高海拔峽谷地區(qū)碾壓混凝土壩施工布置及優(yōu)化

李軍華，劉朝建

(水電九局西藏建設(shè)工程有限公司，西藏 拉薩 850000)

西藏DG水電站位于西藏自治區(qū)山南地區(qū)YLZBJ干流藏木峽谷河段之上，是YLZBJ中游水電規(guī)劃沃卡河口～朗縣縣城河段8級(jí)開發(fā)方案中的第2級(jí)，電站樞紐建筑物由擋水建筑物、泄洪消能建筑物、引水發(fā)電系統(tǒng)及升壓站等組成。該工程是目前國內(nèi)海拔最高的碾壓混凝土重力壩。

攔河壩為碾壓混凝土重力壩，壩頂高程3 451.0 m，最大壩高117 m，壩頂長385 m。大壩混凝土共分17個(gè)壩段，1～5號(hào)壩段為左岸擋水壩段，6～9號(hào)壩段為溢流壩段，10號(hào)壩段為沖砂底孔壩段，11～14號(hào)壩段為廠引壩段，15～17號(hào)壩段為右岸擋水壩段。其中1、17號(hào)壩段為常態(tài)混凝土壩段，其余壩段均為碾壓混凝土+常態(tài)混凝土壩段，消力池右邊墻、廠壩導(dǎo)墻為碾壓混凝土，消力池底板及左邊墻、護(hù)坦、檢修圍堰均為常態(tài)混凝土。大壩碾壓混凝土總方量為94萬m3，常態(tài)混凝土51萬m3。大壩上游立面圖見圖1。

圖1 大壩上游立面圖

1 工程重點(diǎn)及難點(diǎn)分析及解決方案

1)大壩兩岸河谷地形狹窄，施工布置條件差。大壩壩址區(qū)屬高山峽谷地貌，YLZBJ以N15°E流經(jīng)壩址，壩址段河道順直，河谷狹窄呈較對(duì)稱的“V”型，左右岸地形陡峭[1]。而受電站區(qū)域地形限制，制漿站、施工水池、鋼筋加工廠、預(yù)制場等施工臨建設(shè)施均無法集中布置。為此，必須結(jié)合電站區(qū)域河谷地形以及渣場等部位對(duì)臨建設(shè)施布置進(jìn)行合理優(yōu)化，減小臨建設(shè)施布置難度和占地面積，降低項(xiàng)目臨建設(shè)施費(fèi)用。

2)大壩混凝土高峰期運(yùn)輸強(qiáng)度大，施工道路布置及施工機(jī)械設(shè)備配置需合理優(yōu)化[2]。電站砂拌系統(tǒng)布置在大壩下游河谷左岸，拌和站至大壩左岸運(yùn)距約1.2 km，至大壩右岸運(yùn)距約1.7 km，高峰期大壩最大澆筑強(qiáng)度13萬m3/月。由于大壩3 398.0 m以下碾壓混凝土共71萬m3，占總碾壓方量的74.7%，該區(qū)域碾壓混凝土大部分均采用自卸汽車入倉，為滿足高峰期混凝土澆筑強(qiáng)度，需對(duì)大壩混凝土入倉道路進(jìn)行合理布置[3]。

3)部分壩段內(nèi)常態(tài)混凝土與碾壓混凝土穿插施工，施工效率較低。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，在大壩3 398.0 m以下各壩段主要以碾壓混凝土為主，但在底層廊道、沖砂底孔、排砂廊道、壓力鋼管等部位則是碾壓混凝土+常態(tài)混凝土布置，過程中存在穿插施工的情況。為充分發(fā)揮碾壓混凝土筑壩施工的機(jī)械化及高效性，須對(duì)壩段的材料分區(qū)進(jìn)行合理的調(diào)整優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)大壩快速、高效施工。

4)大壩上部常態(tài)混凝土施工強(qiáng)度高，入倉手段單一，對(duì)施工機(jī)械設(shè)備依賴程度高。由于大壩溢流壩段、廠引壩段上部結(jié)構(gòu)均為閘墩、板梁結(jié)構(gòu)，對(duì)于碾壓混凝土壩而言，往往上部常態(tài)混凝土結(jié)構(gòu)具有工程量大、施工強(qiáng)度高的特點(diǎn)，而且由于入倉手段單一，在施工過程中對(duì)大型機(jī)械設(shè)備的依賴程度高。但由于電站區(qū)域?qū)儆谏頥河谷，大壩溢流壩段、廠引壩段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)布置緊湊，設(shè)備受場地限制影響因素大，故需要結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況對(duì)機(jī)械設(shè)備選型進(jìn)行合理優(yōu)化，確保選定的機(jī)械設(shè)備配置滿足高峰期大壩上部結(jié)構(gòu)混凝土澆筑要求。

