紅毛洞水電站主體工程施工方案研究

高磊

(遵義水利水電勘測設計研究院，貴州 遵義5630002)

紅毛洞水電站位于貴州省務川縣豐樂鎮境內，水庫正常蓄水位664.00 m，相應庫容2 190萬m3，水庫總庫容2 660萬m3，電站裝機容量23 MW。由于工程區山體陡峭、施工條件差，為充分利用有效施工工期、提高大壩填筑效率，避免施工組織方案對大壩填筑施工進度和質量的影響，針對大壩填筑自密實混凝土材料特性，結合大壩工程特性、施工導流和度汛方案，對大壩填筑施工技術要點、施工工序和施工技術方案進行論證分析，探究與工程實際相匹配的施工方案，為工程順利施工建設提供重要技術保障[1-2]。

1大壩樞紐平面布置

根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL252-2017)相關指標，紅毛洞電站水庫屬中型水庫，工程等別為Ⅲ等。主要建筑物為堆石混凝土重力壩、泄水建筑物、發電引水口和發電廠房按3級建筑物設計；發電引水壓力管道和輔助及生產用房等次要建筑物按4級建筑物設計；臨時性建筑物如導流建筑物等均按5級建筑物設計。工程采用基本烈度Ⅵ度作為設計烈度，按《水工建筑物抗震設計規范》(DL5073-2000)指標，水工建筑物設計可不作抗震計算。樞紐工程由擋水建筑物、泄水建筑物、發電引水系統、發電廠房、導流隧洞等組成，其平面布置方案如圖1所示。

擋水建筑物為堆石混凝土重力壩。泄水建筑為溢洪道，布置于壩頂中部，為設閘控制開敞式表孔泄洪。發電引水系統取水口布置在大壩左壩段，采用一管一機供水方式，共3個取水口。發電廠房位于左壩段壩腳，為壩后地面式廠房，電站裝機臺數為3臺。導流隧洞布置在右岸，軸線呈折線形布置，隧洞斷面為城門洞型。

圖1大壩樞紐平面布置

2大壩結構體型

根據電站壩址區工程地質及地形條件，大壩壩型優選為堆石混凝土重力壩，壩頂寬8.0 m，最大壩高59.5 m，大壩上游面鉛直，下游壩坡1∶0.8，壩軸線長134.0 m。大壩左右兩岸為非溢流壩，總長78.5 m；中間為溢流壩段，總長55.5 m，共設5孔溢流閘孔，溢流凈寬37.5 m。壩體內在河床段上游側設一道灌漿及排水廊道，靠左岸灌漿排水廊道端部設置交通廊道至副廠房配電室與勵磁變層。根據《膠結顆粒料筑壩技術導則》(SL678-2014)及堆石混凝土施工特點，施工中采用全段面施工方法，整體上升。大壩壩身設2條橫縫，位于溢流壩段，在下游面做并縫處理，橫縫將壩體分為3個壩段。溢流壩段橫剖面圖，如圖2所示。

圖2溢流壩段橫剖面圖

大壩主體材料采用一級配C9015堆石混凝土，抗滲標號為W6，抗凍等級為F50；上游面采用0.8 m厚一級配C9015自密實混凝土防滲，抗滲標號為W6，抗凍等級為F50；河床基礎設置1.0 m厚二級配C20常態混凝土墊層，岸坡基礎采用0.5 m厚一級配C9015自密實混凝土墊層；壩頂路面為0.50 m厚C25二級配混凝土；溢流壩段溢流面設0.8 m厚C2830二級配混凝土(抗滲等級W6，抗凍等級F50)作為泄槽底板。

3主體工程施工方案

3.1壩體施工要求

堆石料在Ⅰ號石料場開采，地層巖性為P3c深灰色中厚層灰巖,應采用新鮮、完整和質地堅硬的毛石、塊石及粗料石，其最小粒徑應≥300 mm，最大粒徑應小于結構斷面最小邊長的25%，且不宜超過1.0 m，飽和抗壓強度應≥30 MPa。堆石料不允許含泥塊，含泥量應≤0.5%。

自密實混凝土中粗骨料體積比宜控制在0.27～0.33，密度應大于2 550 kg/m3，吸水率不大于1.5%，堅固性不大于5%，軟弱顆粒含量不大于5%，針片狀顆粒含量小于8%，嚴禁含泥塊，有機質含量應淺于標準色等[3]。人工砂表觀密度應大于2 500 kg/m3，細度模數宜控制在2.4～2.8、石粉含量宜控制在6%～18%，表面含水率應小于6%，堅固性小于8%，嚴禁含泥塊和有機質。外加劑參量根據試配確定。壩體填筑自密實混凝土工作性能指標，如表1所示。

