特高堆石壩壩基混凝土單元工程優(yōu)良率影響因素分析

王萬千 郭成 吳先俊 李鵬 康向文

摘要：為提高雙江口水電站大壩壩基混凝土單元工程優(yōu)良率，基于組合賦權(quán)理論，建立影響因素評價模型。根據(jù)模板局部變形、模板安裝不牢、脫模劑不合格、倉面振搗時間不足、未按配合比拌料等16項末端因素，構(gòu)建壩基混凝土澆筑質(zhì)量評價體系，運用G1-熵權(quán)組合賦權(quán)法評估大壩壩基混凝土影響因素，并制定對策措施。計算結(jié)果表明：16項末端因素中模板局部變形、模板未除銹、倉面振搗時間不足是影響雙江口水電站大壩壩基混凝土單元工程優(yōu)良率的主要因素。該方法在雙江口水電站大壩壩基混凝土澆筑過程中得到較好的應(yīng)用，可為后續(xù)類似工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：特高堆石壩;壩基混凝土;單元工程優(yōu)良率;熵權(quán)組合賦權(quán)法;雙江口水電站

中圖法分類號： TV642.4 文獻標志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.09.007

文章編號：1006 - 0081（2021）09 - 0042 - 07

0引 言

近年來，在國家西部大開發(fā)、西電東送的發(fā)展戰(zhàn)略中，中國已建、在建的200 m以上的高壩多為堆石壩[1]。這些堆石壩建在河流上游，大多具有“高水頭、大泄量、窄河谷”等特點，且存在“高陡邊坡、深厚覆蓋層、施工場地緊湊、施工強度高”等問題，增加了現(xiàn)場施工控制的難度，降低了單元工程優(yōu)良率[2-3]。300 m級特高堆石壩心墻蓋板混凝土作為左右岸壩肩基巖固結(jié)灌漿蓋重以及大壩防滲土料與兩岸基巖結(jié)合部位，具有防接觸沖刷作用，其施工質(zhì)量控制尤為重要[4]。因此，系統(tǒng)分析壩基混凝土澆筑影響因素，對提高特高堆石壩壩基混凝土單元工程優(yōu)良率具有重要意義。

本文依托壩高312 m的雙江口礫石土心墻堆石壩工程，建立大壩壩基混凝土影響因素評價模型，采用G1-熵權(quán)組合賦權(quán)法對大壩壩基混凝土單元工程優(yōu)良率影響因素進行了研究，提出了相應(yīng)的大壩壩基混凝土質(zhì)量控制措施，為300 m級特高堆石壩壩基混凝土質(zhì)量控制提供了參考。

1 工程概況

雙江口水電站是大渡河干流上游控制性龍頭水庫電站，是國家電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃的重點項目，具有“高海拔、高壩、高地應(yīng)力、高流速、高邊坡、高寒”等特點。雙江口水電站為I 等大（1）型工程，樞紐主要建筑物由礫石土心墻堆石壩、洞式溢洪道、漩流式豎井泄洪洞、深孔泄洪洞、放空洞、地下引水發(fā)電系統(tǒng)等建筑物組成。雙江口水電站最大壩高312 m，為世界第一高壩，采用壩式開發(fā)，總裝機容量200萬kW[5]。

雙江口水電站左岸坡壩基混凝土劃分為88個單元，設(shè)計工程量為14 573.34 m3;右岸坡壩基混凝土劃分為76個單元，設(shè)計工程量為12 332.15 m3;河床表面壩基混凝土劃分為20個單元，設(shè)計工程量為7 125.39 m3。合計184個單元，設(shè)計工程量 34 030.88 m3。雙江口水電站左、右岸邊坡陡峻，坡度范圍為37.57°～59.89°，心墻蓋板混凝土施工跨度大（16 m×20 m），平均厚度?。ㄆ骄?0 cm），施工難度大。

