葉巴灘水電站大壩混凝土澆筑施工仿真研究

李 鵬， 杜 長 劼， 李 心 睿， 蔣 林 魁

(中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610072)

1 葉巴灘水電站大壩施工特性

葉巴灘水電站位于四川與西藏界河金沙江上游河段上，系金沙江上游13個梯級水電站的第7級。攔河大壩采用混凝土雙曲拱壩，位于“V”形對稱峽谷中，大壩壩頂高程2 894.00 m，最大壩高217.0 m，拱冠頂厚11 m，底寬46.0 m，厚高比0.212。在壩身高程2 804.00 m高程布置有4孔泄洪深孔；在壩身高程2 877.00 m高程布置有5孔泄洪表孔，采用騎縫布置。在壩身高程2 760.00 m高程布置2孔導(dǎo)流底孔。大壩混凝土總量約280.6萬m3，整個壩體共分為27個壩段。

2 大壩混凝土澆筑施工條件及仿真參數(shù)

2.1 仿真分析平臺

葉巴灘大壩混凝土拱壩施工仿真采用中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司開發(fā)的混凝土拱壩施工仿真系統(tǒng)。該系統(tǒng)經(jīng)過二灘、小灣、溪洛渡、錦屏一級、大崗山等大型拱壩工程的建設(shè)實踐，平臺成熟、穩(wěn)定、可靠，具備綜合分析各倉面是否滿足間歇期、備倉時間、機械干擾、入倉強度、壩塊間的壓塊關(guān)系、相鄰塊高差、澆筑機械配套、接縫灌漿要求等必備開倉要素，同時也可模擬大壩澆筑過程，優(yōu)化澆筑順序并計算工期、制定澆筑計劃，對大壩施工方案進行全面綜合分析。

2.2 施工條件及仿真參數(shù)

(1)葉巴灘拱壩頂高程2 894.00 m，建基面高程2 677.00 m，最大壩高217.00 m。共分為27個壩段，壩體共布置5個泄洪表孔、4個中孔，2個導(dǎo)流底孔，大壩體形混凝土工程量約為260.0萬m3。葉巴灘拱壩混凝土澆筑施工仿真計算模型見圖1。

圖1 葉巴灘拱壩混凝土澆筑施工仿真計算模型圖

(2)經(jīng)分析論證，并經(jīng)多次咨詢審查，確定大壩混凝土澆筑采用4臺30 t平移式纜機方案。平移式纜機布置及運行參數(shù)見表1。

(3)接縫灌漿灌區(qū)高度12.0～15.0 m，待灌區(qū)開始灌漿時，其上部依次為同冷區(qū)、過渡區(qū)、蓋重區(qū)，各區(qū)需滿足溫控技術(shù)要求的控溫過程和齡期要求后，灌漿區(qū)才可進行接縫灌漿。

(4)非孔洞影響區(qū)域、非固結(jié)灌漿影響區(qū)域內(nèi)，厚度1.5 m塊最小間歇期7～9 d，3 m塊最小間歇期812 d。閘門槽影響范圍內(nèi)最小間歇期1 214 d?？锥翠撘r安裝時間按40 d考慮。

(5)相鄰壩段高差按不大于12 m控制，整個壩體最大高差按30 m控制。

表1 平移式纜機布置及運行參數(shù)表

(6)混凝土鋪層厚度為0.5 m。

(7)混凝土齡期超過28 d視為老混凝土。

(8)纜機運行水平最小安全距離12 m。

(9)各壩段允許懸臂最大高度60 m。

(10)月有效施工天數(shù)見表2。

3 仿真成果分析

3.1 大壩施工工期分析

根據(jù)施工總進度及導(dǎo)流規(guī)劃初擬的大壩施工形象進行施工仿真。大壩混凝土澆筑工期共44個月，計劃第五年10月開澆，預(yù)計第九年5月澆筑到頂，接縫灌漿至高程2 894.00 m為第九年9月底。大壩施工仿真形象較導(dǎo)流規(guī)劃要求的形象略領(lǐng)先，故施工總進度及導(dǎo)流規(guī)劃擬定的大壩施工形象是合理的。大壩主要澆筑結(jié)果統(tǒng)計見表3。大壩典型施工面貌見圖2～圖4。

