某工程高拱壩混凝土澆筑工期研究

楊明剛

（成勘院施工設計與管理部，四川 成都 610072）

1 概述

某水電站位于大渡河中游，電站總裝機容量4×650 MW。

該工程樞紐建筑物由混凝土雙曲拱壩、水墊塘、二道壩、右岸泄洪洞、左岸引水發電建筑物等組成。

工程擋水建筑物采用混凝土雙曲拱壩，壩頂高程1135.0 m，建基面高程925.0 m，最大壩高210.0 m，壩頂厚10 m，壩底厚52 m，壩頂中心線弧長635.47 m。

影響該工程總工期的關鍵項目為初期導流工程及混凝土雙曲拱壩工程，而雙曲拱壩壩體的施工是影響工程總工期最重要的環節之一。

2 拱壩施工的外部條件

1）氣象條件。壩址區多年平均氣溫16.9℃，極端最高氣溫39.2℃，極端最低氣溫－3.9℃，溫度最低的1月月平均氣溫為8.0℃，具備混凝土全年施工的條件。

2）施工導流。大壩基坑采用一次攔斷隧洞過流、全年圍堰的導流方式，拱壩具備全年施工的條件。

3）混凝土運輸設備。大壩混凝土采用3臺30 t（9 m3立罐）平移式中速纜機運輸入倉，纜機工作區完全覆蓋整個拱壩。

4）拱壩布置及工程量。壩頂中心線弧長635.47 m，共設28條橫鋒，分為29個壩段，壩段間距為20.0～22.6 m，壩身設4個深孔，3個導流底孔。澆筑塊最大倉面面積1242 m2。壩體混凝土總量330.85 萬 m3。

3 拱壩施工進度研究

該拱壩施工進度采用大壩施工過程的計算機模擬及工程類比的方法進行研究。

3.1 大壩施工過程模擬研究

大壩混凝土澆筑的計算機模擬程序采用離散系統模擬理論建立數學模型，以狀態變量和決策變量與約束條件間的數學邏輯關系來定量描述。主體程序通過狀態變量和決策變量的改變，按照既定的澆筑規律和約束條件對大壩混凝土澆筑進行施工過程的模擬。

1）主要施工參數的選擇與確定。模擬計算時應考慮有效施工天數、混凝土初凝時間、纜機布置參數、纜機循環時間及生產率等參數，以及壩體體型、泄洪深孔及導流底孔布置等壩體參數，從而確定所選纜機在運輸過程中各階段的時間參數。

2）模擬計算基本參數匯總。混凝土澆筑模擬計算所采用的基本參數見表1。

表1 某大壩混凝土澆筑基本施工參數表

3）其他主要約束條件。除基本參數外，模擬計算還應滿足接縫灌漿、施工期度汛的面貌要求。同時應按照限定條件使用纜機。

①壩體接縫灌漿。壩體分為16個灌區進行接縫灌漿，即壩體925.0 m高程至1045.0 m高程分為10個灌漿區，灌漿區高度為12.0 m；壩體1045.0 m高程以上分為6個灌漿區，灌漿區高度為15.0 m。

接縫灌漿在施工進度方面的主要限定條件：灌漿區兩側壩塊混凝土齡期不少于6個月，在采取有效措施得情況下亦不應少于4個月；灌區上部宜有12 m厚混凝土壓重層，其中6 m為同冷層。

②施工期度汛要求。大壩施工應滿足施工期度汛要求。大壩混凝土于第5年3月開始澆筑，根據度汛要求，壩體混凝土于第7年5月底應澆筑至1075 m高程，灌漿高程1045 m，壩體達到100年一遇擋水度汛標準；第7年11月導流洞下閘，11月至翌年4月進行導流洞封堵施工，壩體混凝土于第8年2月底澆筑至壩頂高程。

③纜機使用原則。鑒于部分壩塊混凝土澆筑倉面面積過大，在程序中通過對纜機使用作相應的限制：每一澆筑塊混凝土澆筑時間不超過24 h，在澆筑某一倉面時，若1臺纜機不能滿足要求，可使用2臺或3臺；若某個澆筑塊混凝土間歇期將至，可優先安排該塊的施工。

4）大壩施工過程模擬計算成果。根據模擬計算結果，壩體混凝土于第5年3月開始澆筑，第8年2月大壩混凝土澆筑即可全部完成，混凝土澆筑工期為36個月，上述成果滿足全部限定條件。主要計算成果詳見圖1及圖2。

圖1 大壩混凝土澆筑強度及累計曲線圖

圖2 大壩混凝土澆筑與接縫灌漿進度曲線圖

4 大壩澆筑進度的工程類比分析

4.1 模擬計算成果的工程類比分析

采用混凝土澆筑模擬程序在二灘工程施工時曾成功預測并指導了混凝土澆筑的跳倉、跳塊順序和澆筑進度，按施工動態模擬計算，其結果與實際施工情況基本吻合。二灘電站與此工程大壩模擬所用施工參數及主要設計成果詳見表2及表3。

從兩表中可看出，二灘混凝土雙曲拱壩混凝土澆筑所用施工參數較本工程設計選用的施工參數略先進，鑒于二灘電站大壩混凝土施工的模擬計算結果與實際施工進度基本一致。因此，通過與二灘混凝土雙曲拱壩施工比較，可知該電站大壩混凝土澆筑模擬所取參數是可行的、模擬計算結果是合理的。

4.2 與其他工程的類比分析

現將此雙曲拱壩混凝土澆筑模擬計算結果與國內外近30年來已建或在建的200 m以上混凝土大壩施工資料進行比較，詳見表4。

表2 二灘與某工程大壩主要施工參數比較表

表3 二灘與某工程大壩主要設計成果比較表

從表4可以看出，該工程混凝土雙曲拱壩在澆筑強度及工期上均處于中下水平。與美國六七十年代建成的德沃歇克混凝土壩相比，其壩高和混凝土量均大于此大壩，采用3臺23 t纜機吊6 m3罐施工，其月平均澆筑強度和最大強度分別為9.20萬m3/月和18.40萬m3/月；而此大壩施工選用的3臺30 t纜機吊9 m3罐，月平均澆筑強度和最大強度分別9.19萬m3/月和15.17萬m3/月，單臺纜機生產率月平均為3.06萬m3/月，與德沃歇克相當。從國內已建成的二灘水電站大壩混凝土施工情況分析，其單臺纜機平均生產率為3.39萬m3/月，壩體月上升速度為6.0 m/月，均較該工程施工參數先進。

表4 某大壩與國內外混凝土大壩施工情況比較表

由此可見，基于36個月的澆筑工期，此大壩纜機的效率尚有一定潛力。

5 結論

通過對該工程雙曲拱壩混凝土澆筑施工進行的模擬計算分析及工程進度的工程類比分析可知，其混凝土雙曲拱壩36個月的澆筑施工工期是合適的。

采用混凝土壩施工模擬軟件結合工程類比分析，對分析混凝土壩的施工進度、協助進行施工設備選擇是一種有效且可靠的手段。

現在越來越多的工程不僅在前期分析論證過程中采用上述方法，在實際建設過程中，計算機模擬技術也得到了越來越多的運用，并產生了良好的效果。