2 施工臨建設(shè)施布置優(yōu)化

由于電站區(qū)域場地狹窄，河谷較深，電站永久建筑物集中布置在壩軸線附近。施工臨建設(shè)施無法集中布置，前期已有場地也已被其他標(biāo)段占據(jù)。為此，經(jīng)結(jié)合兩岸峽谷特點(diǎn)和電站區(qū)域已布置的臨時(shí)建筑物，大壩臨建設(shè)施布置按照“分散式”的布置原則進(jìn)行規(guī)劃。并將施工所需生產(chǎn)臨建設(shè)施按照重要性、影響大小合理規(guī)劃。對(duì)于制漿站、高位水池、風(fēng)壓站、備用電源點(diǎn)、現(xiàn)場工人休息區(qū)等布置在大壩施工現(xiàn)場附近；對(duì)于鋼筋加工廠、木材加工廠、混凝土預(yù)制構(gòu)件廠以及金結(jié)加工廠等布置在相對(duì)遠(yuǎn)離壩址的河谷下游區(qū)域[4]。

在進(jìn)行臨建設(shè)施具體布置時(shí)，由于壩肩開挖邊坡上部陡峭，若新建臨時(shí)設(shè)施則施工成本高、施工難度大。結(jié)合大壩施工的特點(diǎn)，分別沿壩軸線附近的壩頂左岸上壩公路、右岸邊坡開挖馬道分別新建左右岸高位水池和左右岸備用電源點(diǎn)，另外利用左岸上壩公路錯(cuò)車道部位新建左岸制漿站。但左岸上壩公路、右岸邊坡馬道均為標(biāo)準(zhǔn)路面寬度，在上述臨建設(shè)施布置完成后將對(duì)后期大壩施工中的左右岸壩頂過往車輛的通行能力帶來影響，為此，采取提前將左岸1號(hào)壩段和右岸17號(hào)壩段澆筑完成，以拓寬壩頂?shù)缆?，同時(shí)為大壩固定式纜機(jī)澆筑混凝土以及中后期利用左右岸滿管溜槽施工提供充足場地。另外，為節(jié)約施工用水成本，結(jié)合大壩混凝土溫控特點(diǎn)，施工用水采用壩址附近兩岸沖溝的雪山融水作為主要水源。

對(duì)于鋼筋加工廠、木材加工廠、混凝土預(yù)制構(gòu)件廠布置時(shí)為節(jié)約場地，采取相對(duì)較為緊湊的“三廠合一”方式綜合布置在與電站拌和系統(tǒng)緊鄰的左岸下游永久交通橋與臨時(shí)索橋間空地處。另外，充分利用大壩上下游圍堰以及基坑內(nèi)左右岸臨時(shí)道路，按照布置的臨建設(shè)施不影響圍堰正常使用和汛期搶險(xiǎn)的前提下，將大壩右岸制漿站布置于上游圍堰右堰頭部位，將現(xiàn)場工人休息區(qū)布置在下游圍堰的背水面，將風(fēng)壓站布置在基坑內(nèi)的左右岸臨時(shí)道路旁。

由于受電站兩岸河谷地形限制，針對(duì)金結(jié)加工廠占地面積較大、建筑面積較小的特點(diǎn)，將金結(jié)加工廠布置于相對(duì)距離永久建筑物較遠(yuǎn)的無用料渣場。辦公及生活設(shè)施統(tǒng)一布置在業(yè)主規(guī)劃建設(shè)的下游承包商營地內(nèi)。大壩施工總平面布置圖見圖2。

Design and Verification of Path Following Controller for USV …

圖2 大壩施工總平面布置圖

3 大壩施工道路布置優(yōu)化

受電站高海拔氣候條件及峽谷地形影響，大壩原投標(biāo)方案中3 398.0 m以下碾壓混凝土采用左岸膠帶機(jī)供料線+滿管溜槽+倉內(nèi)自卸汽車轉(zhuǎn)運(yùn)的斜層平推法進(jìn)行施工。但由于電站砂拌系統(tǒng)距離壩址較遠(yuǎn)，左岸壩肩至拌和站運(yùn)距為1.2 km，膠帶機(jī)供料線較長、且沿線保溫保濕設(shè)備投入大，建設(shè)成本高。而且由于入倉方式單一，若在澆筑過程中出現(xiàn)問題，沒有其他入倉手段補(bǔ)救，不易保證混凝土施工質(zhì)量。