表2 月有效施工天數(shù)統(tǒng)計表

注：月有效施工天數(shù)為扣除每月大于10 mm以上降雨、6級以上大風(fēng)以及能見度較低的大霧天氣、重要節(jié)日、突發(fā)事件等的每月有效施工天數(shù)。

表3 大壩主要澆筑結(jié)果統(tǒng)計表

圖2 第六年12月底大壩施工面貌

3.2 大壩澆筑強度分析

圖3 第八年6月底大壩施工面貌

圖4 第九年6月底大壩施工面貌

根據(jù)仿真計算結(jié)果，大壩月澆筑高峰強度為9.1萬m3，月澆筑平均強度5.89萬m3，不均衡系數(shù)為1.55。高峰月澆筑54倉，平均月澆筑27倉。最大月上升高度為9 m，平均每月上升4.92 m。月澆筑強度曲線見圖5，月澆筑倉數(shù)曲線見圖6。

圖5 月澆筑強度曲線圖

圖6 月澆筑倉數(shù)曲線圖

3.3 纜機資源配置分析

根據(jù)仿真計算成果，1～4#纜機的月澆筑方量見表。從單臺纜機單月澆筑強度來看，單臺纜機最高月強度26 401 m3，參考二灘、溪洛渡、錦屏一級等同樣采用30 t纜機的工程實際情況來看，本工程纜機月高峰強度符合30 t纜機的實際澆筑能力。1～4#纜機的累計澆筑量分別為24%、27%、27%、22%，各臺纜機工作量較為均衡，說明各纜機布置比較合理。

3.4 混凝土系統(tǒng)容量論證分析

工程混凝土拌合系統(tǒng)采用2座HL360-4F4500型自落式混凝土攪拌樓，設(shè)計小時生產(chǎn)能力為400 m3/，月生產(chǎn)能力13.5萬m3。

從仿真成果來看，大壩混凝土澆筑月強度高峰9.1萬m3，系統(tǒng)月生產(chǎn)能力滿足大壩高峰強度要求；小時平均澆筑強度最高126.2 m3/h，小時高峰強度352.9 m3/h，混凝土生產(chǎn)拌合系統(tǒng)小時生產(chǎn)能力滿足澆筑入倉強度需求。

3.5 接縫灌漿進度分析

根據(jù)仿真結(jié)果，大壩接縫灌漿進度見表。由表可見，第七年汛前大壩接縫灌漿高程2 724.00 m，低于圍堰頂高程2 766.00 m，汛期采用圍堰擋水、導(dǎo)流洞過流方式，大壩澆筑面貌滿足度汛要求。第八年5月，壩體接縫灌漿高程至2 784.00 m，高于圍堰堰頂高程2 766.00 m，汛期采用大壩擋水、導(dǎo)流洞過流方式，汛期最高水位2 783.42 m，大壩施工面貌滿足度汛要求。

3.6 邊界條件敏感性分析

3.6.1 澆筑高差控制參數(shù)

拱壩的澆筑過程受懸臂高度、相鄰壩段高差等高差控制參數(shù)制約，為研究不同高差控制參數(shù)對本工程澆筑進度的影響，分別采用表所示的參數(shù)組合進行仿真分析。

針對上述方案進行仿真分析，不同方案工期對比見表7。

采用常規(guī)高差控制方案壓縮工期2個月；進一步放寬高差控制，采用寬松高差控制方案，在各倉面間歇期等其他條件不變的情況下，總工期基本保持不變。

根據(jù)表，放寬高差控制參數(shù)，對大壩澆筑初期的面貌影響不明顯；適當(dāng)放寬高差控制有利于加快大壩中部高程的澆筑；過于寬松的高差控制，不利于大壩澆筑面貌的均衡性，反而可能制約大壩澆筑進度。

