西藏某水電站混凝土重力壩型式研究

(中國電力建設(shè)集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司，杭州，311122)

1 工程概況

西藏某水電站的開發(fā)任務(wù)為發(fā)電，水庫為日調(diào)節(jié)水庫，樞紐建筑物主要由擋水建筑物、泄洪消能建筑物、引水發(fā)電系統(tǒng)及升壓站等組成。電站利用水頭65m，裝機容量為4×165MW。

壩址區(qū)兩岸地形較完整，左岸稍緩，右岸稍陡，地表多基巖裸露，正常蓄水位高程處河谷寬約312.9m，河谷呈較對稱的“V”型。

壩址區(qū)巖性為喜山期黑云母花崗閃長巖，局部夾黑云母角閃石英閃長巖條帶狀巖脈；巖體較完整，以弱風(fēng)化為主，左岸坡卸荷相對強烈，屬Ⅲ類巖體，右岸屬Ⅱ類巖體；河床覆蓋層較薄，下伏基巖屬Ⅱ類巖體。

壩址區(qū)具備布置混凝土重力壩和混凝土面板堆石壩的條件，通過技術(shù)經(jīng)濟比較，混凝土重力壩方案在地形地質(zhì)條件、樞紐布置、施工條件、環(huán)境保護、水能利用及工程可比投資等方面均優(yōu)于混凝土面板堆石壩方案，故推薦采用混凝土重力壩壩型，最大壩高為118m。

2 問題由來

通過比較，采用混凝土重力壩較優(yōu)，但采用常態(tài)混凝土重力壩(以下簡稱常態(tài)壩)或碾壓混凝土重力壩(以下簡稱碾壓壩)需要進行研究比較。

西藏地區(qū)氣候特點是海拔高、氣壓低、晝夜溫差大、日照時間長、紫外線強度較大、蒸發(fā)強烈，氧氣含量少，多大風(fēng)；已建和正在建設(shè)的壩高大于50m的混凝土重力壩共5座，其中常態(tài)壩為4座，碾壓壩1座。

在內(nèi)地同等規(guī)模的水電站近期多采用碾壓壩方案，可利用碾壓混凝土施工速度快的特點以實現(xiàn)提早發(fā)電，另外可利用粉煤灰價格低于水泥的特點，達到降低工程造價的目的。

西藏地區(qū)不產(chǎn)粉煤灰，工程所用粉煤灰需從青海、四川、甘肅等外省運入，距離遠，成本高，粉煤灰價格與水泥價格基本相當，采用碾壓混凝土壩方案是否還有造價上的優(yōu)勢？本工程為壩后式廠房布置，關(guān)鍵工期在廠房建筑物，碾壓壩的快速施工特點還有什么優(yōu)勢？因此需要從多方面對常態(tài)壩和碾壓壩兩種壩型進行研究選擇。

3 兩種不同材料壩型比較

主要從水工、施工、溫控及投資方面進行對比分析。

3.1 水工方面

3.1.1 大壩體型設(shè)計

兩種材料壩的設(shè)計體型均相同，為：上游折坡點位于最低建基面以上1/4最大壩高處，折坡坡比為1∶0.2；下游壩坡采用1∶0.75，起坡點位于壩頂。

3.1.2 壩體分縫分塊方面

常態(tài)壩和碾壓壩在橫縫設(shè)計方面相同，最大間距均為28m的溢流壩段。

常態(tài)壩和碾壓壩區(qū)別在于縱縫的設(shè)置，常態(tài)壩需在河床壩段設(shè)置1條縱縫，大壩蓄水前縱縫周邊壩體混凝土需進行二期通水冷卻，以便接縫灌漿，而碾壓壩則不需設(shè)縱縫，少了灌漿環(huán)節(jié)，碾壓混凝土壩略優(yōu)。

3.1.3 壩體混凝土性能指標及材料分區(qū)方面

常態(tài)壩和碾壓壩壩高一樣，壩形一樣，根據(jù)規(guī)范要求，混凝土的強度及耐久性設(shè)計要求一致，均采用同一套標準，故兩種方案的材料性能指標基本相同。由于施工工藝上的不同，兩種方案的大壩材料分區(qū)上略有不同，但不存在本質(zhì)的區(qū)別。

3.2 施工方面

3.2.1 大壩施工方法

通過研究比較，常態(tài)壩方案壩體混凝土主要采用4臺20t纜機澆筑；碾壓壩方案大壩碾壓混凝土采用自卸汽車、滿管溜槽的入倉方式，大壩常態(tài)混凝土采用1臺MQ900型門機和3臺SDTQ1800/60型門機為主，1臺30t固定式纜機輔助的澆筑方案。

兩方案施工方法均可行，不制約常態(tài)壩與碾壓壩方案的比選，但碾壓壩可減少纜機，簡化纜機平臺布置。

3.2.2 施工布置

兩方案樞紐布置格局基本相同，僅筑壩材料不同，兩方案施工布置差別不大。

3.2.3 施工工期

由于關(guān)鍵線路在廠房，因此兩方案發(fā)電工期及總工期相同，籌建期進度安排也基本相同。碾壓壩方案采用通倉碾壓施工，在施工進度安排上靈活性較大，即使在冬季等不利時節(jié)停工3個月(冬歇期12月-次年2月)，也不影響總工期，相對工期保證率較高。