2 單元工程優(yōu)良率影響因素

2.1 大壩壩基混凝土澆筑現(xiàn)狀

雙江口水電站壩址區(qū)河谷深切，谷坡陡峻，天然地應(yīng)力較高，兩岸巖體向河谷臨空面卸荷強烈，混凝土澆筑施工難度大，質(zhì)量要求高。巖體卸荷作用主要沿順坡的NW向中陡傾角裂隙進行，且局部追蹤裂隙密集部位卸荷明顯，其卸荷強度一般水平深度為0～24.5 m，弱卸荷水平深度為1.2～50.0 m;右岸強卸荷水平深度為5.0～38.0 m，弱卸荷水平深度為20.0～49.0 m，強卸荷帶內(nèi)巖體松弛嚴重，卸荷裂隙較發(fā)育，裂隙普遍松弛張開0.5～5.0 cm，最大達到10.0 cm。同時，由于施工管理不完善等影響，導(dǎo)致已澆筑壩基混凝土存在麻面、蜂窩孔洞、碰損掉角、表面裂縫等現(xiàn)象，嚴重影響了單元工程的優(yōu)良率。針對這一現(xiàn)狀，業(yè)主聯(lián)合設(shè)計、監(jiān)理和施工單位成立了QC小組，對雙江口水電站左、右岸岸坡及河床廊道已澆筑混凝土單元工程質(zhì)量評定情況進行統(tǒng)計。結(jié)果表明：雙江口水電站左、右岸及河床壩基混凝土澆筑完成的13個單元中，優(yōu)良單元為9個，優(yōu)良率僅為69.2%。對此，QC小組首先對混凝土澆筑施工工序進行分析、梳理，主要包括：基礎(chǔ)清理、鋼筋安裝、預(yù)埋件安裝、模板安裝、倉面驗收、澆筑、養(yǎng)護、拆模、驗評9個步驟。分析、梳理完混凝土澆筑施工工序后，QC小組對混凝土各工序優(yōu)良率進行了統(tǒng)計，結(jié)果見表1。

從檢查統(tǒng)計情況可以看出，表1中第6項“混凝土外觀”的優(yōu)良率較低，影響了混凝土單元工程優(yōu)良率的評定。為進一步確定影響“混凝土外觀”優(yōu)良率的主要因素，QC小組成員根據(jù)評定資料對各單元“混凝土外觀”評定表進行檢查，統(tǒng)計結(jié)果見表2。

“混凝土外觀”工序中主控項目全部符合優(yōu)良質(zhì)量標準，一般項目平均優(yōu)良率僅為85.7%，低于優(yōu)良標準率90%，是導(dǎo)致混凝土外觀工序評定優(yōu)良率較低的主要原因。QC小組成員對4個被評為“合格”的混凝土單元工程中的混凝土外觀工序一般項目合格點數(shù)進行統(tǒng)計，通過進一步分析，發(fā)現(xiàn)麻面占比54.5%、蜂窩孔洞36.4%、碰損掉角7.7%、表面裂縫1.4%，詳見表3。由統(tǒng)計結(jié)果可知，影響基礎(chǔ)混凝土單元工程優(yōu)良率的主要因素是麻面和蜂窩，兩項因素累計占比90.9%。

2.2 指標體系構(gòu)建

通過現(xiàn)場調(diào)查，并經(jīng)過多次討論、分析，QC小組運用頭腦風(fēng)暴法提出了溫控措施、混凝土質(zhì)量、模板變形情況、內(nèi)模處理情況、振搗情況等5個評價依據(jù)，確認了模板局部變形、模板安裝不牢、脫模劑不合格、倉面振搗時間不足、未按配合比拌料等16項末端因素，繪制了關(guān)聯(lián)圖（圖1）。同時，結(jié)合工程實際情況分析，并參考相關(guān)研究成果，在遵循數(shù)據(jù)的系統(tǒng)性、科學(xué)性和可獲得性前提下，構(gòu)建了雙江口水電站大壩壩基混凝土單元工程優(yōu)良率影響因素指標體系（圖2）。

