大華橋水電站膠凝砂礫石過(guò)水圍堰的“一體化”管理

張勇智，龔永生

(華能瀾滄江水電股份有限公司，云南 昆明 650214)

1 工程概況

大華橋水電站是瀾滄江干流上游河段規(guī)劃梯級(jí)開(kāi)發(fā)中的第六級(jí)水電站，電站總庫(kù)容2.62億m3，裝機(jī)容量920 MW，最大壩高106.0 m，樞紐水工建筑物主要由碾壓混凝土重力壩、水道系統(tǒng)和地下廠房等組成。

在可行性研究階段，大華橋水電站上游圍堰推薦采用碾壓混凝土過(guò)水圍堰。由于近工程區(qū)范圍內(nèi)，可用作混凝土骨料的巖石儲(chǔ)量?jī)H可滿足籌建準(zhǔn)備期臨建工程用量，主體工程及圍堰碾壓混凝土骨料均采用上游黃登水電站大格拉石料場(chǎng)灰?guī)r作為混凝土骨料料源，料場(chǎng)距大華橋水電站公路里程約60 km，運(yùn)輸距離遠(yuǎn)，骨料料源對(duì)堰型選擇影響較大。通過(guò)研究，大華橋水電站將攔河壩基坑天然砂礫石料及洞挖渣料加以利用，上游過(guò)水圍堰采用膠凝砂礫石筑壩。

大華橋水電站膠凝砂礫石(CSG)圍堰為國(guó)內(nèi)國(guó)內(nèi)大江大河上單體CSG建筑物工程量最大、壩高最高(高度57 m)的膠凝砂礫石擋水建筑物。該圍堰設(shè)計(jì)為枯水期擋水、汛期過(guò)水，工程技術(shù)難度較大。目前，該圍堰已多次成功安全過(guò)水度汛，運(yùn)行良好。

2 “一體化”管理

2.1 管理體系一體化

大華橋水電站圍堰的建設(shè)施工管理采取業(yè)主負(fù)責(zé)制、招標(biāo)投標(biāo)制、工程監(jiān)理制和合同管理制；采用“小業(yè)主、大監(jiān)理”的管理模式，充分發(fā)揮業(yè)主核心主導(dǎo)作用，委托監(jiān)理對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行“三控制”(即質(zhì)量、進(jìn)度、成本的控制)、“三管理”(即合同、信息、安全的管理)、“一協(xié)調(diào)”(即組織協(xié)調(diào))；強(qiáng)化設(shè)計(jì)“龍頭”作用，促進(jìn)設(shè)計(jì)優(yōu)化；施工采用“架子隊(duì)”管理模式，以間接實(shí)現(xiàn)對(duì)施工單位下屬人員和設(shè)備的垂直管理。

大華橋水電站的膠凝砂礫石過(guò)水圍堰為國(guó)內(nèi)首次建設(shè)的過(guò)水CSG圍堰，無(wú)可供借鑒的案例，圍堰施工建設(shè)必須結(jié)合工程實(shí)際情況，提前開(kāi)展科研工作、有針對(duì)性地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)優(yōu)化、梳理施工各項(xiàng)籌備工作。建管局以問(wèn)題為導(dǎo)向，強(qiáng)化界面協(xié)調(diào)，將科研、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、施工進(jìn)行“一體化”管理，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)各單位、部門(mén)、專業(yè)間無(wú)縫銜接，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，同時(shí)依托華能瀾滄江公司總體技術(shù)優(yōu)勢(shì)，準(zhǔn)確決策。

2.2 管理過(guò)程一體化

2.2.1科研階段管理

2010年9月至2014年8月，建管局組織設(shè)計(jì)及科研單位相繼完成了CSG科研立項(xiàng)、室內(nèi)配合比及性能試驗(yàn)、水力學(xué)模型試驗(yàn)、三維有限元分析、現(xiàn)場(chǎng)CSG材料及碾壓工藝試驗(yàn)、工程設(shè)計(jì)等各項(xiàng)研究工作，順利通過(guò)行業(yè)專家咨詢及公司評(píng)審，為工程順利實(shí)施奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2.2.2實(shí)施階段管理

