天花板水電站的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題

鄧毅國(guó)

（中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)北京勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，北京 100024）

0 引言

天花板水電站位于云南省昭通市境內(nèi)的牛欄江上，是牛欄江梯級(jí)規(guī)劃的第七級(jí)電站，電站總裝機(jī)容量180 MW。工程采用混合式開(kāi)發(fā)，樞紐工程為碾壓混凝土拱壩、右岸引水、岸邊廠房的布置格局。碾壓混凝土拱壩最大壩高107.0 m，壩頂長(zhǎng)159.87 m，拱壩的厚高比為0.212。在大壩的中部設(shè)有3個(gè)10 m×8.5 m的表孔和2個(gè)5 m×6.5 m的中孔，右邊還設(shè)有一個(gè)2 m×4 m的沖沙孔。根據(jù)拱壩的壩體布置和仿真計(jì)算成果以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，布置了2條誘導(dǎo)縫。

工程開(kāi)工后，兩岸壩基及開(kāi)挖支護(hù)、岸邊廠房的后邊坡開(kāi)挖支護(hù)、建基面選擇、碾壓混凝土施工及溫度控制、誘導(dǎo)縫設(shè)計(jì)等貫穿拱壩施工過(guò)程中的一系列問(wèn)題都出現(xiàn)了特點(diǎn)各異技術(shù)變化，成為天花板水電站設(shè)計(jì)、施工中的關(guān)鍵技術(shù)所在。

1 廠房后邊坡開(kāi)挖

天花板水電站為岸邊式廠房，廠房的后邊坡高度為87 m，相對(duì)并不高，地質(zhì)條件以及設(shè)計(jì)計(jì)算的邊界條件并不復(fù)雜；但因支護(hù)跟進(jìn)不及時(shí)，導(dǎo)致施工中開(kāi)挖至廠房基礎(chǔ)時(shí)，邊坡整體向外的變形不收斂，表面出現(xiàn)了局部坍塌、裂縫的現(xiàn)象。如不及時(shí)加固，將會(huì)造成更危險(xiǎn)的工程問(wèn)題。監(jiān)測(cè)資料表明，僅對(duì)廠房后邊坡的范圍加強(qiáng)支護(hù)，所增加的支護(hù)力是有限的。

為了保證工程安全，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的地形、地質(zhì)條件和該區(qū)域的監(jiān)測(cè)資料，最終采取了首先加固整個(gè)邊坡外圍，增加坡頂?shù)闹ёo(hù)力的加固方案。邊坡外圍采用預(yù)應(yīng)力錨索，第一、二級(jí)邊坡增設(shè)混凝土網(wǎng)格梁和預(yù)應(yīng)力錨索。上述方案實(shí)施后，廠房后邊坡的變形趨于收斂。

2 拱肩槽開(kāi)挖

天花板水電站壩址兩岸河谷陡峭，根據(jù)拱壩布置，左岸拱肩槽邊坡開(kāi)挖邊坡高度達(dá)到130 m。研究決定，在拱壩壩頂之上設(shè)置一個(gè)窯洞并與上壩公路相連，窯洞以下仍按拱壩的體形要求開(kāi)挖拱肩槽。窯洞的布置除可節(jié)省開(kāi)挖和支護(hù)工程量外，還可使壩肩邊坡的高度減少了67 m，從而保證了左岸壩肩邊坡的穩(wěn)定性。同時(shí)，施工道路布置也不需要進(jìn)行邊坡開(kāi)挖，減少了對(duì)高陡峭邊坡的擾動(dòng)，保證了原始邊坡的穩(wěn)定性，也減少了對(duì)拱壩下游拱肩抗體的擾動(dòng)。

3 拱壩建基面

拱壩壩基建基面選擇是工程中非常重要的技術(shù)問(wèn)題。天花板水電站拱壩原設(shè)計(jì)壩高113 m，由于兩岸陡峭，開(kāi)挖持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，建基面巖體表面出現(xiàn)不同程度的卸荷，巖體較為破碎。基于這種現(xiàn)象，在壩基開(kāi)挖至河床時(shí)，對(duì)整個(gè)壩基進(jìn)行了物探聲波檢測(cè)。聲波資料表明，拱壩建基面的巖體表面出現(xiàn)了不同程度的卸荷松弛，兩岸的松弛深度達(dá)到2 m，河床壩基的卸荷深度一般不超過(guò)1 m。結(jié)合整個(gè)建基面的巖體條件和河床壩基的聲波資料，及時(shí)將壩基抬高6 m，從而減少了壩基開(kāi)挖量和壩體混凝土量，使大壩施工工期滯后的局面得到改善。