3 單元工程優(yōu)良率影響因素模型計算

3.1 構(gòu)建思路

采用G1法與熵值法構(gòu)建大壩壩基混凝土單元工程優(yōu)良率影響因素模型思路見圖3。

3.2 數(shù)據(jù)標準化處理

利用公式（1）對原始數(shù)據(jù)指標進行標準化處理[6]。

[Sij=aij-minAjmaxAj-minAj]? ? ?（1）

式中：Sij為處理后的數(shù)據(jù)指標;aij表示第i個單元工程第j個影響因素;Aj表示評價原始數(shù)據(jù)矩陣。

3.3 G1法權(quán)重計算

G1法是對影響因素重要性進行排序，越靠前權(quán)重越大，能夠充分反映專家的主觀性[7-11]。

（1）確定相鄰影響因素重要性程度之比的理想賦值。

[xm=rm-1rm]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

式中：x為相鄰影響因素rm-1與rm重要性程度之比，m=n，n-1，n-2，…，3，2，其中n為實際影響因素指標數(shù)，n=16。

（2）計算各因素G1法權(quán)重。第i個因素的權(quán)重ki：

[ki=（1+m=2nxm）-1]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

（3）根據(jù)ki計算第n-1，n-2，…，3，2個影響因素的權(quán)重：

[km-1=xmkm]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（4）

式中：km為第m-1個指標的G1法權(quán)重，m=n，n-1，n-2，…，3，2，n=16。

3.4 熵值法權(quán)重計算

熵值法是通過計算同一指標的數(shù)值差客觀反映指標重要性程度的一種方法，差值越大權(quán)重越大[12-14]。

（1）構(gòu)建矩陣。n個影響因素，針對 m個對象，則其原始數(shù)據(jù)矩陣為

[a11a12…a1j…a1na21a22…a2j…a2n??????ai1ai2…aij…ain??????am1am2…amj…amnm×n]? ? ? （5）

（2）標準化原始數(shù)據(jù)矩陣。將 aij帶入式（1） ，得到標準化矩陣

[s11s12…s1j…s1ns21s22…s2j…s2n??????si1si2…sij…sin??????sm1sm2…smj…smnm×n]? ? ? ? ? ?（6）

（3）計算影響因素熵值。根據(jù)式（6）得到的標準化矩陣，計算第j個影響因素的熵值，即：

[pj=-di=1msijmi=1msijlnsiji=1msij]? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（7）

式中：d =1 /lnm。

（4）計算影響因素熵權(quán)。根據(jù)熵值計算第j個影響因素的熵權(quán)φj。

[φj=1-pjj=1n（1-pj）]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （8）

則n個影響因素的熵權(quán)值為 φ = （φ1，φ2，…，φn ） 。

3.5 G1—熵值法組合權(quán)重計算

將G1權(quán)重法與熵權(quán)法線性組合[15]，得到G1—熵值法，計算第j個影響因素的組合權(quán)重。

[γj=λkj+1-λφj]? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（9）

式中：[γj]為第j個影響因素的組合權(quán)重;λ為調(diào)節(jié)系數(shù)。

按照總誤差平方和最小化原則，構(gòu)建目標函數(shù)[minQ]，計算如下：

[minQ=j=1nkj-γj2+φj-γj2]? ? ? ?（10）

對式（10）求導(dǎo)，并令其等于零，可解得調(diào)節(jié)系數(shù)λ = 0. 5，即

[γj=kj+φj2]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （11）

由式（11）可得各影響因素的組合權(quán)重為

[λj=λ1，λ2，…，λnT]? ? ? ? ? ? ? ? ?（12）

3.6計算結(jié)果分析

本文選取雙江口水電站大壩壩基混凝土澆筑共計13個單元工程，獲取共16個影響因素的原始數(shù)據(jù)，規(guī)范化處理后，得到第i個單元工程第j個影響因素的標準化值sij（i = 1，2，…，n; j= 1，2， …，m）。

3.6.1 G1法計算結(jié)果

經(jīng)過QC專家組分析研判，將影響雙江口水電站大壩壩基混凝土澆筑單元工程優(yōu)良率16個因素進行主觀排序r1 >r5 >r6 >r10 >r12 >r8 >r2 >r16 >r7 >r4 > r3 >r13 >r15 >r14 >r11 >r9。相鄰影響因素之比的理想賦值為：x2=r1/r2=1.55;x3=r2/r3=1.57;x4=r3/r4=0.88;x5=r4/r5=0.5;x6=r5/r6=1.07;x7=r6/r7=1.67;x8=r7/r8=0.75;x9=r8/r9=6;x10=r9/r10=0.14;x11=r10/r11=4.67;x12=r11/r12=0.23;x13=r12/r13=2.17;x14=r13/r14=1.5;x15=r14/r15=0.8;x16=r15/r16=0.50。將上述數(shù)值帶入式（3）、（4）計算可得16個影響因素的G1法權(quán)重值為

[k=0.007 51，0.009 31，0.196 71，0.190 66，0.010 65，0.062 61，0.001 94，0.157 26，0.002 16，0.092 65，0.007 12，0.003 08，0.003 92，0.011 13，0.210 67，0.032 56Τ]

3.6.2 熵權(quán)法計算結(jié)果

采用0～3的4級測度法對各影響因素進行賦值，構(gòu)建原始數(shù)據(jù)矩陣：

[A=02…1…313…0…0??????31…2…1??????01…1…213×16]

