幾內(nèi)亞蘇阿皮蒂大壩碾壓混凝土入倉方式的研究與運用

王以斌，壽 開，劉玉琴，李全旭

(中國水利電力對外有限公司，北京 100120)

1 工程概況

蘇阿皮蒂水利樞紐項目位于“西非水塔”幾內(nèi)亞西部孔庫雷河中游，距下游已建成的凱樂塔水電站6 km，距首都科納克里 135 km，水庫總庫容74.89億m3，為Ⅰ等大(1)型。大壩為碾壓混凝土重力壩，最大壩高120 m，壩頂軸線長1 164 m，裝機(jī)容量450 MW。大壩按1000年一遇洪水設(shè)計，5000年一遇洪水校核。正常蓄水位210 m高程，設(shè)計洪水位213.11 m高程，校核洪水位213.56 m高程。樞紐建筑物主要包括兩岸擋水壩段、發(fā)電引水壩段、導(dǎo)流底孔壩段、泄流底孔壩段、溢流壩段，共分52個壩段，發(fā)電廠房位于左岸壩后。

2 工程特點和施工規(guī)劃

2.1 施工特點

(1)工程量大，工期緊。項目總工期58個月，其中碾壓混凝土總方量約300萬m3，混凝土施工的高峰期約24個月，工程量大，工期緊，再加上相關(guān)的基礎(chǔ)處理、金結(jié)安裝工程穿插其中，占壓直線工期，互相干擾較大，碾壓混凝土施工強(qiáng)度高，且強(qiáng)度分布不均衡。

(2)雨季施工影響大，歷時長。項目所在地屬于熱帶的過渡性氣候，平均溫度較高，年降水量較強(qiáng)，多年平均降雨量約2 000 mm，全年分雨季和旱季，每年5月～10月為雨季，降雨量約占全年的95%以上，8月份最大，約占全年降雨量的25%。每年11月至次年4月為旱季，干旱少雨。工程區(qū)年均氣溫26.6 ℃，極端最高溫度約44 ℃，極端最低溫度約8 ℃，多年平均蒸發(fā)量約1 600 mm。

(3)河谷開闊，地勢平緩。壩址區(qū)河谷相對開闊，形態(tài)呈不對稱的“U”形，河谷底寬200～350 m，河面寬170～310 m；兩岸山體雄厚，谷坡寬緩，平均海拔250～400 m，相對高差200 m左右，自然坡度一般為15°～17°，地貌上屬于低山丘陵地區(qū)。

(4)當(dāng)?shù)刭Y源匱乏。幾內(nèi)亞當(dāng)?shù)匚镔Y設(shè)備非常匱乏，除水泥在當(dāng)?shù)夭少彛渌性O(shè)備物資材料都要進(jìn)口，設(shè)備物資采購海運周期長，需提前4～6個月提交采購計劃，并要辦理海運、報關(guān)、清關(guān)等方面的手續(xù)。

(5)受各種條件制約，大壩樞紐建筑物布置的垂直施工設(shè)備較少。僅在發(fā)電引水、泄流底孔壩段和發(fā)電廠房各布置了1臺門(塔)機(jī)設(shè)備，用以澆筑常態(tài)混凝土，其他壩段的混凝土施工無垂直運輸手段。

2.2 施工規(guī)劃

根據(jù)上述施工特點，針對性的做好施工組織設(shè)計，規(guī)劃好入倉方式，至關(guān)重要。大壩混凝土澆筑共分4個施工階段，其中2018年～2019年為混凝土施工高峰期，計劃要完成混凝土量約270萬m3，占總量的75%，如何在24個月的時間內(nèi)完成270萬m3混凝土澆筑，合理的入倉方式是項目按期完工的關(guān)鍵。