2.2.2.1 料源規(guī)劃

(1)料源探查及鑒定。膠凝砂礫石壩的骨料為河床砂礫石，是一種天然形成的骨料。建管局組織設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工單位成立現(xiàn)場(chǎng)料源探查及鑒定工作組，在開(kāi)挖揭除基坑覆蓋層過(guò)程中，及時(shí)探明料源分布位置、儲(chǔ)量，提取現(xiàn)場(chǎng)樣品開(kāi)展材料性能檢測(cè)，鑒定可用料及其儲(chǔ)量，統(tǒng)一集中存儲(chǔ)。

(2)開(kāi)采及儲(chǔ)存。基坑河床天然砂礫石初期探明儲(chǔ)量約為30萬(wàn)m3，約為設(shè)計(jì)用量的3倍。開(kāi)采過(guò)程中，由于料源分布分散、初期篩選嚴(yán)格、儲(chǔ)存場(chǎng)地有限等各種原因，實(shí)際存儲(chǔ)率偏低。填筑前存儲(chǔ)一定量的骨料，合理規(guī)劃、布置儲(chǔ)存場(chǎng)地，是實(shí)現(xiàn)連續(xù)拌和、填筑的前提保障。經(jīng)驗(yàn)表明，現(xiàn)場(chǎng)骨料探查、取樣檢測(cè)、聯(lián)合鑒定、篩選收集、運(yùn)輸儲(chǔ)存等環(huán)節(jié)有效性管理，是提高采取率的重要因素。

(3)骨料穩(wěn)定性及應(yīng)對(duì)措施。天然河床砂礫石料的骨料粒徑、級(jí)配及含泥等指標(biāo)具有不穩(wěn)定性。指標(biāo)范圍的合理選擇可有效提高骨料整體穩(wěn)定性。機(jī)械拌合對(duì)超徑骨料要求較為嚴(yán)苛，通過(guò)儲(chǔ)存料場(chǎng)一次剔除、受料口二次篩除方式，選用的膠凝砂礫石專用攪拌機(jī)可以滿足150 mm及以下骨料拌和。利用存儲(chǔ)料場(chǎng)骨料堆高(5 m以上)自然篩除超徑石后，可以滿足反鏟拌和要求。

2.2.2.2 研究選擇拌和方式

CSG填筑料約10.3萬(wàn)m3，工期2.5個(gè)月，平均日填筑強(qiáng)度1 255 m3/d，最大填筑強(qiáng)度217.5 m3/h。高強(qiáng)度連續(xù)填筑作業(yè)，合理選擇拌和方式是前提保障條件。為此，建管局多次組織專題研究，決策選擇“機(jī)械拌和+反鏟拌和”的聯(lián)合拌和方式。實(shí)施中選用JLB200連續(xù)滾筒式膠凝砂礫石專用攪拌機(jī)，生產(chǎn)能力200 m3/h；考慮單臺(tái)反鏟拌和強(qiáng)度約為40 m3/h，配置2～3個(gè)反鏟拌合點(diǎn)，滿足了施工高峰強(qiáng)度要求。

2.2.2.3 設(shè)計(jì)優(yōu)化

由于圍堰軸線調(diào)整，開(kāi)挖階段出現(xiàn)了深槽，實(shí)際建基高程較設(shè)計(jì)高程深挖了6 m，采用填塘混凝土進(jìn)行了回填找平；根據(jù)開(kāi)挖揭露基巖面地質(zhì)情況，優(yōu)化取消了原設(shè)計(jì)堰體迎水面帷幕灌漿臺(tái)階及圍堰帷幕灌漿。

2.2.2.4 邊界協(xié)調(diào)

水電工程施工具有多個(gè)標(biāo)段、項(xiàng)目、工作面同步施工、責(zé)任主體不同、施工工作界面多、相互交叉干擾大等顯著特點(diǎn)。CSG圍堰施工過(guò)程中，與2個(gè)合同標(biāo)段、3個(gè)施工項(xiàng)目存在界面交叉干擾，界面設(shè)計(jì)、交叉施工、相互安全等問(wèn)題突出。

實(shí)踐中，組成成立了現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)合協(xié)調(diào)工作組，以“關(guān)鍵線路、重要項(xiàng)目?jī)?yōu)先”原則，優(yōu)化調(diào)整相關(guān)界面設(shè)計(jì)，減少施工交叉；臨近項(xiàng)目采用“物理隔擋、限時(shí)避讓”等措施，化解安全隱患，邊界問(wèn)題得到了有效管控。