結(jié)合現(xiàn)場條件，大壩3 398.0 m以下在前期左右岸壩肩及基坑開挖過程中布置有下游圍堰至基坑道路、左岸3 375.0 m馬道至上游圍堰道路、左右岸3 396.0 m灌漿平洞至上游圍堰道路，道路運(yùn)輸條件較好。而自卸車運(yùn)輸碾壓混凝土具有很好的機(jī)動(dòng)性、運(yùn)輸強(qiáng)度高、可靠性高，入倉方式多樣。故利用上述施工道路將大壩3 398.0 m以下碾壓混凝土入倉方式調(diào)整優(yōu)化為以自卸汽車直接入倉、分區(qū)平層通倉法施工。大壩3 395.5 m以上主要采用左右岸壩頂布置的滿管溜槽，利用滿管溜槽垂直運(yùn)輸+倉內(nèi)自卸汽車水平運(yùn)輸?shù)姆绞竭M(jìn)行施工[5]。大壩碾壓混凝土入倉方式示意圖見圖3。

圖3 大壩碾壓混凝土入倉方式示意圖

4 大壩主要施工機(jī)械配置優(yōu)化

碾壓混凝土壩在施工中后期的主要難點(diǎn)就是上部常態(tài)混凝土結(jié)構(gòu)施工，特別是針對(duì)峽谷地區(qū)的混凝土壩，由于受深V河谷的條件限制，大壩永久建筑物的溢流壩段、廠引壩段往往布置較為集中，而常態(tài)混凝土入倉手段較為單一，多數(shù)對(duì)大型施工設(shè)備的依賴程度較高，為滿足施工進(jìn)度，就必須提高施工強(qiáng)度，必須加大設(shè)備選型。但設(shè)備選型較大，往往在峽谷地區(qū)的大壩則由于場地限制而導(dǎo)致布置的數(shù)量受到很大限制。所以在峽谷地區(qū)的混凝土壩施工過程中尤其須重視設(shè)備選型和布置位置的選擇，在布置數(shù)量和設(shè)備施工范圍兩方面充分考慮。

根據(jù)修訂的施工進(jìn)度計(jì)劃，大壩中期常態(tài)混凝土最高月施工強(qiáng)度達(dá)到5.5萬m3，原投標(biāo)方案中大壩主體常態(tài)混凝土施工機(jī)械布置主要為壩后2臺(tái)MQ900門機(jī)、消力池內(nèi)1臺(tái)C7050塔機(jī)、1臺(tái)50 t履帶吊、30 t固定式纜機(jī)以及HTB60泵機(jī)。

由于大壩主體土建施工關(guān)鍵線路集中在廠引壩段以及溢流壩段常態(tài)混凝土澆筑，上述兩壩段常態(tài)混凝土均只能依靠上述設(shè)備進(jìn)行澆筑。為加快施工進(jìn)度，按照月最大澆筑強(qiáng)度，針對(duì)常態(tài)混凝土入倉特點(diǎn)，對(duì)上述混凝土澆筑設(shè)備按照“適當(dāng)增減、充分發(fā)揮；合理調(diào)配、盡早使用”的方式進(jìn)行設(shè)備的優(yōu)化布置。

1)適當(dāng)增減設(shè)備、充分發(fā)揮設(shè)備使用效率。由于常態(tài)混凝土澆筑對(duì)入倉設(shè)備依賴性高，針對(duì)峽谷地區(qū)混凝土筑壩特點(diǎn)，在設(shè)備優(yōu)化布置時(shí)按照“適當(dāng)增減”的原則進(jìn)行。由于設(shè)備布置緊湊，大型設(shè)備受場地限制，布置的數(shù)量基本固定，若要提高混凝土入倉強(qiáng)度，則必須增加大型設(shè)備的澆筑能力，并在過程中“充分發(fā)揮”大型設(shè)備的吊運(yùn)能力。另外，對(duì)小型設(shè)備的布置位置進(jìn)行合理優(yōu)化，騰出場地，防止設(shè)備由于布置過于緊密影響設(shè)備使用效率和出現(xiàn)安全事故。

2)過程中合理調(diào)配、盡早使用大型設(shè)備。對(duì)各型設(shè)備合理分工、調(diào)配。大型設(shè)備主要用于混凝土澆筑，小型設(shè)備(如汽車吊、小型塔機(jī)等)則主要負(fù)責(zé)吊運(yùn)施工材料等。設(shè)備在使用過程中需合理調(diào)配，對(duì)于具備條件提前安裝和提前投入使用的設(shè)備要盡早安裝，提高施工效率。

表1 大型設(shè)備起重任務(wù)分工表

另外，考慮到大壩施工布置條件較差，為使大壩30 t固定式纜機(jī)提前投入使用，在施工過程中先行施工大壩左岸1號(hào)壩段及右岸17號(hào)壩段，形成纜機(jī)受料平臺(tái)。針對(duì)廠引壩段進(jìn)水口以及溢流壩段閘墩上部結(jié)構(gòu)混凝土澆筑強(qiáng)度高的特點(diǎn)，廠引壩段在上述設(shè)備布置的基礎(chǔ)上，單獨(dú)增加2臺(tái)48m臂長的混凝土汽車泵，進(jìn)行攔污柵墩、部分縫墩及邊墩等小方量部位混凝土的澆筑，充分釋放壩后門機(jī)的吊裝能力。大型設(shè)備布置平面圖見圖4。