混凝土各個施工階段澆筑規(guī)劃見表1。

表1 混凝土各階段施工規(guī)劃

根據(jù)表1的規(guī)劃，結(jié)合工程特點和地形條件，并參考了國內(nèi)豐滿水電站重建工程的施工方法，研究確定了以自卸汽車水平運輸碾壓混凝土直接入倉澆筑的方案，作為蘇阿皮蒂水利樞紐項目大壩碾壓混凝土主要澆筑方式。因此，入倉交通道路的規(guī)劃和布置成為保證施工強(qiáng)度的關(guān)鍵所在。

3 入倉方式研究及應(yīng)用

入倉道路的布置因各壩段體型結(jié)構(gòu)的差異，上升速度也不一致，只有結(jié)合實際地形條件，利用左、右岸壩肩的各級馬道和一、二期圍堰填筑以及前期開挖形成的施工道路，靈活布置交通道路，分時段、區(qū)間和部位進(jìn)行碾壓混凝土澆筑，才是最為經(jīng)濟(jì)、快速和有效的方法。蘇阿皮蒂大壩在入倉道路的布置和運用上主要采用以下幾種方式。

3.1 在壩體外填筑碎石道路

填筑碎石道路主要是利用大壩施工導(dǎo)流期間的上、下游圍堰和大壩左、右岸各級馬道進(jìn)行，從大壩底部開始，填筑時首先布置為下坡路，隨著壩體上升同步填路，也逐漸由下坡填筑成上坡路，坡度按10%～15%控制，道路長底一般約100～150 m，可控制約30 m高左右的壩體混凝土。當(dāng)超過30 m高度范圍后，再從就近的邊坡馬道重新布置入倉道路，左右岸如此循環(huán)，隨壩體混凝土的上升，碎石道路同步填筑上升。該方法為蘇阿皮蒂最常用的方法，無論是河床壩段或左、右岸擋水壩段，均采用此方法施工，直至壩頂。

3.2 在壩體內(nèi)澆筑入倉道路

3.2.1入倉道路與壩體混凝土同步澆筑

蘇阿皮蒂大壩的碾壓混凝土按一、二期導(dǎo)流和實際地形條件，分左、右岸兩個工作面，左岸從大壩底部開始，由最初的2～3個壩段同時碾壓，到最多可形成16個壩段合倉澆筑，最大方量約4.6萬m3。右岸最多時可形成19個壩段一起澆筑，最大澆筑量約4.8萬m3。在這種情況下，將道路布置與壩體混凝土澆筑一并實施，重復(fù)循環(huán)利用，可減少施工準(zhǔn)備的環(huán)節(jié)，提高壩體上升的速度。此方法在本項目也是常見的方法，隨著大壩的上升一直使用。

采用此方法施工時，一般入倉道路布置在大壩防滲區(qū)以外的下游側(cè)，行車方向與壩軸線平行，采用與壩體同強(qiáng)度等級的C9015碾壓混凝土，道路一般高3 m，坡度控制在10%～15%，路寬不小于8 m，保證雙車道通行。

圖1為左岸擋水壩段2018年施工過程中的道路布置示意。首先利用前期布置在右側(cè)的碎石道路來澆筑5號～6號壩段的壩體混凝土和規(guī)劃在7號壩段下游側(cè)的入倉道路，這樣不影響8號壩段以右的施工。當(dāng)5號～7號壩段的壩體和入倉道路澆筑完成后，就可以從5號壩段的下游填筑道路，8號壩段下游側(cè)填筑的道路不再使用，這種方法可以保證整個左岸一期壩段和壩外交通始終暢通，無論是碾壓混凝土水平運輸或者其他的施工設(shè)備，都可以正常進(jìn)出左岸的工作面。

圖1 左岸擋水壩段的道路布置示意

圖2為2019年6月～10月份大壩溢流壩段和右岸擋水壩段現(xiàn)場施工道路布置。為滿足2019年大壩初期下閘蓄水和汛期導(dǎo)流的要求，在溢流壩段布置臨時導(dǎo)流缺口，滿足百年一遇洪水過流要求，缺口的設(shè)置改變了溢流壩段和泄流底孔壩段隨右岸擋水壩段同步上升的方案。在這種情況下，采用同步澆筑施工道路結(jié)合架設(shè)鋼棧橋的方案，既能保證導(dǎo)流缺口左右兩側(cè)的混凝土繼續(xù)上升，又能預(yù)留出缺口兩側(cè)的道路，為旱季溢流壩段混凝土的施工做好準(zhǔn)備。