將上述原始矩陣帶入式（1）、（6）、（7）、（8）計算，可得16個影響因素的熵權(quán)重值：

[φ=0.009 82，0.010 21，0.198 62，0.189 25，0.011 21，0.067 25，0.001 21，0.162 65，0.001 99，0.094 61，0.005 16，0.002 78，0.003 06，0.009 39，0.204 04，0.028 71Τ]

3.6.3 G1—熵值法組合權(quán)重計算結(jié)果分析

將16個影響因素的G1法權(quán)重值與熵權(quán)重值帶入式（11），可得雙江口水電站大壩壩基混凝土澆筑單元工程優(yōu)良率影響因素組合權(quán)重，即：

[λ=0.008 66，0.009 76，0.197 66，0.189 95，0.010 93，0.064 93，0.001 57，0.159 95，0.002 07，0.093 63，0.006 14，0.002 93，0.003 49，0.010 26，0.207 35，0.030 63Τ]

雙江口水電站大壩壩基混凝土澆筑單元工程優(yōu)良率的主要因素權(quán)重如表4所示。分析可知，模板局部變形、模板未除銹、倉面振搗時間不足這3項的組合權(quán)重值分別為 0.207 36，0.197 67，0.189 96 ，累計權(quán)重值達到0.594 98，是影響雙江口水電站大壩壩基混凝土澆筑單元工程優(yōu)良率的主要因素，應(yīng)在施工過程中加以重點控制。

4 控制措施

找出主要影響因素后，QC小組召開頭腦風(fēng)暴會議，按照5W1H的原則制定出相應(yīng)對策實施方案。

4.1制定措施

4.1.1 加強模板制作與安裝控制

通過勤測量，整平或更換不合格模板，精確定位和精細化施工，達到控制模板平整度、孔洞位置及模板縫隙的要求。

（1）對使用模板進行檢查測量。模板檢查采用2 m直尺對平整度進行檢測，確保不平整度不大于2 mm。確保模板面積在100 m2以內(nèi)，檢測點數(shù)不少于20個，模板面積在100 m2以上時，每增加100 m2，檢測點數(shù)增加不少于10個。

（2）對于需預(yù)留孔洞的模板，①在模板制作時通過精確定位，預(yù)先完成開孔洞，并保證孔洞周邊的平整;②后期經(jīng)準確測量需開孔洞位置，采取鉆孔、切割方式進行開孔洞，并保證孔洞周邊的平整，最終控制模板預(yù)留孔洞位置偏差不大于5 mm，保證模板的質(zhì)量。

（3）通過對施工單位開展精細化施工要求，加強施工人員培訓(xùn)，開展標準化立模等手段，同時加強模板縫隙檢測抽查，控制模板縫隙不大于2 mm，保證施工質(zhì)量。

4.1.2 加強模板除銹檢測

（1）在進行倉面驗收時執(zhí)行嚴格的除銹檢測標準：通過手觸摸感受內(nèi)模板表面是否光滑、有無毛刺，觀察內(nèi)模有無銹跡，同時采用白手套擦拭直至無銹污。

（2）對模板涂刷脫模劑要求：在晴朗天氣條件下涂刷，避免雨水沖刷;做到均勻涂刷，不能漏刷，保證脫模效果;模板安裝完成后，對立模造成脫模劑缺失的地方要進行補刷。

（3）嚴格規(guī)范施工單位三檢制、監(jiān)理旁站、驗收程序等過程控制，減少不必要的返工，保證檢查無遺漏，驗收高質(zhì)量。

4.1.3 嚴格控制振搗時間及振搗深度

（1）加強監(jiān)理旁站管理。監(jiān)理工程師采取24 h盯倉方式，全天候無死角加強混凝土澆筑過程旁站，發(fā)現(xiàn)漏振、欠振時，立即督促整改。確保每個振搗點位振搗時間控制在20～30 s之間，同時檢測振搗棒插入下層混凝土的深度控制在5～10 cm之間?？刹扇≡谡駝影羯蠘擞浂ㄎ坏姆绞?，確定振動棒插入深度，通過現(xiàn)場旁站督促振搗棒插入角度垂直。

