的正常安裝。

2.6 定輪門門槽二期混凝土澆筑期間的防護(hù)

根據(jù)設(shè)計(jì),四個(gè)定輪門的啟閉機(jī)都位于壩頂,因此只能在大壩混凝土封頂后才能安裝。在正常情況下,如果棄掉部分洪水,正常施工將不存在任何問(wèn)題,但2009年發(fā)電目標(biāo)將不可能實(shí)現(xiàn)。為保證大壩2008年汛期正常蓄洪和使定輪門盡快具備安裝條件,壩體一期混凝土施工必須正常進(jìn)行。與此同時(shí),定輪門門槽導(dǎo)軌安裝和二期混凝土也必須在2008年汛前完成1100m高程以下部分,否則將會(huì)在汛期處于庫(kù)水位以下,以后再無(wú)機(jī)會(huì)進(jìn)行施工。

由于上述原因的存在,形成了壩體一期混凝土與門槽二期混凝土上下同時(shí)作業(yè)、交叉施工的不利局面。如果這個(gè)問(wèn)題處理不好,不但會(huì)形成很大的安全隱患,同時(shí),如果上方一期混凝土施工期間的落物卡在門槽內(nèi),將來(lái)定輪門安裝落門時(shí)還可能會(huì)被卡住,造成難以收拾的局面。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件,承包商決定在一期混凝土下方的定輪門門槽內(nèi)搭設(shè)防護(hù)平臺(tái)。這樣,一旦上方有物體落下,即可用防護(hù)平臺(tái)進(jìn)行攔截。同時(shí),在每個(gè)定輪門壩體一期混凝土的施工部位安排安全員全程監(jiān)督,盡量減少落物。另外,在洪水淹沒(méi)定輪門底坎之前,承包商對(duì)已施工的底坎和門槽進(jìn)行了徹底的清理與檢查,所有粘在底坎和門槽內(nèi)的混凝土、灰漿及鋼筋頭等全部進(jìn)行了清理。

2009年定輪門落門之前,承包商專門從國(guó)內(nèi)聘請(qǐng)潛水員對(duì)輪門門槽和底坎進(jìn)行檢查。從檢查結(jié)果來(lái)看,盡管底坎上有一些不慎掉下來(lái)的鋼筋、模板等雜物,但并沒(méi)有混凝土或砂漿粘在門槽和底坎上。在潛水員進(jìn)行簡(jiǎn)單清理后,最終保證了定輪門安全順利的安裝到位。施工過(guò)程中也未出現(xiàn)人員傷亡等安全事故。說(shuō)明上述措施是行之有效的。

2.7 壩頂過(guò)流及防護(hù)措施

根據(jù)計(jì)算,在2006年和2007年兩個(gè)汛期,單單依靠導(dǎo)流洞導(dǎo)流無(wú)法滿足要求,勢(shì)不可避免的會(huì)出現(xiàn)部分壩段頂部洪水過(guò)流的情況。為次,承包商提前作了準(zhǔn)備:

1)選擇擬過(guò)流的壩段盡量不距邊坡太近,以免洪水沖刷下游邊坡,危害壩肩安全;

2)選擇擬過(guò)流的壩段的頂部高程要預(yù)先計(jì)算確定。既要按洪水頻率考慮過(guò)流的洪水流量,還要盡可能的減少泄洪量,以達(dá)到蓄洪的目的,同時(shí),還要根據(jù)澆筑能力,確保其它壩段不致過(guò)流;

3)選擇擬過(guò)流的壩段在澆筑到預(yù)定高程后即暫停澆筑,集中精力進(jìn)行其它壩段的混凝土澆筑,并規(guī)定其它壩段汛前必須達(dá)到的最低高程,以免造成其它壩段同樣過(guò)流的情況發(fā)生;

4)請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)對(duì)過(guò)流期間的大壩進(jìn)行安全校核計(jì)算;

5)由于庫(kù)水位下方的部分灌區(qū)混凝土冷卻和接縫灌漿尚未完成,因此必須在這些壩段的頂部對(duì)冷卻水管、升漿管、橫縫等用鋼板進(jìn)行覆蓋保護(hù),同時(shí)對(duì)相鄰壩段的止水片和止?jié){片也要進(jìn)行保護(hù),以免洪水造成沖刷破壞;

6)汛期結(jié)束后,立即拆除上述防護(hù)。由于洪水沖刷,壩段頂部混凝土毛面已有些光滑,必須進(jìn)行人工鑿毛處理,另外,恢復(fù)澆筑的第一層混凝土使用高標(biāo)號(hào)的一級(jí)配混凝土,以增強(qiáng)混凝土的層間結(jié)合。

3 總結(jié)

泰克則水電工程作為埃塞俄比亞的第一號(hào)工程,能否按期發(fā)電不但對(duì)該國(guó)有重大的政治和經(jīng)濟(jì)影響,同時(shí)對(duì)中國(guó)承包商也是一個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)。在承包商的不懈努力下,通過(guò)優(yōu)化施工方案,歷經(jīng)三年蓄洪,大部分河水都被攔截下來(lái),最終使得庫(kù)水位于2009年汛期達(dá)到發(fā)電水位,電站按期發(fā)電。

通過(guò)實(shí)踐,筆者認(rèn)為如下幾個(gè)方面值得認(rèn)真總結(jié):

1)承包商在進(jìn)行優(yōu)化方案時(shí),必須充分考慮當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況,才能做到既能加快工程施工進(jìn)度,又能最大程度的避免洪水浪費(fèi)。例如,本地旱季與雨季相當(dāng)明顯,旱季基本無(wú)雨,河水流量相當(dāng)小,一年的雨量幾乎全部集中在兩、三個(gè)月內(nèi)。承包商結(jié)合此情況,對(duì)每月的澆筑計(jì)劃及度汛方案都進(jìn)行了充分的考慮;

2)承包商的許多建議與工程師的密切合作和務(wù)實(shí)態(tài)度是密不可分的。每當(dāng)承包商有一些好的建議,工程師都會(huì)認(rèn)真地考慮,并視情況對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化。如無(wú)工程師的真誠(chéng)合作,發(fā)電目標(biāo)也是不可能實(shí)現(xiàn)的。