圖4 大型設(shè)備布置平面圖

5 大壩混凝土材料分區(qū)調(diào)整優(yōu)化

對(duì)于碾壓混凝土壩，在壩體澆筑過程中，往往面臨著碾壓混凝土與常態(tài)混凝土澆筑干擾的情況。為加快現(xiàn)場施工進(jìn)度，就必須減小壩體不同筑壩材料間的施工干擾。另外，為充分發(fā)揮碾壓混凝土澆筑上升速度快、水化熱相對(duì)較低的特點(diǎn)，在大壩材料分區(qū)調(diào)整過程中的原則應(yīng)為“多澆筑碾壓混凝土、少澆筑常態(tài)混凝土；多通倉澆筑、少分倉澆筑”。在實(shí)際施工過程中，按照上述材料分區(qū)調(diào)整方法，將廠引壩段碾壓混凝土澆筑高程由設(shè)計(jì)圖紙中3 398.0 m調(diào)整至3 404.0 m，對(duì)廠引壩段壩下0+11.25～0+22.5樁號(hào)、3 416.00～3 448.00 m常態(tài)混凝土更改為碾壓混凝土施工，并提前澆筑形成廠引壩段攔污柵、檢修閘門井、事故閘門井常態(tài)混凝土澆筑的入倉通道；將10號(hào)壩段沖砂底孔鋼襯下部常態(tài)混凝土澆筑高度由原3m預(yù)留高度調(diào)整為1 m的預(yù)留高度，對(duì)于鋼襯底部錨筋采取碾壓混凝土澆筑完成后鉆孔植筋的方式進(jìn)行施工。

另外，對(duì)于常態(tài)混凝土干擾較大的廠引壩段壓力鋼管預(yù)留槽，增設(shè)部分縱縫，將鋼管預(yù)留槽兩側(cè)不具備碾壓混凝土施工條件的邊墻常態(tài)混凝土倉號(hào)預(yù)留，利用碾壓混凝土備倉的空歇期進(jìn)行預(yù)留部分的常態(tài)混凝土施工。對(duì)于空間較為狹窄的廠壩中導(dǎo)墻、15～16號(hào)壩段3 435.00 m以上部位均由碾壓混凝土調(diào)整為常態(tài)混凝土施工。特別是對(duì)于長度≤40 m、寬度≤8 m、面積在500 m2以下的倉面由碾壓混凝土調(diào)整為常態(tài)混凝土后可提高混凝土澆筑質(zhì)量。大壩材料分區(qū)調(diào)整后減小了碾壓與常態(tài)穿插施工的干擾，加快了大壩施工進(jìn)度。

6 經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析

通過對(duì)碾壓混凝大壩施工臨建設(shè)施優(yōu)化、施工道路布置優(yōu)化及施工機(jī)械設(shè)備優(yōu)化，成本對(duì)比分析如表2。

表2 通過對(duì)碾壓混凝土大壩優(yōu)化后的成本對(duì)比分析表

從表2中可以看出，通過方案優(yōu)化后，成本增加988.48萬元，其中主要體現(xiàn)在施工機(jī)械設(shè)備優(yōu)化和混凝土材料分區(qū)調(diào)整增加的成本投入。

7 工期對(duì)比分析

通過對(duì)大壩施工采取上述措施優(yōu)化后，合同工期與實(shí)際工期對(duì)比分析如表3。

從表3中可以看出，通過方案優(yōu)化后，大壩6～9號(hào)溢流壩段碾壓混凝土澆筑至3 421.5 m節(jié)約工期204 d，大壩混凝土全線澆筑至3 451.0 m節(jié)約工期41 d。

表3 合同工期與實(shí)際工期對(duì)比分析表

8 結(jié) 語

由于大壩兩岸河谷地形狹窄，施工布置條件差，在施工過程中為提高施工效率勢(shì)必將增加設(shè)備投入。另外，對(duì)施工臨建設(shè)施的集中布置和施工道路布置必須因地制宜的利用項(xiàng)目特點(diǎn)綜合考慮，對(duì)于碾壓混凝土壩，由于受上部結(jié)構(gòu)和分倉澆筑影響，對(duì)于無法采用碾壓混凝土澆筑的部位則勢(shì)必對(duì)材料分區(qū)進(jìn)行調(diào)整。

通過對(duì)大壩的臨建設(shè)施優(yōu)化、施工道路布置優(yōu)化、施工機(jī)械設(shè)備配置優(yōu)化以及大壩材料分區(qū)優(yōu)化調(diào)整保證了大壩施工質(zhì)量，雖成本有所增加，但減小了干擾，加快了大壩施工進(jìn)度，可為部分類似工程提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。