4 碾壓混凝土施工及溫度控制

天花板水電站大壩碾壓混凝土實(shí)際施工過(guò)程中，由于混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)沒(méi)有制冷系統(tǒng)，壩體內(nèi)部的冷卻水管的冷卻效果不理想，導(dǎo)致壩體施工時(shí)段溫度環(huán)境對(duì)碾壓混凝土溫度控制不利。基于這些實(shí)際情況，結(jié)合其他工程碾壓混凝土拱壩溫度控制經(jīng)驗(yàn)，并考慮本工程的大壩初期運(yùn)行條件，適當(dāng)放寬了碾壓混凝土的溫度控制指標(biāo)。在施工過(guò)程中和大壩初期蓄水階段，密切注意拱壩誘導(dǎo)縫、壩體溫度變化的實(shí)際情況與溫度仿真分析的對(duì)應(yīng)關(guān)系、壩體溫度的實(shí)際冷卻速率、本工程已經(jīng)出現(xiàn)的最大溫降等，提前預(yù)測(cè)了碾壓混凝土拱壩誘導(dǎo)縫在大壩蓄水階段的變化。

大壩碾壓混凝土施工是一個(gè)動(dòng)態(tài)的變化過(guò)程，大壩施工進(jìn)度、溫度控制指標(biāo)、施工時(shí)的溫度環(huán)境等因素都在不斷的變化。本工程在大壩施工高峰期遇到了該地區(qū)很少遇到的冬季高溫現(xiàn)象，使碾壓混凝土施工的溫度控制邊界條件已經(jīng)脫離了原來(lái)的設(shè)想。由于工期要求，本工程碾壓混凝土拱壩的溫度控制在施工階段已經(jīng)無(wú)法達(dá)到原來(lái)的設(shè)計(jì)要求。結(jié)合工程實(shí)際，重新進(jìn)行了拱壩的溫度仿真分析和敏感性分析。根據(jù)工程實(shí)際進(jìn)度和可能出現(xiàn)的有關(guān)情況，適時(shí)地預(yù)測(cè)拱壩的溫度條件并與大壩的監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行對(duì)比，將有關(guān)碾壓混凝土拱壩的溫度控制的分階段參數(shù)進(jìn)行了修訂，以適應(yīng)邊界條件的變化。

5 拱壩誘導(dǎo)縫的討論

碾壓混凝土拱壩一般設(shè)置誘導(dǎo)縫，誘導(dǎo)縫的設(shè)計(jì)與碾壓混凝土拱壩的設(shè)計(jì)、施工、大壩的材料、物理力學(xué)指標(biāo)、溫度控制標(biāo)準(zhǔn)密切相關(guān)。誘導(dǎo)縫的設(shè)置一般在大壩設(shè)計(jì)中與事先預(yù)定的相關(guān)參數(shù)有直接的關(guān)系。在工程實(shí)際施工中，碾壓混凝土拱壩的原材料、混凝土的物理力學(xué)指標(biāo)、大壩實(shí)際施工的溫度環(huán)境、施工進(jìn)度、拱壩的實(shí)際溫度變化過(guò)程等都會(huì)與原來(lái)的設(shè)計(jì)意圖有所變化，給事先設(shè)置的碾壓混凝土拱壩誘導(dǎo)縫帶來(lái)變數(shù)，使碾壓混凝土拱壩的誘導(dǎo)縫成為大壩蓄水階段的一個(gè)重要的工程技術(shù)問(wèn)題，并直接影響大壩蓄水甚至是整個(gè)工程的工期。

本文以為，碾壓混凝土拱壩的誘導(dǎo)縫設(shè)計(jì)理論依據(jù)、設(shè)計(jì)條件和設(shè)置方式都是可行的，但對(duì)誘導(dǎo)縫的張開(kāi)判據(jù)還需要進(jìn)行必要的研究。對(duì)于碾壓混凝土拱壩而言，誘導(dǎo)縫張開(kāi)的誘因是關(guān)鍵，大體積混凝土的裂縫一般從上、下游表面開(kāi)始張開(kāi)，而碾壓混凝土上、下游表面都有變態(tài)混凝土，因而變態(tài)混凝土的相關(guān)指標(biāo)、施工質(zhì)量、溫度環(huán)境等有可能是誘導(dǎo)縫張開(kāi)必須考慮和研究的因素。建議在實(shí)際工程中，密切注意工程的施工過(guò)程、壩體溫度的變化過(guò)程和速率、碾壓混凝土的一些關(guān)鍵指標(biāo)的變化，仿真計(jì)算的控制性要求；在大壩蓄水前，如果誘導(dǎo)縫沒(méi)有張開(kāi)，應(yīng)重新進(jìn)行拱壩的仿真計(jì)算和必要的敏感性分析，以了解誘導(dǎo)縫的實(shí)際受力條件。