孟底溝水電站大壩混凝土施工仿真分析

李 鵬， 程 保 根， 黃 瑋， 蔣 林 魁

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072 )

1 概 述

水電工程中拱壩混凝土澆筑由于其壩體結構復雜、混凝土澆筑量大、溫控要求嚴格、施工資源配置要求高等特點，通常是一項受多種因素影響的系統工程[1-3]。為更準確驗證其施工方案可行性和施工進度合理性，采用施工仿真技術對大壩混凝土澆筑模擬顯得尤為必要[4-6]。依托孟底溝水電站進行大壩混凝土施工仿真分析，以期為類似工程提供一定借鑒和參考。

孟底溝水電站位于四川省甘孜州與涼山州交界的雅礱江干流上，系雅礱江中游七級開發方案中的第五個梯級，上游銜接楞古梯級，下游銜接楊房溝梯級。攔河大壩采用混凝土雙曲拱壩，兩岸地形呈基本對稱的“V”形，大壩壩頂高程2 259 m，最大壩高198 m，拱冠頂厚10 m，底寬42 m，厚高比0.212。壩頂中心線弧長483.42 m，設置22條橫縫，分23個壩段，壩段寬度16～23 m。2孔導流底孔尺寸5 m×7 m(寬×高)，孔底高程2 118 m；4孔深孔尺寸5 m×6 m(寬×高)，其中2孔孔底高程2 169 m，2孔孔底高程2 171 m；5孔表孔尺寸11.5 m×13 m(寬×高)，孔底高程2 241.5 m。大壩壩身混凝土總量約220萬m3。

2 施工仿真參數

孟底溝水電站混凝土雙曲拱壩施工仿真分析采用中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司開發的混凝土拱壩施工仿真系統進行開展，該系統廣泛應用于二灘、溪洛渡、錦屏一級、小灣、大崗山等工程，具有成熟、穩定、可靠的特點。

(1)孟底溝拱壩施工仿真模型見圖1，模型中據實模擬了大壩體型及壩身導流底孔、泄洪中孔及泄洪表孔的展布情況。

圖1 孟底溝拱壩施工仿真模型圖

(2)經分析論證，大壩施工采用3臺30 t輻射式纜機澆筑，吊罐容量9 m3。接縫灌漿各灌區高度控制在9～12 m，當各罐區灌漿開始時，上部依次是同冷區、過渡區和蓋重區，同時各罐區應同時滿足溫控要求及最新齡期要求。參考類似工程，非孔洞影響區、非固結灌漿影響區， 1.5 m厚度塊最小間歇期5～7 d， 3 m厚度塊最小間歇期7～8 d， 4.5 m厚度塊最小間歇期9～10 d。閘門槽影響區域內最小間歇期10～12 d。孔洞鋼襯安裝時間為35 d。單層混凝土鋪筑厚度為0.5 m。超過28 d齡期的混凝土作為老混凝土。纜機的水平安全距離最小值取12 m。壩段懸臂最大允許高度72 m(孔口懸臂最大不超過60 m)，最大相鄰高差不超過15 m，全壩最大高差不超過30 m。基礎約束區和孔洞約束區均分層厚度為3 m，根據結構需要局部調整為1.0～1.5 m。

3 仿真成果分析

3.1 大壩施工工期

根據仿真分析，該工程混凝土拱壩澆筑工期為33個月，計劃于第5年10月開始大壩混凝土澆筑，第8年6月大壩混凝土澆筑到頂，第8年10月接縫灌漿壩頂。大壩主要澆筑結果統計見表1，第5年～第7年12月底大壩施工面貌見圖2～4，圖中標注格式為：壩段號-柱體號-頂高程-厚度，如11號-1-2085-3，表示11號壩段頂高程為2 085 m、厚度為3 m的倉面。

圖2 第5年12月底大壩施工面貌

表1 大壩主要澆筑結果統計表

3.2 大壩澆筑強度

根據仿真計算成果，大壩混凝土澆筑月高峰強度為9.1萬m3，月澆筑平均強度為5.67萬m3，不均衡系數為1.6。月高峰澆筑58倉，月平均澆筑29倉。月最大上升高度9 m，月平均上升高度6 m。月澆筑強度曲線見圖5，月澆筑倉數曲線見圖6。