表1自密實混凝土工作性能指標

3.2施工程序分析

根據壩址區工程地形條件、施工進度、施工導流及度汛要求[4-5]，大壩按Ⅲ期進行澆筑。材料上壩運輸主要采用混凝土攪拌車、10～15 t自卸汽車以及塔機完成。大壩分期澆筑示意，如圖3所示。

圖3大壩分期澆筑示意

1)第Ⅰ期。第一施工年度12月至次年4月，完成度汛高程632.00 m高程以下兩側非溢流壩段澆筑，以及溢流壩段623.00 m高程以下溢流壩段澆筑，形成壩面缺口臨時參與度汛。壩體澆筑工程量4.46萬m3，月平均澆筑強度8 920 m3。

2)第Ⅱ期。第二施工年度5月至10月，完成兩側非溢流壩段650.00 m高程以下壩體澆筑。壩體澆筑工程量2.85萬m3，月平均澆筑強度4 750 m3。

3)第Ⅲ期。第二施工年度11月至第三施工年度4月，完成壩頂高程668.50 m以下所有堆石混凝土澆筑。壩體澆筑工程量4.23萬m3，月平均澆筑強度7 050 m3。

3.3施工方法分析

1)材料上壩運輸。大壩施工期間堆石料上壩，枯水期主要利用上壩公路、1號臨時公路、2號臨時公路從大壩上游運輸入倉，利用進廠公路、3號臨時公路從大壩下游運輸入倉；第二年汛期主要利用兩岸塔機吊運入倉，由于右岸在汛期跨河交通時有中斷。因此，施工期間根據天氣情況提前在右岸上下游備料，解決汛期材料上壩需求；第三年汛期大壩已澆筑至壩頂，左岸取水建筑物、發電廠房工程等利用左岸上壩公路、進廠公路解決材料運輸上壩運輸，右岸已基本工作完畢，少量材料運輸根據天氣情況提前在右岸上下游備料，塔機吊運至工作面。

2)施工機械布置。在大壩左右岸非溢流壩段上游側分別布置一臺塔機(63型)，布置高程大于第二年度上游度汛水位632.00 m。左岸塔機主要用于大壩左側非溢流壩段局部堆石料、混凝土的垂直運輸，以及引水建筑物的鋼筋、模板等材料的垂直運輸；右岸塔機主要用于大壩右側非溢流壩段局部堆石料、混凝土的垂直運輸，以及溢洪道施工的鋼筋、模板等材料的垂直運輸。

3)堆石混凝土澆筑。大壩堆石混凝土澆筑采用懸臂模板，模板安裝由設在大壩上游側塔機輔以人工完成。堆石料入倉前應清洗干凈。每層堆石厚度按1.2～2.0 m控制；在堆石混凝土抗壓強度達到2.5 MPa前，不宜在其上部進行倉面的準備工作。壩體堆石混凝土從拌合系統經6 m3混凝土攪拌車運輸至大壩基坑，泵送至澆筑倉面。壩體堆石料采用10～15 t自卸汽車從Ⅰ號石料場經過上壩公路及左右岸臨時公路運輸到大壩入倉，或從臨時堆料場采用自卸汽車運輸大壩入倉，部分澆筑部位汽車無法入倉的才由塔機吊運至倉面。

堆石混凝土施工速度快，質量有保證，且沒有振搗過程，工藝簡單，水化熱溫升較低，溫控相對容易。堆石混凝土施工按照SL677-2014《水工混凝土施工規范》和《膠凝顆粒料筑壩技術導則》(SL678—2014)進行，施工質量按照JGJ/T283-2012《自密實混凝土應用技術規程》進行控制。

4)汛期施工方案研究。根據施工總進度計劃，大壩堆石砼施工的重點、難點在第二施工年度汛期，大壩度汛方式為大壩臨時斷面擋水、導流隧洞+壩面缺口泄洪的方式。跨河交通為大壩下游布置的臨時鋼筋混凝土涵管橋，按導流標準設計。汛期當上游洪水大于導流設計流量時，臨時涵管橋淹沒，右岸對外交通中斷。由于料場、拌合系統均布置在左岸，大壩Ⅱ期左壩段及發電廠房可按正常進度施工，大壩Ⅱ期右壩段由于受洪水影響，跨河交通會短暫中斷，影響材料運輸。

