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(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)復(fù)雜、混凝土澆筑量大、溫控要求嚴(yán)格、施工資源配置要求高等特點(diǎn)，通常是一項(xiàng)受多種因素影響的系統(tǒng)工程[1-3]。為更準(zhǔn)確驗(yàn)證其施工方案可行性和施工進(jìn)度合理性，采用施工仿真技術(shù)對(duì)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(jìn)行大壩混凝土施工仿真分析，以期為類(lèi)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(jí)開(kāi)發(fā)方案中的第五個(gè)梯級(jí)，上游銜接楞古梯級(jí)，下游銜接楊房溝梯級(jí)。攔河大壩采用混凝土雙曲拱壩，兩岸地形呈基本對(duì)稱(chēng)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(zhǎng)483.42 m，設(shè)置22條橫縫，分23個(gè)壩段，壩段寬度16～23 m。2孔導(dǎo)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(wàn)m3。

2 施工仿真參數(shù)

孟底溝水電站混凝土雙曲拱壩施工仿真分析采用中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司開(kāi)發(fā)的混凝土拱壩施工仿真系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)展，該系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于二灘、溪洛渡、錦屏一級(jí)、小灣、大崗山等工程，具有成熟、穩(wěn)定、可靠的特點(diǎn)。

(1)孟底溝拱壩施工仿真模型見(jiàn)圖1，模型中據(jù)實(shí)模擬了大壩體型及壩身導(dǎo)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(jīng)分析論證，大壩施工采用3臺(tái)30 t輻射式纜機(jī)澆筑，吊罐容量9 m3。接縫灌漿各灌區(qū)高度控制在9～12 m，當(dāng)各罐區(qū)灌漿開(kāi)始時(shí)，上部依次是同冷區(qū)、過(guò)渡區(qū)和蓋重區(qū)，同時(shí)各罐區(qū)應(yīng)同時(shí)滿(mǎn)足溫控要求及最新齡期要求。參考類(lèi)似工程，非孔洞影響區(qū)、非固結(jié)灌漿影響區(qū)， 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(mén)槽影響區(qū)域內(nèi)最小間歇期10～12 d。孔洞鋼襯安裝時(shí)間為35 d。單層混凝土鋪筑厚度為0.5 m。超過(guò)28 d齡期的混凝土作為老混凝土。纜機(jī)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(guò)60 m)，最大相鄰高差不超過(guò)15 m，全壩最大高差不超過(guò)30 m。基礎(chǔ)約束區(qū)和孔洞約束區(qū)均分層厚度為3 m，根據(jù)結(jié)構(gòu)需要局部調(diào)整為1.0～1.5 m。

3 仿真成果分析

3.1 大壩施工工期

根據(jù)仿真分析，該工程混凝土拱壩澆筑工期為33個(gè)月，計(jì)劃于第5年10月開(kāi)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(jié)果統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1，第5年～第7年12月底大壩施工面貌見(jiàn)圖2～4，圖中標(biāo)注格式為：壩段號(hào)-柱體號(hào)-頂高程-厚度，如11號(hào)-1-2085-3，表示11號(hào)壩段頂高程為2 085 m、厚度為3 m的倉(cāng)面。

圖2 第5年12月底大壩施工面貌

表1 大壩主要澆筑結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

3.2 大壩澆筑強(qiáng)度

根據(jù)仿真計(jì)算成果，大壩混凝土澆筑月高峰強(qiáng)度為9.1萬(wàn)m3，月澆筑平均強(qiáng)度為5.67萬(wàn)m3，不均衡系數(shù)為1.6。月高峰澆筑58倉(cāng)，月平均澆筑29倉(cāng)。月最大上升高度9 m，月平均上升高度6 m。月澆筑強(qiáng)度曲線見(jiàn)圖5，月澆筑倉(cāng)數(shù)曲線見(jiàn)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(qiáng)度曲線圖(2024年對(duì)應(yīng)第5年，下圖同)