圖3 第6年12月底大壩施工面貌

圖4 第7年12月底大壩施工面貌

圖5 月澆筑強度曲線圖(2024年對應第5年，下圖同)

圖6 月澆筑倉數曲線圖

3.3 纜機資源配置

根據仿真計算成果，1～3號纜機的月澆筑情況統計見表2。根據單臺纜機月澆筑強度，纜機最高月強度36 622 m3，參考溪洛渡、二灘、錦屏一級等工程實踐情況(均采用30 t纜機)，該工程各臺纜機月澆筑高峰強度滿足30 t纜機的運行規律。1～3號纜機累計澆筑方量占比分別為31%、35%、34%，說明各臺纜機工作量比較相當，纜機資源配置是合適的。

表2 1～3號纜機的月澆筑情況統計表 /m3

纜機小時平均循環次數見表3，單倉平均小時循環次數在8～10次/h的倉面達到61.7%(高峰小時強度將達到12～14次/h)，對纜機運行調度管理水平要求較高。

3.4 混凝土生產系統容量

該工程采用2座HL360-4F4500型自落式混凝土攪拌樓，每座混凝土攪拌樓的常態混凝土生產能力為360 m3/h，每月常態混凝土生產能力超過11萬m3。

根據仿真成果，大壩混凝土月澆筑高峰強度為9.1萬m3，混凝土拌和系統月生產能力滿足大壩混凝土月澆筑高峰強度需求；大壩混凝土小時平均澆筑強度最大為125.3 m3/h，混凝土拌和系統小時高峰生產強度為330.8 m3/h，說明混凝土拌和系統生產能力滿足大壩混凝土澆筑入倉強度要求。

3.5 接縫灌漿進度

根據仿真結果，大壩澆筑與接縫灌漿進度曲線見圖7。由圖可見，第6年5月大壩澆筑最低高程2 106 m，大壩接縫灌漿高程2 070 m，低于圍堰頂高程2 138.5 m，汛期采用圍堰擋水、導流洞過流方式；第7年5月大壩澆筑最低高程2 175 m，接縫灌漿高程2 142 m，高于圍堰頂高程2 138.5 m，汛期采用大壩擋水、導流洞過流方式。整體看來，大壩施工形象面貌滿足度汛要求。

圖7 大壩澆筑與接縫灌漿進度曲線圖

3.6 同類工程對比

近幾年國內已完建的類似拱壩工程，其施工條件和澆筑方案與孟底溝水電站相近，國內類似工程混凝土澆筑指標對比見表4。從表中可以看出，該工程混凝土澆筑平均月上升速度與錦屏一級基本相同，均處于同一水平。該工程單臺纜機施工仿真模擬高峰月澆筑強度3.66萬m3，初步對比分析表明：孟底溝拱壩混凝土澆筑工期可行，但考慮到施工仿真采用優于平均先進的施工水平參數，模擬結果反映出纜機利用率偏高，說明拱壩混凝土澆筑工期安排較為先進，需要較高的施工組織管理水平和可靠的設備以保證性能。

表4 國內類似工程混凝土澆筑指標對比表

3.7 分析成果

從仿真成果來看，該工程大壩月澆筑強度、月上升高度符合類似工程經驗，纜機資源配置和混凝土拌合系統配置合理可靠，大壩施工形象面貌滿足防洪度汛要求，因此大壩混凝土澆筑工期33個月是合適的。

4 結 語

孟底溝水電站大壩工程控制著整個工程施工工期，關系到各個節點工期目標的實現。采用中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司開發的混凝土拱壩施工仿真系統對大壩施工工期、大壩澆筑強度、纜機資源配置、混凝土系統容量及接縫灌漿進度進行仿真和論證，結果表明導流規劃擬定的大壩施工形象面貌以及工程施工總進度計劃是合理的。