越南萊州水電站碾壓混凝土重力壩設(shè)計(jì)與施工

[越南]

阮紅河 等

曹艷輝　　馬貴生　譯

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越南萊州水電站碾壓混凝土重力壩設(shè)計(jì)與施工

[越南]

阮紅河 等

摘要：萊州水電站為越南北部沱江干流梯級(jí)開發(fā)的最上游一級(jí)，由越南電力集團(tuán)建設(shè)，下游還有山蘿水電站、和平水電站。沱江支流在建或已建的電站有3座，越南電力集團(tuán)擁有其中的2座。目前，越南電力集團(tuán)在越南國(guó)家電網(wǎng)擁有的總裝機(jī)容量為6 260 MW。對(duì)越南萊州水電站碾壓混凝土重力壩的施工狀況作了介紹。

關(guān)鍵詞：RCC重力壩；萊州水電站；越南

1沱江流域開發(fā)現(xiàn)狀

沱江為越南北部紅河的主要支流，發(fā)源于中國(guó)境內(nèi)，流域總面積為5.26萬(wàn)km2，其中有一半在中國(guó)境內(nèi)。萊州水電站壩址控制流域面積2.6萬(wàn)km2，壩址處多年平均流量為854 m3/s。越南電力集團(tuán)(EVN)屬下水電站在沱江流域的分布及其主要壩型和裝機(jī)容量方面的相關(guān)數(shù)據(jù)列于表1中。

2萊州RCC重力壩設(shè)計(jì)

萊州(Lai chau)水電站的可行性研究歷經(jīng)許多年，2009年，JSC工程咨詢公司完成并提交了對(duì)該水電站的可行性研究報(bào)告。2010～2012年初，根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和越南的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，完成了萊州水電站的技術(shù)設(shè)計(jì)，包括對(duì)RCC原材料的評(píng)價(jià)。通過(guò)RCC拌和試驗(yàn)，提出RCC配合比，保證了大壩經(jīng)濟(jì)、快速、高質(zhì)量地澆筑；同時(shí)，制定了詳細(xì)的施工方案和施工方法，優(yōu)化施工設(shè)備配置，以滿足2015年首臺(tái)機(jī)組發(fā)電的進(jìn)度要求。2012年末，技術(shù)設(shè)計(jì)報(bào)告得到相關(guān)主管部門批準(zhǔn)。

大壩最大高度131.0 m，壩頂長(zhǎng)620.0 m，選取多個(gè)壩體典型斷面，連同壩基一起進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和可靠性分析，包括剛體的穩(wěn)定性分析、有限元靜力和動(dòng)力分析以及二維和三維有限元熱應(yīng)力分析。分析結(jié)果表明：上游壩面垂直，下游壩坡比為1∶0.75(V∶H)，壩頂寬度為12 m，在正常、非正常和極端荷載等各種工況下，安全系數(shù)均滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

采用運(yùn)行基本地震和最大可信地震反應(yīng)譜與時(shí)程進(jìn)行了動(dòng)力分析，分析結(jié)果表明：在層間接縫處，RCC的豎向抗拉強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到0.8 MPa，這一標(biāo)準(zhǔn)為365 d齡期試樣的特征強(qiáng)度。根據(jù)越南國(guó)內(nèi)的工程實(shí)踐，該值可以作為驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，而在其他地區(qū)類似的RCC大壩中要求進(jìn)行廣泛的取芯試驗(yàn)。熱應(yīng)力分析表明，RCC澆筑的最高允許溫度為20℃。

在高程190.0 m、233.0 m和265.0 m處，分別布置了3層廊道，其中，后2層廊道均延伸到了兩岸的壩肩處。在河床最大壩高段布置有2排帷幕灌漿孔，孔深進(jìn)入基巖80 m處。在大壩和壩肩最低的廊道中，布置有傾向防滲帷幕下游側(cè)的排水斜孔，最大孔深為50 m。

RCC水泥含量較高，具有在簡(jiǎn)單澆筑程序下獲得較強(qiáng)結(jié)合力的和易性，這樣可以加快施工進(jìn)度，提高現(xiàn)場(chǎng)澆筑質(zhì)量，無(wú)需施工冷縫處的墊層混合料或砂漿。RCC配合比的設(shè)計(jì)和優(yōu)化分為4個(gè)階段，采用不同的水泥，1種粉煤灰，緩凝外加劑和2種骨料。推薦并用于RCC重力壩施工的RCC配合比的強(qiáng)度滿足要求，每立方米的水泥用量為220 kg，其中60 kg為PC40水泥，160 kg為粉煤灰，PC40水泥起初從巴森(But Son)水泥廠采購(gòu)，后期則從距離較近的安平(Yen Binh)水泥廠采購(gòu)；粉煤灰從普吏(Pha Lai)燃煤熱電廠采購(gòu)。

