紅毛洞水電站主體工程施工方案研究

高磊

(遵義水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，貴州 遵義5630002)

紅毛洞水電站位于貴州省務(wù)川縣豐樂鎮(zhèn)境內(nèi)，水庫正常蓄水位664.00 m，相應(yīng)庫容2 190萬m3，水庫總庫容2 660萬m3，電站裝機(jī)容量23 MW。由于工程區(qū)山體陡峭、施工條件差，為充分利用有效施工工期、提高大壩填筑效率，避免施工組織方案對大壩填筑施工進(jìn)度和質(zhì)量的影響，針對大壩填筑自密實(shí)混凝土材料特性，結(jié)合大壩工程特性、施工導(dǎo)流和度汛方案，對大壩填筑施工技術(shù)要點(diǎn)、施工工序和施工技術(shù)方案進(jìn)行論證分析，探究與工程實(shí)際相匹配的施工方案，為工程順利施工建設(shè)提供重要技術(shù)保障[1-2]。

1大壩樞紐平面布置

根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252-2017)相關(guān)指標(biāo)，紅毛洞電站水庫屬中型水庫，工程等別為Ⅲ等。主要建筑物為堆石混凝土重力壩、泄水建筑物、發(fā)電引水口和發(fā)電廠房按3級建筑物設(shè)計(jì)；發(fā)電引水壓力管道和輔助及生產(chǎn)用房等次要建筑物按4級建筑物設(shè)計(jì)；臨時性建筑物如導(dǎo)流建筑物等均按5級建筑物設(shè)計(jì)。工程采用基本烈度Ⅵ度作為設(shè)計(jì)烈度，按《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(DL5073-2000)指標(biāo)，水工建筑物設(shè)計(jì)可不作抗震計(jì)算。樞紐工程由擋水建筑物、泄水建筑物、發(fā)電引水系統(tǒng)、發(fā)電廠房、導(dǎo)流隧洞等組成，其平面布置方案如圖1所示。

擋水建筑物為堆石混凝土重力壩。泄水建筑為溢洪道，布置于壩頂中部，為設(shè)閘控制開敞式表孔泄洪。發(fā)電引水系統(tǒng)取水口布置在大壩左壩段，采用一管一機(jī)供水方式，共3個取水口。發(fā)電廠房位于左壩段壩腳，為壩后地面式廠房，電站裝機(jī)臺數(shù)為3臺。導(dǎo)流隧洞布置在右岸，軸線呈折線形布置，隧洞斷面為城門洞型。

圖1大壩樞紐平面布置

2大壩結(jié)構(gòu)體型

根據(jù)電站壩址區(qū)工程地質(zhì)及地形條件，大壩壩型優(yōu)選為堆石混凝土重力壩，壩頂寬8.0 m，最大壩高59.5 m，大壩上游面鉛直，下游壩坡1∶0.8，壩軸線長134.0 m。大壩左右兩岸為非溢流壩，總長78.5 m；中間為溢流壩段，總長55.5 m，共設(shè)5孔溢流閘孔，溢流凈寬37.5 m。壩體內(nèi)在河床段上游側(cè)設(shè)一道灌漿及排水廊道，靠左岸灌漿排水廊道端部設(shè)置交通廊道至副廠房配電室與勵磁變層。根據(jù)《膠結(jié)顆粒料筑壩技術(shù)導(dǎo)則》(SL678-2014)及堆石混凝土施工特點(diǎn)，施工中采用全段面施工方法，整體上升。大壩壩身設(shè)2條橫縫，位于溢流壩段，在下游面做并縫處理，橫縫將壩體分為3個壩段。溢流壩段橫剖面圖，如圖2所示。

圖2溢流壩段橫剖面圖

大壩主體材料采用一級配C9015堆石混凝土，抗?jié)B標(biāo)號為W6，抗凍等級為F50；上游面采用0.8 m厚一級配C9015自密實(shí)混凝土防滲，抗?jié)B標(biāo)號為W6，抗凍等級為F50；河床基礎(chǔ)設(shè)置1.0 m厚二級配C20常態(tài)混凝土墊層，岸坡基礎(chǔ)采用0.5 m厚一級配C9015自密實(shí)混凝土墊層；壩頂路面為0.50 m厚C25二級配混凝土；溢流壩段溢流面設(shè)0.8 m厚C2830二級配混凝土(抗?jié)B等級W6，抗凍等級F50)作為泄槽底板。