圖2 大壩溢流壩段和右岸擋水壩段現(xiàn)場施工道路布置示意

3.2.2提前澆筑入倉道路

根據(jù)施工實際的需求和特點，有時也會提前在壩體內(nèi)澆筑好入倉道路，然后在壩體外對應(yīng)的位置填路。

圖3為右岸擋水壩段和溢流壩段在2018年施工期間所采用的施工方法，先利用壩外前期填筑的道路，澆筑位于36號壩段的混凝土入倉路，同時28號～35號壩段的施工繼續(xù)進(jìn)行，交通不受影響。當(dāng)36號壩段的入倉道路澆筑完成后，在其下游側(cè)布置后期填筑道路，再從28號壩段開始，進(jìn)行碾壓混凝土施工，采用斜層推進(jìn)法逐步向36號壩段方向進(jìn)占，直至退出壩體外。當(dāng)上述的后期填筑道路不再使用時，再結(jié)合實際地形布置新的施工道路，如此循環(huán)進(jìn)行并保持道路始終暢通，壩體混凝土按此方式不間斷的上升。

圖3 右岸擋水壩段和溢流壩段混凝土澆筑施工方法示意

3.3 臨時鋼棧橋

在相鄰壩段高差不大的情況下，采用鋼棧橋(如圖4所示)作為臨時交通以滿足汽車通行的需要。此方法操作簡便，隨用隨安裝，用完可及時拆除并周轉(zhuǎn)，使用靈活。但該方法的缺點是鋼棧橋?qū)挾仁冀K為單行道，一般用于混凝土入倉強(qiáng)度不高的部位。

圖4 鋼棧橋示意

鋼棧橋共分為2片，每片用8根I30工字鋼制作，工字鋼之間用Φ22的鋼筋以焊接的方式連成單片鋼棧橋，現(xiàn)場安裝到位后，再將兩片棧橋連接牢固。連接好的棧橋?qū)挾燃s4.5 m，可供自卸汽車單向行駛。

3.4 在大壩上游防滲區(qū)布置入倉道路

根據(jù)現(xiàn)場施工情況，有時候需要在大壩的上游側(cè)布置道路。因為大壩上游屬于防滲區(qū)，所以在此范圍內(nèi)布置碾壓混凝土入倉道路時，道路的一側(cè)結(jié)合壩體之間的結(jié)構(gòu)縫防滲，另一側(cè)如果是施工橫縫，必須要預(yù)埋銅止水作為施工縫的防滲處理，銅止水的兩端要伸入上、下混凝土中50 cm，其余要求均按規(guī)范執(zhí)行。

上游的碾壓混凝土入倉道路需提前澆筑，然后從倉外填路(或采用鋼棧橋)與混凝土入倉道路相接，進(jìn)行壩體碾壓混凝土施工，如圖5所示。

圖5 防滲區(qū)布置入倉道路示意

為減少大壩上游防滲區(qū)的施工橫縫，施工過程中逐步對在上游側(cè)布置入倉道路的方法又進(jìn)行了優(yōu)化，碾壓混凝土入倉道路以單個壩段的寬度作為路寬，壩段間結(jié)構(gòu)縫原本設(shè)計的銅止水作為防滲措施，減少了一道施工橫縫，也有利于結(jié)構(gòu)防滲，如圖6所示。

圖6 防滲區(qū)布置入倉道路的優(yōu)化方案

上游布置入倉道路的方法比較多的運用在大壩下部的混凝土，結(jié)合圍堰進(jìn)行，當(dāng)大壩上升到一定高度后，就不具備使用條件了。

3.5 布置施工道路澆筑泄流底孔常態(tài)混凝土

27號是泄流底孔壩段，位于大壩中間位置，體型復(fù)雜，是施工總進(jìn)度中的關(guān)鍵線路，垂直澆筑手段單一，混凝土入倉困難，其左側(cè)為導(dǎo)流底孔壩段，實際施工形象已超過泄流底孔壩段很多，右側(cè)28號～30號為溢流壩段，施工高程與泄流底孔壩段相平。

