特高堆石壩壩基混凝土單元工程優良率影響因素分析

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良率，基于組合賦權理論，建立影響因素評價模型。根據模板局部變形、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，構建壩基混凝土澆筑質量評價體系，運用G1-熵權組合賦權法評估大壩壩基混凝土影響因素，并制定對策措施。計算結果表明：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用，可為后續類似工程提供借鑒。

關鍵詞：特高堆石壩;壩基混凝土;單元工程優良率;熵權組合賦權法;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、西電東送的發展戰略中，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，增加了現場施工控制的難度，降低了單元工程優良率[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灌漿蓋重以及大壩防滲土料與兩岸基巖結合部位，具有防接觸沖刷作用，其施工質量控制尤為重要[4]。因此，系統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-熵權組合賦權法對大壩壩基混凝土單元工程優良率影響因素進行了研究，提出了相應的大壩壩基混凝土質量控制措施，為300 m級特高堆石壩壩基混凝土質量控制提供了參考。

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，是國家電力發展“十三五”規劃的重點項目，具有“高海拔、高壩、高地應力、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、地下引水發電系統等建筑物組成。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，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，設計工程量為7 125.39 m3。合計184個單元，設計工程量 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），平均厚度小（平均50 cm），施工難度大。

2 單元工程優良率影響因素

2.1 大壩壩基混凝土澆筑現狀

雙江口水電站壩址區河谷深切，谷坡陡峻，天然地應力較高，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，強卸荷帶內巖體松弛嚴重，卸荷裂隙較發育，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、表面裂縫等現象，嚴重影響了單元工程的優良率。針對這一現狀，業主聯合設計、監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量評定情況進行統計。結果表明：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，優良單元為9個，優良率僅為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：基礎清理、鋼筋安裝、預埋件安裝、模板安裝、倉面驗收、澆筑、養護、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良率進行了統計，結果見表1。

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

“混凝土外觀”工序中主控項目全部符合優良質量標準，一般項目平均優良率僅為85.7%，低于優良標準率90%，是導致混凝土外觀工序評定優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進行統計，通過進一步分析，發現麻面占比54.5%、蜂窩孔洞36.4%、碰損掉角7.7%、表面裂縫1.4%，詳見表3。由統計結果可知，影響基礎混凝土單元工程優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 指標體系構建

通過現場調查，并經過多次討論、分析，QC小組運用頭腦風暴法提出了溫控措施、混凝土質量、模板變形情況、內模處理情況、振搗情況等5個評價依據，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，繪制了關聯圖（圖1）。同時，結合工程實際情況分析，并參考相關研究成果，在遵循數據的系統性、科學性和可獲得性前提下，構建了雙江口水電站大壩壩基混凝土單元工程優良率影響因素指標體系（圖2）。

3 單元工程優良率影響因素模型計算

3.1 構建思路

采用G1法與熵值法構建大壩壩基混凝土單元工程優良率影響因素模型思路見圖3。

3.2 數據標準化處理

利用公式（1）對原始數據指標進行標準化處理[6]。

[Sij=aij-minAjmaxAj-minAj]? ? ?（1）

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

3.3 G1法權重計算

G1法是對影響因素重要性進行排序，越靠前權重越大，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，n=16。

（2）計算各因素G1法權重。第i個因素的權重ki：

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

（3）根據ki計算第n-1，n-2，…，3，2個影響因素的權重：

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

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

3.4 熵值法權重計算

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

（1）構建矩陣。n個影響因素，針對 m個對象，則其原始數據矩陣為

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

（2）標準化原始數據矩陣。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。根據熵值計算第j個影響因素的熵權φj。

