喀麥隆莫肯水電工程設(shè)計咨詢淺析

赫慶彬 李淼 劉國強 李強

莫肯水電站位于喀麥隆南部阿達(dá)馬瓦省（Adamaoua）的Dja 河上，是一座低壩河床式水電站，工程主要任務(wù)為發(fā)電，兼有內(nèi)陸?zhàn)B魚、旅游及灌溉等綜合利用功能。工程主要由攔河壩（主、副壩）、漿砌石溢流壩、漿砌石重力擋水壩、泄洪沖沙閘、電站廠房、升壓站、進場公路、輸電線路、變電所及管理生活區(qū)等組成。水庫總庫容2.10 億m3，設(shè)計水頭8.2 m，發(fā)電引水流量214.5 m3/s，電站總裝機1.50 萬 kW，年發(fā)電量 7 628 萬 kW · h，年利用小時為5 085 h。

喀麥隆莫肯水電站由喀麥隆能源與水資源部負(fù)責(zé)建設(shè)與運營管理。合同總工期為36 個月，計劃2015 年5 月完工。工程于2011 年開工建設(shè)，攔河樞紐采用分期導(dǎo)流施工。一期工程主要包括主壩、電站廠房、泄洪沖沙閘等建筑物，二期工程主要包括漿砌石溢流壩、漿砌石重力擋水壩及副壩。由于施工資源配置、合同支付和設(shè)計變更索賠等問題，造成項目進度滯后，二期導(dǎo)流未能按原計劃如期進行，二期導(dǎo)流時段、導(dǎo)流建筑物及后續(xù)施工進度計劃需要調(diào)整。為解決工程面臨的問題，加快施工進度，2015 年3 月受業(yè)主委托，對喀麥隆莫肯水電站工程的二期建筑物設(shè)計進行復(fù)核，并給業(yè)主提供全方位咨詢服務(wù)，以達(dá)到項目在進度、質(zhì)量等方面的控制。

本文主要介紹莫肯項目的咨詢方案制定、延伸服務(wù)、咨詢過程及成果輸出等方面。

1 咨詢方案制定

1.1 國際工程咨詢服務(wù)形式及特點

國際工程咨詢服務(wù)主要包括工程項目前期的項目建議書、可行性研究、項目評估、招標(biāo)文件編制以及項目實施過程中的施工及設(shè)備采購、安裝階段的監(jiān)理及相關(guān)的技術(shù)咨詢服務(wù)。水利水電工程咨詢服務(wù)屬于智力密集型服務(wù)，具有復(fù)雜性和跨專業(yè)性等特點。國外工程咨詢業(yè)務(wù)與國內(nèi)業(yè)務(wù)相比，影響因素更為復(fù)雜，如受到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、審批程序不同于國內(nèi)的影響，項目所在國的經(jīng)濟、政治環(huán)境等因素也會產(chǎn)生一定的影響。

1.2 本工程咨詢方案制定

本工程的咨詢服務(wù)除了上述國際工程咨詢的普遍特點外，其特殊性還在于工程已經(jīng)實施了4 年，由于施工前期未介入，盡快制定咨詢方案就成為首要問題。 在成立了項目咨詢團隊后，隨即分步開展了以下工作，并依據(jù)相關(guān)工作制定咨詢方案。

1.2.1 前期準(zhǔn)備工作

1.2.1.1 業(yè)主及設(shè)計單位座談、溝通

2015 年4、5 月份分別與業(yè)主及設(shè)計單位進行了多次座談與溝通，對項目設(shè)計進展、面臨問題進行全面了解，并收集咨詢服務(wù)所必需的基礎(chǔ)資料。

1.2.1.2 資料解讀、問題分析

咨詢團隊開展前期資料解讀，結(jié)合業(yè)主及設(shè)計單位的反饋，總結(jié)出本項目面臨的主要問題為施工進度及質(zhì)量問題，進度滯后問題尤為突出。

1.2.1.3 現(xiàn)場調(diào)查

資料解讀同時，派遣專業(yè)人員赴工程現(xiàn)場調(diào)查，對工程各個建筑物施工進展情況進行摸底并及時以紀(jì)要、圖片等形式反饋給國內(nèi)咨詢團隊。

1.2.2 咨詢方案制定

經(jīng)過調(diào)查、研究，明確了本工程面臨的主要問題為工期滯后，咨詢服務(wù)主要圍繞在保證工程質(zhì)量的前提下，采取措施提高施工進度。在該原則下，確定了咨詢方案主要內(nèi)容：

（1）設(shè)計復(fù)核與咨詢，包括二期建筑物設(shè)計復(fù)核，全部機電與金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，導(dǎo)截流方案設(shè)計咨詢。

（2）對外技術(shù)溝通與設(shè)計審批協(xié)調(diào)，包括協(xié)助同監(jiān)理的溝通，加快審批進度；為加快施工進度提供必要的設(shè)計變更的建議。