（2）采用智能振搗手環(huán)確保振搗規(guī)范。通過采用混凝土智能振搗手環(huán)，將混凝土振搗作業(yè)從定性分析轉(zhuǎn)變?yōu)槎糠治?，通過量化質(zhì)量，建立數(shù)據(jù)分析模型，分析混凝土振搗質(zhì)量與振搗時間的直接關(guān)系，得出混凝土振搗質(zhì)量合格情況下對應(yīng)的振搗時間范圍，將經(jīng)驗振搗時間值轉(zhuǎn)變?yōu)槎康恼駬v時間，指導(dǎo)現(xiàn)場人員施工，減少人為判斷的失誤。

（3）采取梅花狀的振搗方式，保證振搗范圍的全覆蓋，避免出現(xiàn)漏振的情況出現(xiàn)。

4.2 效果檢查

通過采取更換變形模板、加強模板安裝驗收、加強旁站監(jiān)督和考核處罰等措施，雙江口水電站大壩左、右岸及河床壩基混凝土澆筑質(zhì)量得到了有效改善。左、右岸及河床壩基混凝土后續(xù)澆筑單元累計評定51個單元，混凝土外觀質(zhì)量一般項目優(yōu)良率達到了91.8%，外觀質(zhì)量工序總體優(yōu)良率達到了90.3%。對左、右岸及河床壩基混凝土后續(xù)的51個單元進行評定，其中，50個單元評定為優(yōu)良，即QC活動期間澆筑單元工程優(yōu)良率為98%。據(jù)此，計算得出左、右岸及河床壩基混凝土單元工程優(yōu)良率已提高至92.2%。

5結(jié) 論

（1）結(jié)合雙江口水電站大壩壩基混凝土澆筑實際，通過開展QC小組活動，提高了雙江口水電站大壩壩基混凝土單元工程優(yōu)良率，通過對備倉、澆筑工藝技術(shù)的改進并加強監(jiān)管，縮短了消缺時間，減少了單元工程施工耗時，縮短了施工工期，同時減少了消缺和返工工程量，利于投資節(jié)約。

（2）雙江口水電站地處高地應(yīng)力地區(qū)，覆蓋層全部挖除后，兩岸及基礎(chǔ)巖層應(yīng)力不斷釋放，強卸荷帶內(nèi)巖體松弛嚴重，卸荷裂隙較發(fā)育，易產(chǎn)生薄弱部位甚至形成滲漏通道，通過精細化控制壩基混凝土澆筑質(zhì)量，有效保證了電站基礎(chǔ)整體性及防滲效果。

（3）本文提出的G1-熵權(quán)法組合權(quán)重分析方法較好地實現(xiàn)了對300 m級特高堆石壩壩基混凝土單元工程優(yōu)良率影響因素的分析;提出的防控措施在雙江口電站得到了較好的驗證，同時可為后續(xù)工程類似問題提供借鑒。

（4）下一步QC小組將結(jié)合雙江口水電站工程特色，研究雙江口水電站大壩滑模澆筑施工處理的工藝創(chuàng)新，提出更合理的混凝土澆筑施工工藝及參數(shù)。

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（編輯：江 文）

Research on influencing factors of excellent and good rate of foundation

concrete units of super high rockfill dam

WANG Wanqian1，2，GUO Cheng1，2，WU Xianjun1，2，LI Peng1，2，KANG Xiangwen1，2

（1. Guoneng Dadu River Basin Hydropower Development Co.， Ltd.，Chengdu 610041，China;? 2. Sichuan Dadu River Shuangjiangkou

Hydropower Development Co.， Ltd.，Maerkang 624099，China）

Abstract：In order to improve the excellent and good rate of dam foundation concrete units of Shuangjiangkou Hydropower Station，we established the influence factors evaluation model by combination weighting theory. By confirmed 16 influencing factors，such as local deformation of formwork， un-firmly installed formwork， unqualified release agent， insufficient warehouse surface vibration time，misproportion mixture， we constructed the quality evaluation system of dam foundation concrete pouring， evaluated the influencing factors of dam foundation concrete by G1-entropy weight combination weighting method and proposed some countermeasures.The result showed that： among the 16 end factors，local deformation of formwork， without removal of formwork rust and the insufficient warehouse surface vibration time were the main factors affecting the excellent and good rate of the dam foundation concrete units of Shuangjiangkou hydropower station.This method has been well applied in the pouring process of dam foundation concrete of Shuangjiangkou Hydropower Station， and can provide reference for subsequent similar projects.

Keywords：super high rockfill dam; foundation concrete; excellent and good rate of unit engineering; entropy weight combination weighting method;Shuangjiangkou Hydropower Station