2.2.2.5 重點(diǎn)及難點(diǎn)管控

(1)入倉(cāng)方案。CSG骨料最大粒徑250 mm，決定了最優(yōu)方案為汽車(chē)直接入倉(cāng)。汽車(chē)入倉(cāng)道路布置既是重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。電站兩岸原始邊坡陡峭，薄層開(kāi)挖，河谷基坑狹窄，現(xiàn)場(chǎng)充分利用上、下游方向長(zhǎng)度，布置低線、中線、高線三條入倉(cāng)通道，滿足了填筑料用汽車(chē)入倉(cāng)的目標(biāo)。

(2)連續(xù)高強(qiáng)度填筑。采用“機(jī)械+反鏟聯(lián)合拌合”方式供料，以滿足高強(qiáng)度連續(xù)填筑要求。

2.2.3全生命周期管理

在成功實(shí)施及安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上，支持設(shè)計(jì)及科研單位，繼續(xù)開(kāi)展了CSG圍堰取芯研究、CSG圍堰芯樣試驗(yàn)、圍堰真實(shí)工作性態(tài)及安全性分析研究、膠凝砂礫石關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究等后續(xù)科研及驗(yàn)證工作，形成了完整的科研、設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)證分析等全生命周期的研究成果，使本項(xiàng)成果在科研及應(yīng)用方面有了質(zhì)的提升，處于行業(yè)領(lǐng)先水平。

2.3 管理成果一體化共享

2.3.1經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益顯著

同等條件下，CSG圍堰方案與原可研推薦的碾壓混凝土圍堰方案相比，采用CSG圍堰方案后具有顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。利用基坑開(kāi)挖料簡(jiǎn)易拌和方式，材料單價(jià)大幅降低，可節(jié)省投資約2730萬(wàn)元；由于CSG圍堰比碾壓混凝土圍堰設(shè)計(jì)斷面大，土石方開(kāi)挖增加投資約55萬(wàn)元；CSG圍堰增加了防沖刷措施，增加投資約315萬(wàn)元；利用工程棄渣作為料源，減少棄渣量約10萬(wàn)m3，節(jié)省運(yùn)輸及水環(huán)保費(fèi)用約120萬(wàn)元。

通過(guò)上述分析，本工程采用CSG圍堰方案，直接節(jié)省投資約2 480萬(wàn)元，總體節(jié)省投資約35%，經(jīng)濟(jì)效益顯著。同時(shí)，環(huán)境保護(hù)水資源保護(hù)的社會(huì)效益明顯。

2.3.2參建各方成果共享

關(guān)于CSG圍堰的建設(shè)，工程建設(shè)管理單位先后組織各方開(kāi)展了10個(gè)子課題研究工作，研究方向涵蓋了圍堰設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行全過(guò)程，科技成果豐碩。結(jié)合研發(fā)成果先后申請(qǐng)了6項(xiàng)專利，目前已獲得4項(xiàng)專利授權(quán)，其中有2項(xiàng)為發(fā)明專利，2項(xiàng)為實(shí)用新型專利；另有2項(xiàng)發(fā)明專利正在審核中。通過(guò)科研及實(shí)用，擁有了核心自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

依托上述科研成果及知識(shí)產(chǎn)權(quán)，大華橋水電站的CSG圍堰項(xiàng)目先后獲得中國(guó)水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，云南省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)1項(xiàng)，全國(guó)優(yōu)秀質(zhì)量管理小組優(yōu)秀質(zhì)量獎(jiǎng)1項(xiàng)，中國(guó)華能集團(tuán)公司科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)1項(xiàng)，中國(guó)電力建設(shè)集團(tuán)有限公司科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)。

根據(jù)工程施工過(guò)程中的不斷改進(jìn)總結(jié)，建設(shè)單位提出了一套高效的可適用于水利水電工程壩體及圍堰CSG填筑的標(biāo)準(zhǔn)施工工法，為后續(xù)其他工程大規(guī)模施工CSG壩體或圍堰提供參考，具有較高的應(yīng)用推廣價(jià)值。