熱電廠生產(chǎn)的粉煤灰殘余含碳量(燃燒損失)較高而且含量變化也比較大。根據(jù)越南相關(guān)主管部門的要求，需要對(duì)粉煤灰實(shí)施處理，且處理后的殘余含碳量不得高于6%。經(jīng)碳分離處理后，粉煤灰的燃燒損失最大值降至3%?；炷凉橇献畲罅綖?0 mm，單位含水量為110 kg/m3。RCC的初凝時(shí)間為18～24 h，因此每一層RCC均可在初凝時(shí)間內(nèi)澆筑完成，從而增強(qiáng)了RCC的整體性，減少了在澆筑下一層RCC之前對(duì)層間縫處理的工作量。如果每層RCC體積均不超過(guò)1 000 m3，那么其初凝時(shí)間可縮短至9～15 h。

萊州水電站與山蘿水電站使用的是同一級(jí)別的RCC，其特點(diǎn)之一是使用池灰，而且是首次大規(guī)模使用。拌和試驗(yàn)表明，盡管這種F級(jí)粉煤灰(美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)C618)的殘余碳含量較高，但是具有黏結(jié)力強(qiáng)、強(qiáng)度高的特點(diǎn)。因此，仍確定將其用于山蘿水電站RCC壩的施工。粉煤灰這種優(yōu)良性質(zhì)與Ⅰ類水泥相結(jié)合并將其用于大壩工程中，可大幅減少RCC中的水泥用量，且能達(dá)到混凝土的強(qiáng)度要求。

由于采用了以下幾項(xiàng)措施，使山蘿和萊州水電站大壩的耐久性可得到有力保證。

(1) 充分利用了本被廢棄的粉煤灰。

(2) 減少水泥的用量(如果使用碾磨生產(chǎn)的不含火山灰的石粉來(lái)代替粉煤灰，那么山蘿水電站RCC中的最終水泥用量將會(huì)是其實(shí)際使用量的2.5倍，萊州水電站RCC中的水泥用量更低)。

(3) 開辟新商機(jī)(拓展混凝土的應(yīng)用范圍，將未完全燃燒的碳作為煤來(lái)銷售等)。

3施工速度

RCC壩施工的主要優(yōu)勢(shì)在于混凝土的澆筑速度快，可以保證項(xiàng)目的施工進(jìn)度。山蘿水電站建在萊州水電站的下游，2008年1月11日至2010年8月26日，共澆筑RCC 270萬(wàn)m3，是越南第一個(gè)按期完工的大型公共項(xiàng)目。項(xiàng)目完工以后，越南電力集團(tuán)每天獲得的發(fā)電收益達(dá)100萬(wàn)美元。

萊州水電站的RCC澆筑施工在2015年4月中旬完成，比原計(jì)劃的5月底完工提前了將近2個(gè)月。工程于2015年底實(shí)現(xiàn)首臺(tái)機(jī)組投運(yùn)發(fā)電，每天的發(fā)電收益為50萬(wàn)美元。像山蘿和萊州水電站這類水電工程，不能因?yàn)榘l(fā)電效益而過(guò)分強(qiáng)調(diào)施工速度的重要性，如果能如期或提前完成，不僅能增加發(fā)電量，且可降低承包商現(xiàn)場(chǎng)施工的費(fèi)用。

4施工安排

2013年3月7日，萊州RCC壩開始在狹窄的河谷中施工，共分成4個(gè)壩段，每個(gè)壩段均由幾個(gè)單元組成。對(duì)前期施工圖所需的3臺(tái)纜機(jī)和單元工程的布置，均采用由工程主管口頭批準(zhǔn)的方式，如果為了簡(jiǎn)化RCC施工布置而需要對(duì)已獲準(zhǔn)的設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行修改，那么其手續(xù)非常繁瑣復(fù)雜?；炷涟韬蜆俏挥趬沃废掠?，將RCC從拌和樓輸送到壩上需要借助于幾臺(tái)纜機(jī)，第1臺(tái)和中間1臺(tái)纜機(jī)主要負(fù)責(zé)施工溢流表孔堰面以下以及電站進(jìn)水口右側(cè)至疊梁門庫(kù)的混凝土輸送，第2臺(tái)纜機(jī)主要用于左岸壩段施工，中間的纜機(jī)同時(shí)又作為第3臺(tái)纜機(jī)用于右岸壩段的施工。