3主體工程施工方案

3.1壩體施工要求

堆石料在Ⅰ號石料場開采，地層巖性為P3c深灰色中厚層灰?guī)r,應(yīng)采用新鮮、完整和質(zhì)地堅(jiān)硬的毛石、塊石及粗料石，其最小粒徑應(yīng)≥300 mm，最大粒徑應(yīng)小于結(jié)構(gòu)斷面最小邊長的25%，且不宜超過1.0 m，飽和抗壓強(qiáng)度應(yīng)≥30 MPa。堆石料不允許含泥塊，含泥量應(yīng)≤0.5%。

自密實(shí)混凝土中粗骨料體積比宜控制在0.27～0.33，密度應(yīng)大于2 550 kg/m3，吸水率不大于1.5%，堅(jiān)固性不大于5%，軟弱顆粒含量不大于5%，針片狀顆粒含量小于8%，嚴(yán)禁含泥塊，有機(jī)質(zhì)含量應(yīng)淺于標(biāo)準(zhǔn)色等[3]。人工砂表觀密度應(yīng)大于2 500 kg/m3，細(xì)度模數(shù)宜控制在2.4～2.8、石粉含量宜控制在6%～18%，表面含水率應(yīng)小于6%，堅(jiān)固性小于8%，嚴(yán)禁含泥塊和有機(jī)質(zhì)。外加劑參量根據(jù)試配確定。壩體填筑自密實(shí)混凝土工作性能指標(biāo)，如表1所示。

表1自密實(shí)混凝土工作性能指標(biāo)

3.2施工程序分析

根據(jù)壩址區(qū)工程地形條件、施工進(jìn)度、施工導(dǎo)流及度汛要求[4-5]，大壩按Ⅲ期進(jìn)行澆筑。材料上壩運(yùn)輸主要采用混凝土攪拌車、10～15 t自卸汽車以及塔機(jī)完成。大壩分期澆筑示意，如圖3所示。

圖3大壩分期澆筑示意

1)第Ⅰ期。第一施工年度12月至次年4月，完成度汛高程632.00 m高程以下兩側(cè)非溢流壩段澆筑，以及溢流壩段623.00 m高程以下溢流壩段澆筑，形成壩面缺口臨時參與度汛。壩體澆筑工程量4.46萬m3，月平均澆筑強(qiáng)度8 920 m3。

2)第Ⅱ期。第二施工年度5月至10月，完成兩側(cè)非溢流壩段650.00 m高程以下壩體澆筑。壩體澆筑工程量2.85萬m3，月平均澆筑強(qiáng)度4 750 m3。

3)第Ⅲ期。第二施工年度11月至第三施工年度4月，完成壩頂高程668.50 m以下所有堆石混凝土澆筑。壩體澆筑工程量4.23萬m3，月平均澆筑強(qiáng)度7 050 m3。

3.3施工方法分析

1)材料上壩運(yùn)輸。大壩施工期間堆石料上壩，枯水期主要利用上壩公路、1號臨時公路、2號臨時公路從大壩上游運(yùn)輸入倉，利用進(jìn)廠公路、3號臨時公路從大壩下游運(yùn)輸入倉；第二年汛期主要利用兩岸塔機(jī)吊運(yùn)入倉，由于右岸在汛期跨河交通時有中斷。因此，施工期間根據(jù)天氣情況提前在右岸上下游備料，解決汛期材料上壩需求；第三年汛期大壩已澆筑至壩頂，左岸取水建筑物、發(fā)電廠房工程等利用左岸上壩公路、進(jìn)廠公路解決材料運(yùn)輸上壩運(yùn)輸，右岸已基本工作完畢，少量材料運(yùn)輸根據(jù)天氣情況提前在右岸上下游備料，塔機(jī)吊運(yùn)至工作面。