圖6 月澆筑倉(cāng)數(shù)曲線圖

3.3 纜機(jī)資源配置

根據(jù)仿真計(jì)算成果，1～3號(hào)纜機(jī)的月澆筑情況統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。根據(jù)單臺(tái)纜機(jī)月澆筑強(qiáng)度，纜機(jī)最高月強(qiáng)度36 622 m3，參考溪洛渡、二灘、錦屏一級(jí)等工程實(shí)踐情況(均采用30 t纜機(jī))，該工程各臺(tái)纜機(jī)月澆筑高峰強(qiáng)度滿(mǎn)足30 t纜機(jī)的運(yùn)行規(guī)律。1～3號(hào)纜機(jī)累計(jì)澆筑方量占比分別為31%、35%、34%，說(shuō)明各臺(tái)纜機(jī)工作量比較相當(dāng)，纜機(jī)資源配置是合適的。

表2 1～3號(hào)纜機(jī)的月澆筑情況統(tǒng)計(jì)表 /m3

纜機(jī)小時(shí)平均循環(huán)次數(shù)見(jiàn)表3，單倉(cāng)平均小時(shí)循環(huán)次數(shù)在8～10次/h的倉(cāng)面達(dá)到61.7%(高峰小時(shí)強(qiáng)度將達(dá)到12～14次/h)，對(duì)纜機(jī)運(yùn)行調(diào)度管理水平要求較高。

3.4 混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)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(tài)混凝土生產(chǎn)能力為360 m3/h，每月常態(tài)混凝土生產(chǎn)能力超過(guò)11萬(wàn)m3。

根據(jù)仿真成果，大壩混凝土月澆筑高峰強(qiáng)度為9.1萬(wàn)m3，混凝土拌和系統(tǒng)月生產(chǎn)能力滿(mǎn)足大壩混凝土月澆筑高峰強(qiáng)度需求；大壩混凝土小時(shí)平均澆筑強(qiáng)度最大為125.3 m3/h，混凝土拌和系統(tǒng)小時(shí)高峰生產(chǎn)強(qiáng)度為330.8 m3/h，說(shuō)明混凝土拌和系統(tǒng)生產(chǎn)能力滿(mǎn)足大壩混凝土澆筑入倉(cāng)強(qiáng)度要求。

3.5 接縫灌漿進(jìn)度

根據(jù)仿真結(jié)果，大壩澆筑與接縫灌漿進(jìn)度曲線見(jiàn)圖7。由圖可見(jiàn)，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(dǎo)流洞過(guò)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(dǎo)流洞過(guò)流方式。整體看來(lái)，大壩施工形象面貌滿(mǎn)足度汛要求。

圖7 大壩澆筑與接縫灌漿進(jìn)度曲線圖

3.6 同類(lèi)工程對(duì)比

近幾年國(guó)內(nèi)已完建的類(lèi)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(guó)內(nèi)類(lèi)似工程混凝土澆筑指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)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(jí)基本相同，均處于同一水平。該工程單臺(tái)纜機(jī)施工仿真模擬高峰月澆筑強(qiáng)度3.66萬(wàn)m3，初步對(duì)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(yōu)于平均先進(jìn)的施工水平參數(shù)，模擬結(jié)果反映出纜機(jī)利用率偏高，說(shuō)明拱壩混凝土澆筑工期安排較為先進(jìn)，需要較高的施工組織管理水平和可靠的設(shè)備以保證性能。

表4 國(guó)內(nèi)類(lèi)似工程混凝土澆筑指標(biāo)對(duì)比表

3.7 分析成果

從仿真成果來(lái)看，該工程大壩月澆筑強(qiáng)度、月上升高度符合類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)，纜機(jī)資源配置和混凝土拌合系統(tǒng)配置合理可靠，大壩施工形象面貌滿(mǎn)足防洪度汛要求，因此大壩混凝土澆筑工期33個(gè)月是合適的。

4 結(jié) 語(yǔ)

孟底溝水電站大壩工程控制著整個(gè)工程施工工期，關(guān)系到各個(gè)節(jié)點(diǎn)工期目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。采用中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司開(kāi)發(fā)的混凝土拱壩施工仿真系統(tǒng)對(duì)大壩施工工期、大壩澆筑強(qiáng)度、纜機(jī)資源配置、混凝土系統(tǒng)容量及接縫灌漿進(jìn)度進(jìn)行仿真和論證，結(jié)果表明導(dǎo)流規(guī)劃擬定的大壩施工形象面貌以及工程施工總進(jìn)度計(jì)劃是合理的。