首先，對(duì)常規(guī)大體積混凝土以下及鋼襯泄水底孔以下的RCC進(jìn)行施工，同時(shí)又對(duì)位于河床中部溢流壩段常規(guī)混凝土溢流堰面以下的RCC進(jìn)行施工。根據(jù)施工進(jìn)度安排，在對(duì)電站進(jìn)水口處的常規(guī)混凝土右側(cè)RCC進(jìn)行澆筑之前應(yīng)留有一定的間歇時(shí)間，以進(jìn)行電站進(jìn)水口常態(tài)混凝土的施工；間歇后，才能開始左岸非溢流壩段RCC的澆筑。由于壓力鋼管和電站進(jìn)水口常規(guī)混凝土施工留有2段較長(zhǎng)的間歇時(shí)間，從而影響到了整個(gè)RCC的施工進(jìn)度(部分是由2014年6～9月第2條RCC施工纜機(jī)安裝原因所致)。第3條RCC施工纜機(jī)的安裝進(jìn)展比較順利，河床導(dǎo)流明渠內(nèi)的RCC澆筑施工于2014年12月10日順利開始。截止2015年3月初，大壩僅剩右岸非溢流壩段上部35 m高度未完成。

盡管萊州水電站的混凝土澆筑程序比較復(fù)雜，但同時(shí)也具有一大優(yōu)勢(shì)，由于澆筑單元相對(duì)比較小，RCC可層層連續(xù)澆筑；壩體中的水平施工縫有98%是“熱合”的，除了必要的清理以外，無(wú)需對(duì)層間縫進(jìn)行任何處理就可以保證現(xiàn)場(chǎng)澆筑RCC的質(zhì)量。

萊州水電站RCC澆筑進(jìn)度的另一個(gè)控制因素是導(dǎo)流方案，旱季為2個(gè)10 m×16 m(寬×高)的導(dǎo)流底孔導(dǎo)流，汛期導(dǎo)流則增加1條底寬為34 m的導(dǎo)流明渠。右岸RCC開始澆筑施工的時(shí)間不可避免地受到了2014年汛期持續(xù)時(shí)間、河流水位以及下游山蘿水電站庫(kù)水位的制約。

另一個(gè)導(dǎo)流方案是增設(shè)導(dǎo)流底孔來(lái)代替導(dǎo)流明渠，以使RCC澆筑施工不受高水位的影響。如果大壩建設(shè)工期縮短，提前發(fā)電產(chǎn)生的效益能夠抵消增設(shè)導(dǎo)流底孔所增加的費(fèi)用，那么全導(dǎo)流底孔導(dǎo)流的方案就更經(jīng)濟(jì)合理。在萊州水電站大壩RCC施工過(guò)程中，可能由于自身原因造成施工間歇，累計(jì)有5個(gè)月，因此大壩的建設(shè)工期至少可縮短一部分。由此看來(lái)，導(dǎo)流方案對(duì)萊州水電站的施工工期影響顯著。

圖1(a)為2013年12月11日從萊州水電站大壩左岸拍攝的河床中部溢流壩段C5 RCC正在澆筑的狀況；圖1(b)為15個(gè)月后，即2015年3月10日同一位置拍攝，大壩正在施工R2 RCC。通過(guò)對(duì)2張照片對(duì)比可知，大壩的施工速度非?？臁?/p>

5質(zhì)量控制

5.1安全監(jiān)測(cè)

對(duì)萊州水電站進(jìn)行了安全監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括位移、應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、壩基孔隙水壓力、兩岸地下水位(蓄水前和蓄水后)、地震加速度和滲漏等。特別是開展了RCC早期特性監(jiān)測(cè)，包括在RCC中埋設(shè)有效應(yīng)力計(jì)、長(zhǎng)基應(yīng)變計(jì)和熱電耦合計(jì)。

將監(jiān)測(cè)儀器安裝完成以后，即定期進(jìn)行監(jiān)測(cè)，迄今為止，已為大壩的施工條件和施工質(zhì)量提供了大量翔實(shí)可靠的數(shù)據(jù)信息。隨著監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的不斷增加，還需要對(duì)其進(jìn)行分析處理，經(jīng)分析處理后的數(shù)據(jù)將作為水庫(kù)蓄水前的初始值。

5.2RCC壩

對(duì)RCC壩制訂了大量質(zhì)量控制措施，包括密度和稠度(修訂的VeBe試驗(yàn))控制、RCC拌和樓溫度和澆筑溫度控制、RCC凝固時(shí)間以及室內(nèi)RCC抗壓和抗拉試樣的制備。每2 000 m3的RCC取樣一次進(jìn)行一組抗壓試驗(yàn)，每10 000 m3RCC取樣一次進(jìn)行一組抗拉試驗(yàn)，每組試樣采用不同的齡期，最大齡期為1 000 d。此外，碾壓后利用核子密度儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定RCC的密度，最小原位密度值應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