2)施工機(jī)械布置。在大壩左右岸非溢流壩段上游側(cè)分別布置一臺塔機(jī)(63型)，布置高程大于第二年度上游度汛水位632.00 m。左岸塔機(jī)主要用于大壩左側(cè)非溢流壩段局部堆石料、混凝土的垂直運(yùn)輸，以及引水建筑物的鋼筋、模板等材料的垂直運(yùn)輸；右岸塔機(jī)主要用于大壩右側(cè)非溢流壩段局部堆石料、混凝土的垂直運(yùn)輸，以及溢洪道施工的鋼筋、模板等材料的垂直運(yùn)輸。

3)堆石混凝土澆筑。大壩堆石混凝土澆筑采用懸臂模板，模板安裝由設(shè)在大壩上游側(cè)塔機(jī)輔以人工完成。堆石料入倉前應(yīng)清洗干凈。每層堆石厚度按1.2～2.0 m控制；在堆石混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到2.5 MPa前，不宜在其上部進(jìn)行倉面的準(zhǔn)備工作。壩體堆石混凝土從拌合系統(tǒng)經(jīng)6 m3混凝土攪拌車運(yùn)輸至大壩基坑，泵送至澆筑倉面。壩體堆石料采用10～15 t自卸汽車從Ⅰ號石料場經(jīng)過上壩公路及左右岸臨時公路運(yùn)輸?shù)酱髩稳雮}，或從臨時堆料場采用自卸汽車運(yùn)輸大壩入倉，部分澆筑部位汽車無法入倉的才由塔機(jī)吊運(yùn)至倉面。

堆石混凝土施工速度快，質(zhì)量有保證，且沒有振搗過程，工藝簡單，水化熱溫升較低，溫控相對容易。堆石混凝土施工按照SL677-2014《水工混凝土施工規(guī)范》和《膠凝顆粒料筑壩技術(shù)導(dǎo)則》(SL678—2014)進(jìn)行，施工質(zhì)量按照J(rèn)GJ/T283-2012《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行控制。

4)汛期施工方案研究。根據(jù)施工總進(jìn)度計(jì)劃，大壩堆石砼施工的重點(diǎn)、難點(diǎn)在第二施工年度汛期，大壩度汛方式為大壩臨時斷面擋水、導(dǎo)流隧洞+壩面缺口泄洪的方式?？绾咏煌榇髩蜗掠尾贾玫呐R時鋼筋混凝土涵管橋，按導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。汛期當(dāng)上游洪水大于導(dǎo)流設(shè)計(jì)流量時，臨時涵管橋淹沒，右岸對外交通中斷。由于料場、拌合系統(tǒng)均布置在左岸，大壩Ⅱ期左壩段及發(fā)電廠房可按正常進(jìn)度施工，大壩Ⅱ期右壩段由于受洪水影響，跨河交通會短暫中斷，影響材料運(yùn)輸。

根據(jù)上述情況，對大壩Ⅱ期右壩段堆石砼的施工方案進(jìn)行重點(diǎn)分析研究，擬定三種方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，即：第一種方案新建臨時跨河公路橋，在壩址下游修建滿足度汛洪水標(biāo)準(zhǔn)的跨河交通橋連接兩岸，可滿足汛期兩岸的交通運(yùn)輸不受洪水影響，可以保證工程進(jìn)度，但工程投資巨大；第二種方案修建右岸對外交通公路，新建右岸對外交通公路約2.0 km，且材料運(yùn)輸需繞道，運(yùn)距增加10 km，可以保證工程進(jìn)度，但公路投資、運(yùn)輸成本都較高；第三種方式采取間歇性施工，對于堆石料的運(yùn)輸根據(jù)天氣情況采用間歇性運(yùn)輸，洪水期間暫停運(yùn)輸，洪水退卻后提高運(yùn)輸強(qiáng)度，并且在右岸布置臨時料堆放場，堆石料上壩采用右岸布置的塔機(jī)吊運(yùn)入倉，對于混凝土澆筑，可在洪水退卻后重新維修加固臨時涵管橋，再進(jìn)行澆筑，也可在壩面缺口架設(shè)混凝土泵送鋼管支架，直接從左岸將混凝土泵送至右岸入倉，此方案受天氣影響工程進(jìn)度稍緩，但投資較小。經(jīng)綜合分析比較，設(shè)計(jì)采用第三種方案根據(jù)天氣情況間歇性施工。