表4 1～4#纜機月澆筑情況統(tǒng)計表 /m3

3.6.2 分層厚度

基本方案中，拱壩孔口部位各澆筑倉基本采用3.0 m厚度(鋼襯底部等局部調(diào)整層采用13 m)，岸坡基礎(chǔ)約束區(qū)澆筑倉也均采用3.0 m厚度，符合當(dāng)前高拱壩工程實際施工中采用的分層厚度方案。

表5 接縫灌漿進度表

表6 高差控制參數(shù)敏感性分析方案設(shè)置

表7 不同方案工期對比表

為研究孔口約束區(qū)和基礎(chǔ)約束區(qū)均采用薄層澆筑對大壩進度的影響，擬定了對比方案，將泄洪中孔和導(dǎo)流底孔上、下15m范圍內(nèi)澆筑倉厚度均采用1.5 m，基礎(chǔ)約束區(qū)0.4 L(L為倉面長邊長度)高度范圍內(nèi)澆筑倉厚度采用1.5 m。計算結(jié)果對比見表。從表中可以看出，采用約束區(qū)薄層澆筑的方案，對大壩澆筑進度影響顯著，工期延長約4個月。

表9 不同層厚方案工期對比表

3.6.3 開工時間

由于拱壩壩肩基坑開挖和建基面處理進度受多種因素影響，地質(zhì)條件等因素不確定性大，壩體澆筑的開工時間可能提前或滯后。為研究不同開工時間對大壩工期的影響，分別對第五年11月份開澆、第六年3月份開澆進行仿真計算。仿真結(jié)果與基本方案對比見表10。

表10 不同開工時間方案工期對比表

從表中可以看出，若延遲至第五年11月開澆，完工時間延遲約1個月，澆筑及接縫灌漿基本滿足總進度及關(guān)鍵節(jié)點要求；若延遲至第六年3月開澆，完工時間延遲約5個月，難以滿足總進度及關(guān)鍵節(jié)點要求。

3.6.4 纜機臺數(shù)

為研究采用纜機臺數(shù)對大壩澆筑進度的影響，在基本方案其他邊界條件不變的基礎(chǔ)上，采用3臺纜機進行大壩澆筑過程仿真，仿真成果與基本方案對比見表11。

從表11中可以看出，采用3臺纜機大壩澆筑工期延長約1個月，大壩澆筑工期滿足總進度和發(fā)電目標(biāo)工期要求。從纜機的高峰強度和利用率來看，采用3臺纜機，高峰強度和澆筑利用率有較大提高，高峰強度3.67萬m3，符合類似工程實際澆筑能力經(jīng)驗參數(shù)?？傮w來看，采用3臺或4臺纜機均滿足總工期要求，考慮到壩肩基坑開挖進度滯后、施工管理水平及其他眾多不確定因素，采用4臺纜機相比3臺纜機方案能進一步保障大壩澆筑工期。

表11 不同纜機臺數(shù)工期對比表

3.7 分析成果

從仿真成果來看，工程工期滿足發(fā)電目標(biāo)要求，大壩澆筑強度、上升高度符合類似工程實際經(jīng)驗，纜機配置和混凝土拌合系統(tǒng)配合合理，符合各年度大壩施工面貌安全度汛要求。大壩施工仿真形象較導(dǎo)流規(guī)劃要求的形象略領(lǐng)先，因此施工總進度及導(dǎo)流規(guī)劃擬定的大壩施工形象是合理的。

4 結(jié) 語

在合理分析大壩主要施工條件及仿真參數(shù)的基礎(chǔ)上，對大壩混凝土澆筑進行了針對大壩施工工期、混凝土澆筑強度、纜機資源配置、混凝土系統(tǒng)容量、接縫灌漿進度及邊界條件敏感性等方面的施工仿真，仿真結(jié)果表明本工程工期滿足發(fā)電目標(biāo)要求，各年度大壩施工面貌符合安全度汛要求，施工總進度及導(dǎo)流規(guī)劃擬定的大壩施工形象是合理的。