3.2.4 混凝土原材料供應(yīng)

碾壓混凝土需要的水泥用量與常態(tài)混凝土方案相比有所減少，但總量相差不大，供應(yīng)情況基本一致。

碾壓壩方案需要的粉煤灰量約13.93萬t，相對常態(tài)壩方案的10.19萬t有較大幅度增加，粉煤灰供應(yīng)保障難度有所增加、需增加倉儲面積約1500m2，增加投資約240萬元。

3.2.5 施工強度和勞動力資源

常態(tài)壩方案大壩混凝土澆筑高峰強度約為8.7萬m3/月，大壩混凝土施工高峰期施工人數(shù)約為480人；碾壓壩方案大壩混凝土澆筑高峰強度約為12萬m3/月，大壩混凝土施工高峰期施工人數(shù)約為420人。雖然碾壓壩混凝土澆筑高峰強度大，但所需人數(shù)較少。

3.3 溫控方面

3.3.1 出機口溫度、澆筑溫度方面

常態(tài)壩和碾壓壩在出機口溫度、澆筑溫度等方面由于溫度控制標準基本相同，但受冬歇期停工影響，碾壓壩混凝土澆筑主要集中在高溫季節(jié)，相對常態(tài)壩其大壩制冷混凝土方量較常態(tài)壩多了約49萬m3，大壩制熱混凝土較常態(tài)混凝土少了約43萬m3，常態(tài)壩與碾壓壩的制熱混凝土和制冷混凝土總量基本相同，常態(tài)壩與碾壓壩基本相當。

3.3.2 表面保溫措施方面

碾壓壩較常態(tài)壩方案除多了越冬層面的倉面保溫措施外，其它的基本相同，常態(tài)壩略優(yōu)。

3.3.3 通水冷卻方面

常態(tài)壩設(shè)置了1條施工縱縫，蓄水前需二期通水冷卻，而碾壓壩沒有設(shè)置縱縫，所以沒有縱縫接縫灌漿以及二期通水冷卻要求，比較分析可知，常態(tài)壩較碾壓壩最終降溫幅度要大5℃～6℃，也即常態(tài)壩為了二期冷卻需要比碾壓壩多投入約70%的冷卻通水工程量，碾壓壩略優(yōu)。

3.3.4 溫控防裂方面

根據(jù)三維有限元溫控仿真計算分析，常態(tài)壩方案壩體溫度應(yīng)力的最小安全系數(shù)為1.65(對應(yīng)強約束區(qū)1.59MPa的順河向溫度應(yīng)力)，碾壓壩方案壩體溫度應(yīng)力的最小安全系數(shù)為1.96(對應(yīng)強約束區(qū)1.43MPa的順河向溫度應(yīng)力)，均滿足規(guī)范要求(不小于1.50)，其中碾壓壩方案的安全系數(shù)略高于常態(tài)壩方案，主要原因是碾壓混凝土絕熱溫升較常態(tài)混凝土低，所以在基本相同的溫控措施下，碾壓壩略優(yōu)。

根據(jù)工期安排，碾壓壩在冬季停工3個月左右，避開了寒冷氣候的影響，除了做好保溫外，其它溫控措施可大大簡化。

綜上所述，碾壓壩溫控防裂措施略優(yōu)于常態(tài)壩。

3.4 可比投資方面

通過從水工布置、溫控措施及施工布置方面進行可比投資比較，碾壓壩方案可比總投資比常態(tài)壩方案少4451萬元，碾壓壩較優(yōu)。

表1 可比投資估算 單位：萬元

4 結(jié)論

本工程采用常態(tài)壩或碾壓壩均是可行的，但碾壓壩可取消大壩縱縫，減少了灌漿環(huán)節(jié)；且在冬季可以停工3個月左右，以避開寒冷氣候的影響，溫控措施較常態(tài)壩可大大簡化；可減少纜機，簡化纜機平臺、繞壩交通洞等施工輔助設(shè)施；采用通倉碾壓施工，在施工進度安排上靈活性較大，即使在冬季等不利時節(jié)停工，也不影響總工期，相對工期保證率較高；總可比投資較常態(tài)壩方案少約4451萬元，因此，碾壓壩方案較優(yōu)，推薦采用碾壓壩方案。

碾壓混凝土縫面及層面處理、預(yù)埋件施工等易成為薄弱環(huán)節(jié)，近年來建設(shè)的許多工程均出現(xiàn)了不同程度的壩體滲漏，特別是西藏地區(qū)的氣候特點對碾壓混凝土施工提出了更高的要求，這就需要在施工過程中嚴格按相關(guān)規(guī)程規(guī)范進行質(zhì)量控制，才可確保碾壓壩的工程質(zhì)量，西藏地區(qū)的其他類似工程也證明了這點。