3.4施工進(jìn)度計(jì)劃及控制性工期

紅毛洞電站工程主體工程大壩澆筑計(jì)劃工期17個月，為第一施工年度12月至第三施工年度4月。根據(jù)導(dǎo)流及度汛要求，第二施工年度4月底(即汛前)，兩側(cè)非溢流壩段澆筑至632.00 m高程，溢流壩段(壩面缺口)澆筑至623.00 m高程；第二施工年度10月底(汛期結(jié)束)，兩側(cè)非溢流壩段澆筑至650.00 m高程；第三施工年度4月底，兩側(cè)非溢流壩段以及溢流壩段(壩面缺口)全部澆筑至壩頂高程。

3.5壩體澆筑溫控措施

3.5.1壩體設(shè)計(jì)分層及溫控標(biāo)準(zhǔn)

受大壩結(jié)構(gòu)型式及節(jié)點(diǎn)工期控制，壩體堆石砼澆筑層高控制在1.5～2.0 m，大壩墊層按1 m分層。壩體堆石混凝土主要安排在低溫季節(jié)施工，而且方量不大，5～10月控制其澆筑溫度不超過20℃，允許內(nèi)部最高溫度不超過35℃。另外，在低溫季節(jié)混凝土澆筑溫度不宜低于3℃。

3.5.2溫控及防裂措施

1)優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計(jì)。主體工程混凝土開澆以前，安排充分的時間進(jìn)行混凝土施工配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)與混凝土生產(chǎn)工藝方式。選擇發(fā)熱量較低的中熱水泥、較優(yōu)骨料級配和優(yōu)質(zhì)粉煤灰，優(yōu)選復(fù)合外加劑(減水劑和引氣劑)，降低混凝土單位水泥用量，以減少混凝土水化熱溫升和延緩水化熱發(fā)散速率，提高混凝土抗裂能力。

2)合理安排混凝土施工程序和進(jìn)度，防止基礎(chǔ)貫穿裂縫、減少表面裂縫。基礎(chǔ)約束區(qū)混凝土、表孔等重要結(jié)構(gòu)部位，在設(shè)計(jì)規(guī)定的間歇期內(nèi)連續(xù)均勻上升，不出現(xiàn)薄層長間歇；其余部位基本做到短間歇均勻上升；盡量縮短固結(jié)灌漿時間；基礎(chǔ)約束區(qū)混凝土盡量安排在11月～次年4月氣溫較低季節(jié)澆筑，避開5～10月高溫季節(jié)。

3)采取綜合溫控措施，降低混凝土入倉溫度和澆筑溫度。采取綜合溫控措施，降低混凝土出機(jī)溫度和澆筑溫度。同時控制混凝土從出機(jī)口溫度到澆筑溫度回升系數(shù)在0.30以內(nèi)，高溫季節(jié)盡量利用夜間澆筑混凝土。在較高溫時段施工大體積混凝土?xí)r，可適當(dāng)降低混凝土出機(jī)口溫度，同時加強(qiáng)倉面噴霧管理，降低施工區(qū)域局部小環(huán)境溫度。

4結(jié)語

紅毛洞水電站大壩采用堆石混凝土重力壩，最大壩高59.5 m，壩頂寬8.0 m，壩頂高程668.50 m。大壩左右兩岸為非溢流壩壩段，中間為溢流壩壩段，壩軸線長134.0 m。工程區(qū)山體陡峭，施工條件差。為使工程順利有序?qū)嵤?，在充分研究大壩堆石混凝土施工特點(diǎn)以及施工導(dǎo)流、度汛方案后，擬定大壩施工程序按Ⅲ期進(jìn)行。并根據(jù)現(xiàn)場地形、地質(zhì)條件，合理確定了受汛期影響的右壩段堆石混凝土材料運(yùn)輸及澆筑方案和控制性工期要求。紅毛洞水電站大壩主體工程施工方案的研究成果借鑒了類似工程的成功經(jīng)驗(yàn)，為工程順利實(shí)施奠定了基礎(chǔ)，同時也可為類似工程建設(shè)提供一定參考。