3 CSG圍堰的優(yōu)點(diǎn)

3.1 設(shè)計(jì)理念比較

大華橋水電站的CSG過(guò)水圍堰水力學(xué)指標(biāo)在國(guó)內(nèi)過(guò)水圍堰中位于前列。通過(guò)研究，CSG圍堰上游設(shè)置有堰身的防滲表層，防滲層材料為CSG圍堰材料的基礎(chǔ)上通過(guò)補(bǔ)加水泥漿從而提高抗?jié)B能力，解決了大流量高水頭過(guò)水CSG圍堰防沖、防滲新型及環(huán)保等技術(shù)難題。

工程開(kāi)建前，大江大河上的大型工程尚未使用過(guò)CSG過(guò)水圍堰，工程技術(shù)難度較大，通過(guò)深入研究，已建成的大華橋上游CSG過(guò)水圍堰已多次安全過(guò)水度汛，運(yùn)行情況狀況良好。整個(gè)圍堰整體布置簡(jiǎn)單，做到了就地取材、廢棄料利用、是環(huán)境友好型工程。圍堰典型剖面如圖1所示，

圖1 CSG圍堰典型剖面(單位：mm)

3.2 CSG圍堰優(yōu)勢(shì)

大華橋水電站采用CSG過(guò)水圍堰，圍堰上游為具備防滲性能的變態(tài)CSG，下游為透水的變態(tài)CSG加預(yù)制混凝土塊防護(hù)，這樣設(shè)計(jì)保證了堰體在抗沖刷的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了單側(cè)變態(tài)膠凝砂礫石的有效防滲，同時(shí)變態(tài)CSG骨料與堰體CSG相同，不進(jìn)行級(jí)配調(diào)整，簡(jiǎn)化了圍堰形式，加快了施工速度。

國(guó)內(nèi)尚未有工程基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)開(kāi)展過(guò)CSG建筑物真實(shí)工作性態(tài)及全生命周期安全性的相關(guān)研究，此項(xiàng)成果具有開(kāi)創(chuàng)性，促進(jìn)了膠凝砂礫石筑壩設(shè)計(jì)理論的完善和發(fā)展。

CSG筑壩技術(shù)在國(guó)內(nèi)發(fā)展歷史較短，實(shí)用案例較少，幾乎沒(méi)有相關(guān)監(jiān)測(cè)資料，本工程CSG圍堰進(jìn)行了密集的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集工作，留存了大量施工及運(yùn)行期圖像資料，對(duì)后續(xù)膠凝砂礫石材料特性分析及壩體安全運(yùn)行研究積累了寶貴數(shù)據(jù)，有利于膠凝砂礫石這一新型筑壩技術(shù)的大力推廣。

3.3 工藝簡(jiǎn)化，工序簡(jiǎn)單

比較碾壓混凝土圍堰，CSG圍堰設(shè)計(jì)、施工配合比相對(duì)單一，試驗(yàn)工藝簡(jiǎn)單；堰基、堰肩開(kāi)挖、清理至完整基巖即可，隨坡就勢(shì)，無(wú)需鉆孔爆破整平，簡(jiǎn)化了基巖面處理；填筑料拌合工藝簡(jiǎn)便；填筑料鋪層厚度提高約1倍，有效提高了升層強(qiáng)度，縮短了工期。施工工序優(yōu)化減少了骨料加工、汽車(chē)入倉(cāng)前沖洗、施工縫面沖毛。工序的優(yōu)化減少，降低了組織管理成本，提高了連續(xù)施工能力，提升了生產(chǎn)效率。

4 結(jié) 語(yǔ)

大華橋水電站采用的膠凝砂礫石圍堰是一種新型壩，筑壩理念先進(jìn)、造價(jià)低廉、環(huán)境友好、施工方便。通過(guò)本工程實(shí)踐，充分驗(yàn)證了其技術(shù)優(yōu)勢(shì)及經(jīng)濟(jì)合理性，形成了一系列研究成果、工法及管理模式，具有很好的推廣應(yīng)用前景。

大華橋水電站建設(shè)管理方通過(guò)“一體化”管理，全方位調(diào)動(dòng)參建各方的積極性，并將科技攻關(guān)貫穿于工程全過(guò)程，開(kāi)展了多項(xiàng)科學(xué)研究和試驗(yàn)工作，采用了大量新技術(shù)、新材料、新工藝和新設(shè)備，提高了工程建設(shè)科技含量及管理水平，取得了顯著的綜合效益。