（3）現(xiàn)場技術(shù)服務(wù)，根據(jù)需要提供駐現(xiàn)場的專業(yè)技術(shù)人員。

（4）多專業(yè)、全過程咨詢管理服務(wù)，咨詢服務(wù)并不僅限于對原設(shè)計的復(fù)核及提出咨詢報告，而重在解決實際問題，因此，在咨詢過程中與項目參與各方保持緊密聯(lián)系，如對現(xiàn)場監(jiān)理的意見及時反饋、參與設(shè)備廠家的聯(lián)絡(luò)會等，與各方一起推動項目開展。

2 咨詢延伸服務(wù)

本工程設(shè)計咨詢服務(wù)過程與工程施工同時進行，實際上也是不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程。比如原工程二期導(dǎo)流方案由于施工進度滯后，已經(jīng)不適用于最新的施工方案，通過與業(yè)主簽訂補充協(xié)議，我方承擔(dān)了二期導(dǎo)流方案的重新設(shè)計，并結(jié)合現(xiàn)場施工條件以及空間限制，采用1∶1 邊坡的小斷面設(shè)計，既保證二期圍堰擋水發(fā)電要求，又能滿足工期及現(xiàn)場施工條件。

二期圍堰在2015 年7 月成功截流，并在當(dāng)年9月份雨季來臨前完成圍堰加高，為二期建筑物施工順利開展提供了條件。

3 咨詢過程與成果概述

咨詢服務(wù)的設(shè)計復(fù)核部分主要針對副壩、重力壩、溢流壩等二期建筑物進行。除針對原設(shè)計方案進行復(fù)核外，也針對項目特點，進行了材料替代方案研究。

3.1 副壩

副壩擋水壩位于Dja 河左側(cè)山體凹口，壩軸線與主壩軸線呈137.76°傾向上游。副壩擋水壩全長295.00 m，為礫石土斜墻砂礫壩，壩頂高程615.20 m，壩頂寬4.00 m，最大壩高6.70 m，上游迎水面壩坡坡比1∶2.75，下游背水面坡比1∶2.00，壩體上游采用干砌石護坡，下游采用木框格草皮護坡，壩腳利用干砌石貼坡排水。大壩基礎(chǔ)采用截水槽防滲，回填礫石土，深入基巖。

設(shè)計咨詢主要針對副壩的筑壩材料、填筑要求、壩體分區(qū)、壩坡、壩頂高程及防滲設(shè)計等方面進行了復(fù)核。

副壩各部位壩體及基礎(chǔ)變化平順，基本無突變，壩體計算選取最大壩高作為典型計算斷面，進行壩坡穩(wěn)定、壩體沉降、滲流穩(wěn)定等復(fù)核。

經(jīng)復(fù)核，給出如下咨詢結(jié)論：

（1）原設(shè)計滲流及滲流穩(wěn)定計算模型、工況及計算采用的程序是合適的。

（2）壩體內(nèi)各部位最大比降小于相應(yīng)允許比降；壩基下游出逸點比降小于壩基允許滲透比降。

（3）上下游壩坡穩(wěn)定在各工況均是安全的。

（4）副壩壩體沉降小于壩高的1%，滿足規(guī)范要求。但是要根據(jù)現(xiàn)場施工情況，測量出已經(jīng)完成填筑的壩頂高程，預(yù)留出沉降量。

3.2 重力壩

漿砌石重力壩位于Dja 河左側(cè)河岸二級階地堆積層構(gòu)成的壤土斜坡、主壩軸線左壩端，右側(cè)與溢流壩連接，漿砌石重力壩全長22.00 m。

漿砌石重力壩采用塊石砌筑，壩頂高程615.20 m，壩頂寬4.00 m，最大壩高15.20 m，上游迎水面垂直，下游壩面坡比1∶0.75，上游側(cè)布置0.30 m 厚鋼筋混凝土防滲層，基礎(chǔ)坐落在強風(fēng)化下限基巖上。

重力壩段壩基礎(chǔ)存在軟弱夾層，原初設(shè)報告僅對壩基進行了穩(wěn)定及應(yīng)力復(fù)核，沒有針對該軟弱夾層進行深層抗滑穩(wěn)定計算。本次設(shè)計復(fù)核針對該軟弱夾層，假定不同傾角進行了深層抗滑敏感性分析。

由于實測地勘資料有限，斷面走向不明確，綜合考慮地質(zhì)情況說明，特假定α=10°、15°、20°，β=15°、30°、45°三種情況進行組合計算深層抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。

