天池抽水蓄能電站上水庫(kù)大壩混凝土面板施工研究

符小虎 楊寒 李勇剛

【摘 要】本文通過對(duì)天池抽水蓄能電站上水庫(kù)大壩混凝土面板施工方案進(jìn)行研究，分析可能影響混凝土面板施工質(zhì)量的主要因素、施工過程中存在的難點(diǎn)以及相應(yīng)的處理措施，對(duì)位于氣候條件類似的北亞熱帶地區(qū)壩高100m左右的大壩混凝土面板施工具有參考意義。

【關(guān)鍵詞】天池抽水蓄能電站；大壩；混凝土面板施工

1 前言

天池抽水蓄能電站位于河南省南陽(yáng)市南召縣馬市坪鄉(xiāng)境內(nèi)。上水庫(kù)位于黃鴨河左岸支流馬蹄河上游炮房溝河段，下水庫(kù)位于三官?gòu)R村的駱駝?lì)^河段。電站由上水庫(kù)、輸水系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)、下水庫(kù)及地面開關(guān)站等建筑物組成，其中上水庫(kù)擋水建筑物為混凝土面板堆石壩，本文對(duì)上水庫(kù)大壩混凝土面板施工方案進(jìn)行研究。工程裝機(jī)容量1200MW，屬一等大（1）型工程，主要永久性建筑物按1級(jí)建筑物設(shè)計(jì)，次要永久性建筑物按3級(jí)建筑物設(shè)計(jì)。

2 大壩施工條件

2.1 工程氣象條件

工程所在地區(qū)屬北亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)、半濕潤(rùn)氣候，水汽來(lái)源主要為印度洋和南海暖濕氣流，光照充足，雨量充沛，溫暖濕潤(rùn)；冬季長(zhǎng)，春秋短，四季分明。據(jù)南召氣象站觀測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，多年平均氣溫14.9℃，極端最高氣溫41.6℃，極端最低氣溫-14.6℃，多年平均相對(duì)濕度72%，12月～2月為冰凍期，月平均氣溫為1.3℃～3.9℃，5月～9月為夏季高溫期，月平均氣溫為24.7℃～30.5℃。多年平均降雨量863.4mm，降水年際變化較大，年內(nèi)分配不均勻，7月份降水最多，12月份降水最少。降雨主要集中在5月份～9月份，占全年降雨量的78.7%，多年平均蒸發(fā)量1310.9mm。

2.2大壩特性

大壩為混凝土面板堆石壩，壩頂高程1068.400m，壩頂寬度10.00m，最大壩高118.40m，壩軸線長(zhǎng)度411.93m。大壩上游壩坡為1：1.4，下游壩坡為1：1.4，下游壩坡在高程1037.000m、1010.000m、983.000m各設(shè)一級(jí)馬道，馬道寬3.00m，下游綜合坡比約為1：1.5。大壩主要工程量為土石方明挖117.32萬(wàn)m3、土石方填筑309.43萬(wàn)m3、混凝土（含噴混凝土）4.26萬(wàn)m3。

大壩面板混凝土總方量2.36萬(wàn)m3，面板面積4.63萬(wàn)m2，面板厚度從上到下逐漸變厚，厚度t=0.3+0.003H（m），頂部厚度0.30m，底部最大厚度0.64m，面板最大斜長(zhǎng)195.34m。面板按寬度分別采用16m和8m分垂直縫，根據(jù)大壩和面板的變形情況分別按張拉縫和擠壓縫設(shè)置垂直縫止水，面板共38條塊。

2.3導(dǎo)流程序及施工進(jìn)度要求

上水庫(kù)采用隧洞導(dǎo)流、上、下游全年土石圍堰擋水的導(dǎo)流方案。其導(dǎo)流程序?yàn)椋?017年3月～10月進(jìn)行導(dǎo)流隧洞施工，2017年11月初進(jìn)行河床截流；2017年11月～2019年4月由全年圍堰擋水、導(dǎo)流隧洞過流，在該時(shí)段內(nèi)進(jìn)行圍堰施工、河床壩基開挖、趾板混凝土澆筑、大壩填筑等；2019年汛期由面板堆石壩壩體擋水（壩體擋水度汛高程1015.870m）、導(dǎo)流隧洞泄洪過流度汛；2020年7月前導(dǎo)流隧洞下閘蓄水，以滿足2021年4月底第1臺(tái)機(jī)組發(fā)電，首臺(tái)機(jī)組發(fā)電工期52個(gè)月，施工總工期62個(gè)月。

3 大壩面板施工方案研究

3.1主要影響因素分析

（1）氣候條件

面板混凝土澆筑應(yīng)選擇氣溫適宜，月平均氣溫在5°C～22°C，且晝夜溫差小于10°C，濕度較大的有利季節(jié)進(jìn)行；盡量避免在高溫、低溫、多雨季節(jié)施工。若必須在特殊氣候條件下施工，必須采取相應(yīng)措施，以確保面板混凝土的質(zhì)量。