根據(jù)現(xiàn)場施工實際情況，計劃在右側(cè)28號～30號壩段的壩面上布置施工道路和澆筑平臺(如圖7所示)，再通過布料機(jī)、反鏟+自卸汽車等方式澆筑27號壩段的常態(tài)混凝土。

圖7 施工道路和澆筑平臺示意(單位：m)

受尺寸限制，施工道路的布置隨高度變化環(huán)向上升，坡度控制在10%～15%，寬度不小于8 m。保持28號～30號壩段始終比27號壩段高3 m，形成施工平臺，保證機(jī)械設(shè)備能夠在此高度范圍最大限度的發(fā)揮作用。此施工方法有效彌補(bǔ)了垂直機(jī)械澆筑速度慢的影響，混凝土的入倉強(qiáng)度得到了保障，從2018年6月～2019年8月，27號壩段130～179 m之間的壩體混凝土一直采用此方式澆筑，確保了施工進(jìn)度。

3.6 貝雷橋運用

按設(shè)計規(guī)劃，大壩左岸主要布置有擋水壩段、發(fā)電引水壩段和導(dǎo)流底孔壩段，其中18號～21號壩段為發(fā)電引水壩段，位于擋水壩段和導(dǎo)流底孔壩段的中間，當(dāng)此壩段上升至153 m高程時，壩體由碾壓變成常態(tài)混凝土，造成水平運輸交通中斷。在這種情況下，布置貝雷橋跨越發(fā)電引水壩段，在左岸擋水壩段和導(dǎo)流底孔壩段之間形成交通，作為碾壓混凝土施工入倉的方式。

貝雷橋設(shè)計如圖8所示，貝雷橋為單車道，采用“321”型裝配式公路鋼橋，屬多跨結(jié)構(gòu)，簡支形式。橋面總長78 m，凈寬3.7 m，最大跨度21 m，可滿足50 t級自卸汽車或履帶-50、掛- 80設(shè)備通行。橋墩設(shè)計高度不超過6 m，采用直徑Ф325 mm、壁厚12 mm的鋼管，用型鋼桿件連接成框架結(jié)構(gòu)，鋼管內(nèi)回填C30混凝土。在橋的兩側(cè)布置碾壓混凝土入倉道路，完成入倉路的澆筑后，再進(jìn)行貝雷橋的安裝。

圖8 貝雷橋設(shè)計示意(單位：cm)

貝雷橋在進(jìn)水口壩段153～215.5 m之間使用，隨混凝土的澆筑逐層提升，單次提升高度3 m，計劃共需提升20次，截至2019年9月，累計已提升14次，目前安裝在198 m高程，預(yù)計在2020年4月完成全部的提升和安裝。

4 結(jié) 語

入倉道路的合理布置保證了現(xiàn)場混凝土高強(qiáng)度施工。在2018年10月～12月，大壩右岸溢流壩段和擋水壩段大體積碾壓混凝土連續(xù)上升，平均10 d即可完成從備倉到澆筑的全過程，并形成循環(huán)作業(yè)，壩體混凝土每月上升10.8 m，其中單倉最小澆筑方量約41 200 m3，最大澆筑方量約48 700 m3。項目部連續(xù)3個月的施工生產(chǎn)突破20萬m3混凝土澆筑量，并創(chuàng)造多個單日混凝土過萬m3的紀(jì)錄，全年共澆筑混凝土總量173.18萬m3。

截至2019年9月，蘇阿皮蒂大壩碾壓混凝土施工通過自卸汽車直接入倉的方式，共完成混凝土澆筑320萬m3，占總量的89%，為2020年按期發(fā)電和完工奠定了良好的基礎(chǔ)。