天花板水電站的關鍵技術問題

鄧毅國

（中國水電顧問集團北京勘測設計研究院，北京 100024）

0 引言

天花板水電站位于云南省昭通市境內的牛欄江上，是牛欄江梯級規劃的第七級電站，電站總裝機容量180 MW。工程采用混合式開發，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159.87 m，拱壩的厚高比為0.212。在大壩的中部設有3個10 m×8.5 m的表孔和2個5 m×6.5 m的中孔，右邊還設有一個2 m×4 m的沖沙孔。根據拱壩的壩體布置和仿真計算成果以及現場實際條件，布置了2條誘導縫。

工程開工后，兩岸壩基及開挖支護、岸邊廠房的后邊坡開挖支護、建基面選擇、碾壓混凝土施工及溫度控制、誘導縫設計等貫穿拱壩施工過程中的一系列問題都出現了特點各異技術變化，成為天花板水電站設計、施工中的關鍵技術所在。

1 廠房后邊坡開挖

天花板水電站為岸邊式廠房，廠房的后邊坡高度為87 m，相對并不高，地質條件以及設計計算的邊界條件并不復雜；但因支護跟進不及時，導致施工中開挖至廠房基礎時，邊坡整體向外的變形不收斂，表面出現了局部坍塌、裂縫的現象。如不及時加固，將會造成更危險的工程問題。監測資料表明，僅對廠房后邊坡的范圍加強支護，所增加的支護力是有限的。

為了保證工程安全，結合現場的地形、地質條件和該區域的監測資料，最終采取了首先加固整個邊坡外圍，增加坡頂的支護力的加固方案。邊坡外圍采用預應力錨索，第一、二級邊坡增設混凝土網格梁和預應力錨索。上述方案實施后，廠房后邊坡的變形趨于收斂。

2 拱肩槽開挖

天花板水電站壩址兩岸河谷陡峭，根據拱壩布置，左岸拱肩槽邊坡開挖邊坡高度達到130 m。研究決定，在拱壩壩頂之上設置一個窯洞并與上壩公路相連，窯洞以下仍按拱壩的體形要求開挖拱肩槽。窯洞的布置除可節省開挖和支護工程量外，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定性。同時，施工道路布置也不需要進行邊坡開挖，減少了對高陡峭邊坡的擾動，保證了原始邊坡的穩定性，也減少了對拱壩下游拱肩抗體的擾動。

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問題。天花板水電站拱壩原設計壩高113 m，由于兩岸陡峭，開挖持續時間較長，建基面巖體表面出現不同程度的卸荷，巖體較為破碎?；谶@種現象，在壩基開挖至河床時，對整個壩基進行了物探聲波檢測。聲波資料表明，拱壩建基面的巖體表面出現了不同程度的卸荷松弛，兩岸的松弛深度達到2 m，河床壩基的卸荷深度一般不超過1 m。結合整個建基面的巖體條件和河床壩基的聲波資料，及時將壩基抬高6 m，從而減少了壩基開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際施工過程中，由于混凝土生產系統沒有制冷系統，壩體內部的冷卻水管的冷卻效果不理想，導致壩體施工時段溫度環境對碾壓混凝土溫度控制不利?；谶@些實際情況，結合其他工程碾壓混凝土拱壩溫度控制經驗，并考慮本工程的大壩初期運行條件，適當放寬了碾壓混凝土的溫度控制指標。在施工過程中和大壩初期蓄水階段，密切注意拱壩誘導縫、壩體溫度變化的實際情況與溫度仿真分析的對應關系、壩體溫度的實際冷卻速率、本工程已經出現的最大溫降等，提前預測了碾壓混凝土拱壩誘導縫在大壩蓄水階段的變化。

大壩碾壓混凝土施工是一個動態的變化過程，大壩施工進度、溫度控制指標、施工時的溫度環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很少遇到的冬季高溫現象，使碾壓混凝土施工的溫度控制邊界條件已經脫離了原來的設想。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無法達到原來的設計要求。結合工程實際，重新進行了拱壩的溫度仿真分析和敏感性分析。根據工程實際進度和可能出現的有關情況，適時地預測拱壩的溫度條件并與大壩的監測資料進行對比，將有關碾壓混凝土拱壩的溫度控制的分階段參數進行了修訂，以適應邊界條件的變化。

5 拱壩誘導縫的討論

碾壓混凝土拱壩一般設置誘導縫，誘導縫的設計與碾壓混凝土拱壩的設計、施工、大壩的材料、物理力學指標、溫度控制標準密切相關。誘導縫的設置一般在大壩設計中與事先預定的相關參數有直接的關系。在工程實際施工中，碾壓混凝土拱壩的原材料、混凝土的物理力學指標、大壩實際施工的溫度環境、施工進度、拱壩的實際溫度變化過程等都會與原來的設計意圖有所變化，給事先設置的碾壓混凝土拱壩誘導縫帶來變數，使碾壓混凝土拱壩的誘導縫成為大壩蓄水階段的一個重要的工程技術問題，并直接影響大壩蓄水甚至是整個工程的工期。

本文以為，碾壓混凝土拱壩的誘導縫設計理論依據、設計條件和設置方式都是可行的，但對誘導縫的張開判據還需要進行必要的研究。對于碾壓混凝土拱壩而言，誘導縫張開的誘因是關鍵，大體積混凝土的裂縫一般從上、下游表面開始張開，而碾壓混凝土上、下游表面都有變態混凝土，因而變態混凝土的相關指標、施工質量、溫度環境等有可能是誘導縫張開必須考慮和研究的因素。建議在實際工程中，密切注意工程的施工過程、壩體溫度的變化過程和速率、碾壓混凝土的一些關鍵指標的變化，仿真計算的控制性要求；在大壩蓄水前，如果誘導縫沒有張開，應重新進行拱壩的仿真計算和必要的敏感性分析，以了解誘導縫的實際受力條件。