本工程區(qū)5月～9月份為汛期，且氣溫較高，在此期間澆筑面板混凝土要做好防雨和降溫防護(hù)措施，12月～2月份為冰凍期，在此期間澆筑面板混凝土要采取熱水拌制混凝土或覆蓋保溫材料等保溫措施，當(dāng)寒流到來(lái)或負(fù)溫情況下應(yīng)停止面板混凝土澆筑。面板混凝土澆筑適宜安排在3月～4月或10月～11月，盡量避免在6月～8月或12月～2月施工。

（2）控制性工期

根據(jù)導(dǎo)流度汛及施工總進(jìn)度安排需要，2019年汛期由面板堆石壩壩體擋水，2019年5月前大壩要填筑至高程1015.870m以上；2021年4月底第1臺(tái)機(jī)組發(fā)電，根據(jù)抽水蓄能電站初期首臺(tái)機(jī)水輪機(jī)工況調(diào)試用水量的最低要求及天然來(lái)水情況，2020年7月前要確保導(dǎo)流洞下閘蓄水，蓄水量才能滿足首臺(tái)機(jī)組調(diào)試需要。按工期倒排，2020年7月前要完成安全鑒定及蓄水驗(yàn)收，2020年5月前要完成面板及壩前鋪蓋施工。

（3）壩體沉降

墊層料、過渡料、主堆石區(qū)的沉降變形主要在施工后的3個(gè)月內(nèi)完成，為了減少面板澆筑后壩體沉降對(duì)面板變形的影響，控制面板的脫空與結(jié)構(gòu)裂縫，大壩填筑預(yù)沉降期不宜少于3個(gè)月。當(dāng)前，對(duì)于預(yù)沉降期的控制有以下不同的做法：一是按面板頂部處壩體沉降速率3mm/月～5mm/月控制；二是通過在壩體設(shè)置變形觀測(cè)儀，收集觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析，繪制壩體施工期沉降變形曲線，曲線趨于平緩，向某個(gè)值收斂，壩體沉降趨于穩(wěn)定。三板溪工程設(shè)計(jì)要求5個(gè)月的預(yù)沉降期，實(shí)際施工中的預(yù)沉降期達(dá)到6個(gè)月至7個(gè)月，并以澆筑前面板頂部處壩體沉降速率小于5mm/月控制，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢查與原型觀測(cè)資料，面板最大脫空為13.2mm，僅出現(xiàn)少量的寬度小于0.2mm的裂縫。

面板分期澆筑時(shí)，盡量加大澆筑平臺(tái)與分期面板頂部的高差（至少5m），可減少后期壩體沉降對(duì)面板的影響。

3.2面板施工方案

混凝土面板施工要在壩體充分沉降后進(jìn)行，還盡量避免在高溫、低溫、多雨季節(jié)施工，同時(shí)要滿足施工總進(jìn)度、導(dǎo)流度汛及下閘蓄水要求。

面板混凝土可一次連續(xù)澆筑至壩頂，也可分期施工，一般根據(jù)壩高、施工總進(jìn)度計(jì)劃確定。面板分期施工受大壩壩體填筑分期的影響，根據(jù)導(dǎo)流度汛及施工總進(jìn)度安排需要，壩體填筑可平衡上升，均衡填筑，也可以采用分期填筑方案，即在不同施工時(shí)段內(nèi)將壩體分期填筑到不同高程或相同高程的不同部位。

如果采用壩體填筑和面板混凝土澆筑均不分期方案，壩體連續(xù)填筑至防浪墻基礎(chǔ)高程，在壩頂一次澆筑面板混凝土。為了滿足施工進(jìn)度及蓄水要求，面板需要在10月～12月施工，12月處于冰凍期，施工需要做好保溫措施，施工質(zhì)量難以保證。并且壩體填筑完成3月后就開始進(jìn)行面板施工，上部壩體沉降可能不夠充分，后期變形相對(duì)較大，不利于面板受力。

如果采用壩體填筑和面板混凝土澆筑均分期方案，臨時(shí)斷面達(dá)到一期面板高程以上5m后，等待壩體沉降，期間可補(bǔ)齊后續(xù)斷面，然后施工一期面板，一期面板完成后壩體全斷面上升至防浪墻基礎(chǔ)高程，等待壩體沉降后，進(jìn)行二期面板施工。壩體填筑不均勻連續(xù)上升，壩體上下部及各區(qū)壩料間沉降不均勻。并且一期面板澆筑時(shí)，部分壩體未經(jīng)歷汛期，且只沉降3個(gè)月，沉降不夠充分，面板抗變形能力較差。

經(jīng)多方案綜合比較，采用壩體填筑不分期、面板混凝土澆筑分期方案，壩體連續(xù)填筑至防浪墻基礎(chǔ)高程，在壩頂分2期澆筑面板混凝土。

根據(jù)施工條件及施工總進(jìn)度要求，2017年年初主體工程開工，2018年2月底完成大壩壩基開挖及支護(hù)，2018年3月～8月進(jìn)行趾板混凝土澆筑，2018年4月～2019年6月進(jìn)行壩體填筑（2019年4月底壩體能達(dá)到高程1042.000m，滿足2019年壩體度汛要求），2019年10月～11月進(jìn)行一期面板混凝土施工，2020年3月～4月進(jìn)行二期面板混凝土施工，2020年5月～6月修建防浪墻并形成壩頂公路并完成安全鑒定及蓄水驗(yàn)收，2020年7月初可下閘蓄水。

