某工程高拱壩混凝土澆筑工期研究

楊明剛

（成勘院施工設(shè)計(jì)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(jī)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(fā)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(zhǎng)635.47 m。

影響該工程總工期的關(guān)鍵項(xiàng)目為初期導(dǎo)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(huán)節(jié)之一。

2 拱壩施工的外部條件

1）氣象條件。壩址區(qū)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(dǎo)流。大壩基坑采用一次攔斷隧洞過流、全年圍堰的導(dǎo)流方式，拱壩具備全年施工的條件。

3）混凝土運(yùn)輸設(shè)備。大壩混凝土采用3臺(tái)30 t（9 m3立罐）平移式中速纜機(jī)運(yùn)輸入倉，纜機(jī)工作區(qū)完全覆蓋整個(gè)拱壩。

4）拱壩布置及工程量。壩頂中心線弧長(zhǎng)635.47 m，共設(shè)28條橫鋒，分為29個(gè)壩段，壩段間距為20.0～22.6 m，壩身設(shè)4個(gè)深孔，3個(gè)導(dǎo)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(jìn)度研究

該拱壩施工進(jìn)度采用大壩施工過程的計(jì)算機(jī)模擬及工程類比的方法進(jìn)行研究。

3.1 大壩施工過程模擬研究

大壩混凝土澆筑的計(jì)算機(jī)模擬程序采用離散系統(tǒng)模擬理論建立數(shù)學(xué)模型，以狀態(tài)變量和決策變量與約束條件間的數(shù)學(xué)邏輯關(guān)系來定量描述。主體程序通過狀態(tài)變量和決策變量的改變，按照既定的澆筑規(guī)律和約束條件對(duì)大壩混凝土澆筑進(jìn)行施工過程的模擬。

1）主要施工參數(shù)的選擇與確定。模擬計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮有效施工天數(shù)、混凝土初凝時(shí)間、纜機(jī)布置參數(shù)、纜機(jī)循環(huán)時(shí)間及生產(chǎn)率等參數(shù)，以及壩體體型、泄洪深孔及導(dǎo)流底孔布置等壩體參數(shù)，從而確定所選纜機(jī)在運(yùn)輸過程中各階段的時(shí)間參數(shù)。

2）模擬計(jì)算基本參數(shù)匯總?；炷翝仓M計(jì)算所采用的基本參數(shù)見表1。

表1 某大壩混凝土澆筑基本施工參數(shù)表

3）其他主要約束條件。除基本參數(shù)外，模擬計(jì)算還應(yīng)滿足接縫灌漿、施工期度汛的面貌要求。同時(shí)應(yīng)按照限定條件使用纜機(jī)。

①壩體接縫灌漿。壩體分為16個(gè)灌區(qū)進(jìn)行接縫灌漿，即壩體925.0 m高程至1045.0 m高程分為10個(gè)灌漿區(qū)，灌漿區(qū)高度為12.0 m；壩體1045.0 m高程以上分為6個(gè)灌漿區(qū)，灌漿區(qū)高度為15.0 m。

接縫灌漿在施工進(jìn)度方面的主要限定條件：灌漿區(qū)兩側(cè)壩塊混凝土齡期不少于6個(gè)月，在采取有效措施得情況下亦不應(yīng)少于4個(gè)月；灌區(qū)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(yīng)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(jù)度汛要求，壩體混凝土于第7年5月底應(yīng)澆筑至1075 m高程，灌漿高程1045 m，壩體達(dá)到100年一遇擋水度汛標(biāo)準(zhǔn)；第7年11月導(dǎo)流洞下閘，11月至翌年4月進(jìn)行導(dǎo)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(jī)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(duì)纜機(jī)使用作相應(yīng)的限制：每一澆筑塊混凝土澆筑時(shí)間不超過24 h，在澆筑某一倉面時(shí)，若1臺(tái)纜機(jī)不能滿足要求，可使用2臺(tái)或3臺(tái)；若某個(gè)澆筑塊混凝土間歇期將至，可優(yōu)先安排該塊的施工。

4）大壩施工過程模擬計(jì)算成果。根據(jù)模擬計(jì)算結(jié)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(gè)月，上述成果滿足全部限定條件。主要計(jì)算成果詳見圖1及圖2。

圖1 大壩混凝土澆筑強(qiáng)度及累計(jì)曲線圖

圖2 大壩混凝土澆筑與接縫灌漿進(jìn)度曲線圖

4 大壩澆筑進(jìn)度的工程類比分析

4.1 模擬計(jì)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(shí)曾成功預(yù)測(cè)并指導(dǎo)了混凝土澆筑的跳倉、跳塊順序和澆筑進(jìn)度，按施工動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算，其結(jié)果與實(shí)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(shù)及主要設(shè)計(jì)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(shù)較本工程設(shè)計(jì)選用的施工參數(shù)略先進(jìn)，鑒于二灘電站大壩混凝土施工的模擬計(jì)算結(jié)果與實(shí)際施工進(jìn)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(shù)是可行的、模擬計(jì)算結(jié)果是合理的。

4.2 與其他工程的類比分析

現(xiàn)將此雙曲拱壩混凝土澆筑模擬計(jì)算結(jié)果與國(guó)內(nèi)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(jìn)行比較，詳見表4。

表2 二灘與某工程大壩主要施工參數(shù)比較表

表3 二灘與某工程大壩主要設(shè)計(jì)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(qiáng)度及工期上均處于中下水平。與美國(guó)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(tái)23 t纜機(jī)吊6 m3罐施工，其月平均澆筑強(qiáng)度和最大強(qiáng)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(tái)30 t纜機(jī)吊9 m3罐，月平均澆筑強(qiáng)度和最大強(qiáng)度分別9.19萬m3/月和15.17萬m3/月，單臺(tái)纜機(jī)生產(chǎn)率月平均為3.06萬m3/月，與德沃歇克相當(dāng)。從國(guó)內(nèi)已建成的二灘水電站大壩混凝土施工情況分析，其單臺(tái)纜機(jī)平均生產(chǎn)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(shù)先進(jìn)。

表4 某大壩與國(guó)內(nèi)外混凝土大壩施工情況比較表

由此可見，基于36個(gè)月的澆筑工期，此大壩纜機(jī)的效率尚有一定潛力。

5 結(jié)論

通過對(duì)該工程雙曲拱壩混凝土澆筑施工進(jìn)行的模擬計(jì)算分析及工程進(jìn)度的工程類比分析可知，其混凝土雙曲拱壩36個(gè)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(jié)合工程類比分析，對(duì)分析混凝土壩的施工進(jìn)度、協(xié)助進(jìn)行施工設(shè)備選擇是一種有效且可靠的手段。

現(xiàn)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(shí)際建設(shè)過程中，計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)也得到了越來越多的運(yùn)用，并產(chǎn)生了良好的效果。