經(jīng)復(fù)核，給出如下咨詢結(jié)論：

（1）采用的計算公式滿足規(guī)范要求。

（2）計算結(jié)果表明，壩體抗滑及建基面應(yīng)力安全系數(shù)滿足規(guī)范要求，壩基穩(wěn)定滿足要求。

（3）針對軟弱夾層，假定不同傾角進行了深層抗滑敏感性分析。假定的第一滑裂面傾角分別為10°、 15°、 20°， 第 二 滑 裂 面 傾 角 分 別 為 15°、30°、45°時，計算結(jié)果所有工況均滿足規(guī)范要求的抗滑穩(wěn)定要求。

3.3 溢流壩

漿砌石溢流壩位于Dja 河主槽，與主壩同軸，左與漿砌石重力壩、右與泄洪沖沙排漂閘連接，漿砌石溢流壩全長115.00 m。

溢流壩采用開敞式漿砌石溢流壩，溢流壩總寬115.00 m，過流凈寬96.00 m，堰頂高程612.00 m，最大壩高15.00 m，底寬14.00 m。為實用堰型式。下游采用臺階狀堰面至河床，每階高1.5 m，寬1.125 m。

溢流壩選取最大斷面作為典型斷面，主要進行了泄流能力、消能復(fù)核。

經(jīng)復(fù)核，給出如下咨詢結(jié)論：

（1）溢洪道的泄流能力滿足泄洪要求。

（2）水流經(jīng)過臺階式消能后，溢流壩下游不會產(chǎn)生沖坑。

（3）溢流壩運行期間加強觀測，如出現(xiàn)影響大壩安全的河床沖刷應(yīng)及時增設(shè)下游防沖設(shè)施。

3.4 建筑物材料替代方案研究

3.4.1 溢流壩及重力壩優(yōu)化方案

考慮施工進度滯后的情況，如按照建筑物先有的設(shè)計方案施工，施工工期較長，為了加快施工進度，對溢流壩、重力壩進行了替代方案研究，將溢流壩及重力壩調(diào)整為毛石混凝土結(jié)構(gòu)型式。

具體調(diào)整建議為：將原漿砌石調(diào)整為毛石混凝土，取消原上游面的鋼筋混凝土防滲面板，頂部溢流面及下游壩坡消力臺階采用常態(tài)混凝土結(jié)構(gòu)并在表面配置鋼筋網(wǎng)，壩體毛石混凝土與溢流面常態(tài)混凝土同步施工。重力壩參照溢流壩方案進行調(diào)整。

3.4.2 副壩替代方案研究

副壩原設(shè)計方案合理，但是由于工期滯后，為加快施工進度，調(diào)整副壩壩型，以利于施工?？紤]到副壩周邊防滲土料資源豐富，儲量及質(zhì)量均滿足均值土壩填筑要求。因此，將副壩壩型型式調(diào)整為均質(zhì)土壩（壩體填筑土料全部采用含礫黏土料）。

副壩壩型調(diào)整優(yōu)點在于：

（1）采用均值土壩壩體材料單一，施工工序簡單，施工干擾少，有利于加快施工進度，加上副壩施工周期均在旱季進行，這一優(yōu)勢更為明顯。

（2）壩體防滲部分厚度大，滲透比降比較小，有利于滲流穩(wěn)定和減少通過壩體的滲漏量。

（3）壩體和壩基及岸坡的接觸滲徑比較長，壩基防滲效果好；而土質(zhì)斜墻防滲料則是靠在透水壩殼上，若壩殼沉降較多，將有可能使斜墻開裂，從而影響到壩體防滲效果。

（4）由于均值土壩對壩基地質(zhì)條件要求相對較低，在除去副壩壩基表層富含植物根系土層（厚度1.0～1.5 m）之后即可作為副壩的建基面。

方案調(diào)整后對副壩均質(zhì)壩方案進行復(fù)核，副壩滲流及邊坡穩(wěn)定均滿足要求。

4 結(jié) 語

（1）本工程設(shè)計咨詢服務(wù)針對本項目特點，通過與業(yè)主及設(shè)計單位溝通、資料解讀、問題分析、現(xiàn)場考察等制定了相應(yīng)的咨詢方案并嚴(yán)格執(zhí)行多專業(yè)、全過程管理，以達(dá)到項目在進度、質(zhì)量方面的控制，從而達(dá)到項目建設(shè)的預(yù)期效果。

（2）提供咨詢延伸服務(wù)，如進行更新的二期導(dǎo)流方案的設(shè)計，在擴展了業(yè)務(wù)同時，也贏得了業(yè)主的口碑。

（3）為在保證工程質(zhì)量的前提下，盡量提高施工進度，咨詢服務(wù)重點圍繞工程質(zhì)量及施工進度進行復(fù)核和優(yōu)化設(shè)計，提出建筑物材料替代方案，以提高項目建設(shè)的效率和質(zhì)量。

（4）2019 年1 月，莫肯水電站順利完成臨時驗收，工程運行良好。