根據上述情況，對大壩Ⅱ期右壩段堆石砼的施工方案進行重點分析研究，擬定三種方案進行技術經濟比較，即：第一種方案新建臨時跨河公路橋，在壩址下游修建滿足度汛洪水標準的跨河交通橋連接兩岸，可滿足汛期兩岸的交通運輸不受洪水影響，可以保證工程進度，但工程投資巨大；第二種方案修建右岸對外交通公路，新建右岸對外交通公路約2.0 km，且材料運輸需繞道，運距增加10 km，可以保證工程進度，但公路投資、運輸成本都較高；第三種方式采取間歇性施工，對于堆石料的運輸根據天氣情況采用間歇性運輸，洪水期間暫停運輸，洪水退卻后提高運輸強度，并且在右岸布置臨時料堆放場，堆石料上壩采用右岸布置的塔機吊運入倉，對于混凝土澆筑，可在洪水退卻后重新維修加固臨時涵管橋，再進行澆筑，也可在壩面缺口架設混凝土泵送鋼管支架，直接從左岸將混凝土泵送至右岸入倉，此方案受天氣影響工程進度稍緩，但投資較小。經綜合分析比較，設計采用第三種方案根據天氣情況間歇性施工。

3.4施工進度計劃及控制性工期

紅毛洞電站工程主體工程大壩澆筑計劃工期17個月，為第一施工年度12月至第三施工年度4月。根據導流及度汛要求，第二施工年度4月底(即汛前)，兩側非溢流壩段澆筑至632.00 m高程，溢流壩段(壩面缺口)澆筑至623.00 m高程；第二施工年度10月底(汛期結束)，兩側非溢流壩段澆筑至650.00 m高程；第三施工年度4月底，兩側非溢流壩段以及溢流壩段(壩面缺口)全部澆筑至壩頂高程。

3.5壩體澆筑溫控措施

3.5.1壩體設計分層及溫控標準

受大壩結構型式及節點工期控制，壩體堆石砼澆筑層高控制在1.5～2.0 m，大壩墊層按1 m分層。壩體堆石混凝土主要安排在低溫季節施工，而且方量不大，5～10月控制其澆筑溫度不超過20℃，允許內部最高溫度不超過35℃。另外，在低溫季節混凝土澆筑溫度不宜低于3℃。

3.5.2溫控及防裂措施

1)優化混凝土配合比設計。主體工程混凝土開澆以前，安排充分的時間進行混凝土施工配合比優化設計與混凝土生產工藝方式。選擇發熱量較低的中熱水泥、較優骨料級配和優質粉煤灰，優選復合外加劑(減水劑和引氣劑)，降低混凝土單位水泥用量，以減少混凝土水化熱溫升和延緩水化熱發散速率，提高混凝土抗裂能力。

2)合理安排混凝土施工程序和進度，防止基礎貫穿裂縫、減少表面裂縫。基礎約束區混凝土、表孔等重要結構部位，在設計規定的間歇期內連續均勻上升，不出現薄層長間歇；其余部位基本做到短間歇均勻上升；盡量縮短固結灌漿時間；基礎約束區混凝土盡量安排在11月～次年4月氣溫較低季節澆筑，避開5～10月高溫季節。

3)采取綜合溫控措施，降低混凝土入倉溫度和澆筑溫度。采取綜合溫控措施，降低混凝土出機溫度和澆筑溫度。同時控制混凝土從出機口溫度到澆筑溫度回升系數在0.30以內，高溫季節盡量利用夜間澆筑混凝土。在較高溫時段施工大體積混凝土時，可適當降低混凝土出機口溫度，同時加強倉面噴霧管理，降低施工區域局部小環境溫度。

4結語

紅毛洞水電站大壩采用堆石混凝土重力壩，最大壩高59.5 m，壩頂寬8.0 m，壩頂高程668.50 m。大壩左右兩岸為非溢流壩壩段，中間為溢流壩壩段，壩軸線長134.0 m。工程區山體陡峭，施工條件差。為使工程順利有序實施，在充分研究大壩堆石混凝土施工特點以及施工導流、度汛方案后，擬定大壩施工程序按Ⅲ期進行。并根據現場地形、地質條件，合理確定了受汛期影響的右壩段堆石混凝土材料運輸及澆筑方案和控制性工期要求。紅毛洞水電站大壩主體工程施工方案的研究成果借鑒了類似工程的成功經驗，為工程順利實施奠定了基礎，同時也可為類似工程建設提供一定參考。