在本文撰寫期間，800組試樣的齡期幾乎均達(dá)到28 d;其中550組試樣的齡期高達(dá)365 d，抗壓強(qiáng)度及拉強(qiáng)度試驗(yàn)成果分別見圖2和圖3。越南主管部門規(guī)定,RCC 365 d齡期的抗壓強(qiáng)度不得小于17.65 MPa。迄今為止，RCC的抗壓強(qiáng)度均值達(dá)到了21.3 MPa，超過(guò)設(shè)計(jì)值近20%。RCC抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為1.39 MPa，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的抗拉強(qiáng)度值滿足設(shè)計(jì)要求。

6原位芯樣特性

只有通過(guò)大量的原位試驗(yàn)，才能確定合理可行的RCC施工技術(shù)。應(yīng)與同行分享所獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，才有利于RCC壩技術(shù)迅速發(fā)展。在越南協(xié)議書框架下，要獲得工程認(rèn)可，需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)RCC工程特性試驗(yàn)，因此采取大量91 d齡期以內(nèi)各種齡期的芯樣試驗(yàn)是整個(gè)質(zhì)量管理(或質(zhì)量控制)的重要環(huán)節(jié)。芯樣試驗(yàn)內(nèi)容包括抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度(包括原材料和施工縫)和壓縮模量。至今共進(jìn)行了超過(guò)300組的抗壓試驗(yàn)、1 000組的抗拉試驗(yàn)和150組的壓縮模量試驗(yàn)。

芯樣抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)成果見圖4，5，由芯樣抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制的擬合曲線與圓柱體的擬合曲線進(jìn)行了對(duì)比分析?？梢钥闯?，芯樣原位抗壓強(qiáng)度要略低于圓柱體的抗壓強(qiáng)度，但是2條曲線幾乎平行。365 d齡期的設(shè)計(jì)芯樣抗壓強(qiáng)度為16.6 MPa，現(xiàn)場(chǎng)芯樣的平均抗壓強(qiáng)度為18.3 MPa，約高出設(shè)計(jì)值10%。同樣，試樣(大約340個(gè))的直接抗拉強(qiáng)度見圖3，對(duì)芯樣與圓柱體試樣的抗拉強(qiáng)度擬合曲線也進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明，不僅芯樣的抗拉強(qiáng)度高于圓柱體試樣的，而且原位抗拉強(qiáng)度隨著齡期的增長(zhǎng)速度會(huì)更加緩慢。盡管如此，原位芯樣的抗拉強(qiáng)度平均值約為1.35 MPa，約比設(shè)計(jì)值1.25 MPa高8%。

對(duì)于包含接觸層面試樣(目前已經(jīng)取樣約680組)的分析會(huì)更加復(fù)雜，因?yàn)槠浞治錾婕暗?個(gè)變量問(wèn)題，即齡期與層間縫結(jié)合的修正系數(shù)MMF，需要在所有試驗(yàn)均完成后再進(jìn)行詳細(xì)分析。目前，包含與不包含接合層面的試驗(yàn)結(jié)果一致，在混凝土齡期達(dá)到182 d后，強(qiáng)度略有增加;而隨著MMF的增加,其強(qiáng)度略有減少。實(shí)際上，在設(shè)計(jì)齡期內(nèi)，所有試驗(yàn)成果均超過(guò)設(shè)計(jì)值0.9 MPa。

7結(jié)語(yǔ)

雖然萊州水電站施工組織設(shè)計(jì)做得很好，特別是電站進(jìn)水口結(jié)構(gòu)和導(dǎo)流方案，但是經(jīng)過(guò)在施工期修改設(shè)計(jì)方案以后，實(shí)際工期縮短3～6個(gè)月，RCC的澆筑比原計(jì)劃提前2個(gè)月完成，基本上實(shí)現(xiàn)如期發(fā)電的目標(biāo)。萊州和山蘿2座水電站的按時(shí)建成，可以緩解越南電力供應(yīng)緊張的局面。

通過(guò)大量的現(xiàn)場(chǎng)RCC試驗(yàn)，結(jié)果表明，萊州水電站RCC的特性均滿足甚至超過(guò)了越南相關(guān)主管部門確定的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

曹艷輝馬貴生譯

(編輯：趙秋云)

收稿日期：2015-12-26

文章編號(hào)：1006-0081(2016)05-0020-04

中圖法分類號(hào)：TV642.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

(譯者簡(jiǎn)介：曹艷輝，男，長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司,高級(jí)工程師。)