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

則n個影響因素的熵權值為 φ = （φ1，φ2，…，φn ） 。

3.5 G1—熵值法組合權重計算

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

[γj=λkj+1-λφj]? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（9）

式中：[γj]為第j個影響因素的組合權重;λ為調節系數。

按照總誤差平方和最小化原則，構建目標函數[minQ]，計算如下：

[minQ=j=1nkj-γj2+φj-γj2]? ? ? ?（10）

對式（10）求導，并令其等于零，可解得調節系數λ = 0. 5，即

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

由式（11）可得各影響因素的組合權重為

[λj=λ1，λ2，…，λnT]? ? ? ? ? ? ? ? ?（12）

3.6計算結果分析

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據，規范化處理后，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法計算結果

經過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。將上述數值帶入式（3）、（4）計算可得16個影響因素的G1法權重值為

[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 熵權法計算結果

采用0～3的4級測度法對各影響因素進行賦值，構建原始數據矩陣：

[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—熵值法組合權重計算結果分析

將16個影響因素的G1法權重值與熵權重值帶入式（11），可得雙江口水電站大壩壩基混凝土澆筑單元工程優良率影響因素組合權重，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良率的主要因素權重如表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項的組合權重值分別為 0.207 36，0.197 67，0.189 96 ，累計權重值達到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良率的主要因素，應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小組召開頭腦風暴會議，按照5W1H的原則制定出相應對策實施方案。

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，檢測點數不少于20個，模板面積在100 m2以上時，每增加100 m2，檢測點數增加不少于10個。

（2）對于需預留孔洞的模板，①在模板制作時通過精確定位，預先完成開孔洞，并保證孔洞周邊的平整;②后期經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，最終控制模板預留孔洞位置偏差不大于5 mm，保證模板的質量。

（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，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，保證施工質量。

4.1.2 加強模板除銹檢測

（1）在進行倉面驗收時執行嚴格的除銹檢測標準：通過手觸摸感受內模板表面是否光滑、有無毛刺，觀察內模有無銹跡，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）嚴格規范施工單位三檢制、監理旁站、驗收程序等過程控制，減少不必要的返工，保證檢查無遺漏，驗收高質量。

4.1.3 嚴格控制振搗時間及振搗深度

（1）加強監理旁站管理。監理工程師采取24 h盯倉方式，全天候無死角加強混凝土澆筑過程旁站，發現漏振、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。可采取在振動棒上標記定位的方式，確定振動棒插入深度，通過現場旁站督促振搗棒插入角度垂直。

（2）采用智能振搗手環確保振搗規范。通過采用混凝土智能振搗手環，將混凝土振搗作業從定性分析轉變為定量分析，通過量化質量，建立數據分析模型，分析混凝土振搗質量與振搗時間的直接關系，得出混凝土振搗質量合格情況下對應的振搗時間范圍，將經驗振搗時間值轉變為定量的振搗時間，指導現場人員施工，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，避免出現漏振的情況出現。

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量得到了有效改善。左、右岸及河床壩基混凝土后續澆筑單元累計評定51個單元，混凝土外觀質量一般項目優良率達到了91.8%，外觀質量工序總體優良率達到了90.3%。對左、右岸及河床壩基混凝土后續的51個單元進行評定，其中，50個單元評定為優良，即QC活動期間澆筑單元工程優良率為98%。據此，計算得出左、右岸及河床壩基混凝土單元工程優良率已提高至92.2%。

5結 論

（1）結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良率，通過對備倉、澆筑工藝技術的改進并加強監管，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，利于投資節約。

（2）雙江口水電站地處高地應力地區，覆蓋層全部挖除后，兩岸及基礎巖層應力不斷釋放，強卸荷帶內巖體松弛嚴重，卸荷裂隙較發育，易產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量，有效保證了電站基礎整體性及防滲效果。

（3）本文提出的G1-熵權法組合權重分析方法較好地實現了對300 m級特高堆石壩壩基混凝土單元工程優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，同時可為后續工程類似問題提供借鑒。

（4）下一步QC小組將結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新，提出更合理的混凝土澆筑施工工藝及參數。

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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