壩體填筑全斷面均勻上升，可減少面板混凝土施工后各區(qū)壩料間的不均勻沉降及蓄水后面板產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)性裂縫；2019年雨季前完成填筑，經(jīng)歷一個(gè)雨季后澆筑一、二期面板，壩體沉降時(shí)間達(dá)8個(gè)月以上，壩體沉降充分，后期變形小，有利于面板受力；面板分期澆筑，可以為壩前鋪蓋贏得時(shí)間，施工進(jìn)度保證性高；一、二期面板均安排在氣候條件較好的季節(jié)施工、施工質(zhì)量保證性高。

面板分期施工方案可根據(jù)實(shí)際施工情況進(jìn)行調(diào)整，如果壩體填筑提前完成，到2019年8月或9月底壩體沉降趨于穩(wěn)定，面板頂部處壩體沉降速率小于3mm/月～5mm/月，可考慮采用不分期方案，在 2019年9月～11月或10月～12月在壩頂一次拉面板。

3.3面板施工難點(diǎn)及處理措施

3.3.1高落差混凝土溜槽運(yùn)輸

在壩頂拉面板，混凝土溜槽運(yùn)輸垂直最大落差達(dá)114.6m。溜槽輸送混凝土落差較大，容易造成混凝土骨料分離、塌落度損失、砂漿流失等問題，通過調(diào)整混凝土配合比、選擇合適砂率和塌落度、摻加增密劑等措施，可保證混凝土的施工性能。

3.3.2水平施工縫處理

根據(jù)《混凝土面板堆石壩施工技術(shù)規(guī)范》，壩高小于70m的，面板宜一次施工完成，壩高大于70m的，宜分期施工。國(guó)內(nèi)對(duì)于100m左右的面板堆石壩，大部分采取分期施工方案，一、二期面板之間的水平縫處理技術(shù)比較成熟，有很多成功經(jīng)驗(yàn)可借鑒，處理技術(shù)難度不大，且分縫可增大面板柔性，可減少由變形導(dǎo)致的面板開裂。

澆筑后續(xù)面板時(shí)，施工縫處理方法如下：

（1）清除縫面雜物，在清理觀測(cè)儀器電纜附近雜物時(shí)必須十分小心，以防損壞電纜。

（2）先澆面板的外露鋼筋必須調(diào)直、除銹后方可綁扎后續(xù)面板鋼筋。

（3）縫面鑿毛、沖洗、清除污物并排除表面積水。

（4）在濕潤(rùn)的縫面上，先鋪一層厚2cm～3cm的水泥砂漿，其水灰比不得高于所澆混凝土，水泥砂漿應(yīng)攤鋪均勻，然后在其上澆筑混凝土。

（5）如發(fā)現(xiàn)已澆筑面板與墊層間有脫空現(xiàn)象，應(yīng)以低標(biāo)號(hào)、低壓縮性砂漿等灌注密實(shí)后再澆筑面板混凝土，保證其良好結(jié)合。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）大壩混凝土面板質(zhì)量要求較高，應(yīng)盡量避免在高溫、低溫、多雨季節(jié)施工；

（2）大壩混凝土面板施工應(yīng)在壩體充分沉降后進(jìn)行，對(duì)于預(yù)沉降期的控制按面板頂部處壩體沉降速率3mm/月～5mm/月控制或通過在壩體設(shè)置變形觀測(cè)儀，收集觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析，繪制壩體施工期沉降變形曲線，曲線趨于平緩，向某個(gè)值收斂，壩體沉降趨于穩(wěn)定；

（3）我國(guó)多數(shù)壩高在100m以上的高面板堆石壩，面板都采用分期施工，施工縫處理方法及技術(shù)成熟、可靠，施工質(zhì)量可保證；

（4）施工時(shí)要做好施工組織及管理，采用較優(yōu)的施工工藝和措施，在保證壩體填筑質(zhì)量的前提下，盡量提高壩體填筑強(qiáng)度，盡早完成壩體填筑，為壩體沉降爭(zhēng)取更多的時(shí)間，如果拉面板時(shí)壩頂沉降小于3mm/月～5mm/月，可考慮在壩頂一次拉面板。

參考文獻(xiàn)：

[1]顧志剛，胡杏蘭，羅紅衛(wèi).混凝土面板堆石壩施工技術(shù).北京：中國(guó)電力出版社，2005

[2]混凝土面板堆石壩施工規(guī)范.DL/T 5128-2009.國(guó)家能源局.2009-12-01.

[3]水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范.DL/T 5397-2007.國(guó)家能源局.2008-06-01.

（作者單位：中國(guó)電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司）