雷聲軍，陳毅峰，陳能平，龍起煌，王洪軍

（中國電建集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽 550081）

1 工程概況

光照水電站位于貴州省關(guān)嶺縣和睛隆縣交界的北盤江中游，是北盤江干流的龍頭梯級電站。水庫總庫容32.45億m3，水庫正常蓄水位745 m，為不完全多年調(diào)節(jié)水庫，電站裝機(jī)1040 MW。光照水電站為I等大 （1）型工程，工程樞紐由擋水壩、壩身泄洪系統(tǒng)、右岸引水系統(tǒng)及地面廠房等組成。大壩為碾壓混凝土重力壩，最大壩高200.5 m，壩頂長410 m，大壩混凝土澆筑總量約280萬m3，其中碾壓混凝土約242萬m3。大壩于2006年2月11日開始澆筑，2008年2月6日澆筑至壩頂高程。

光照大壩是目前世界上已建成最高的碾壓混凝土壩，至今良好運(yùn)行5年多，該工程以其快速施工、質(zhì)量優(yōu)良而獲得了國際RCC里程碑獎、國家優(yōu)質(zhì)工程金質(zhì)獎、全國工程建設(shè)項(xiàng)目優(yōu)秀設(shè)計(jì)成果一等獎、全國優(yōu)秀水利水電工程勘測設(shè)計(jì)金質(zhì)獎等一系列榮譽(yù)?；仡櫣こ痰脑O(shè)計(jì)歷程，從總體布局到細(xì)部結(jié)構(gòu)上都充分體現(xiàn)了 “安全可靠、布置簡捷、工藝簡單、經(jīng)濟(jì)節(jié)約”的設(shè)計(jì)理念，本文總結(jié)光照大壩建設(shè)中的一些優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，對其他工程提供借鑒。

2 設(shè)計(jì)理念與實(shí)踐總結(jié)

2.1 安全可靠

（1）所選壩址地質(zhì)條件優(yōu)越。施工階段開挖基巖證實(shí)該壩址是一個(gè)不可多得的好壩址。壩基為永寧鎮(zhèn)組灰?guī)r，巖石平均濕抗壓強(qiáng)度40～65 MPa，變形模量 9～13.5 GPa，聲波波速4500～6100 m/s，建基面巖體質(zhì)量和均勻性較好，兩岸壩基開挖深度（嵌深）為15～25 m，河床壩基最小開挖深度僅8 m。左右兩岸有相對隔水巖層分布，防滲依托可靠；無不利于大壩抗滑穩(wěn)定的地質(zhì)構(gòu)造。監(jiān)測資料顯示，建基面基礎(chǔ)揚(yáng)壓力水頭不大，帷幕下游滲壓實(shí)測折減系數(shù)小于設(shè)計(jì)值；壩基實(shí)測滲漏量為14.1 L/s，小于設(shè)計(jì)值72 L/s。

（2）結(jié)構(gòu)體形滿足應(yīng)力及穩(wěn)定安全的要求。本工程從前期規(guī)劃到施工圖設(shè)計(jì)均有針對性地開展了大量的科研與分析計(jì)算工作，如壩體結(jié)構(gòu)三維非線性分析、大壩滲流控制與防滲體系研究、大壩系統(tǒng)安全度綜合仿真評價(jià)與反饋分析研究等，另外對壩體重要結(jié)構(gòu) （包括表、底孔預(yù)應(yīng)力閘墩、底孔結(jié)構(gòu)及鋼襯、門庫及電梯井等）均進(jìn)行了有限元分析計(jì)算，這些科研工作均為設(shè)計(jì)與施工提供了強(qiáng)有力的理論依據(jù)。大壩監(jiān)測成果顯示:大壩蓄水后壩基實(shí)測最大沉降約4 mm；壩體水平位移約10 mm(計(jì)算值34.27 mm)；壩踵和大壩上、下游面應(yīng)變計(jì)實(shí)測值表明大部分處于受壓狀態(tài)。

（3）消能工適應(yīng)性好。光照工程具有下游河道狹窄、泄洪水頭高、出口流速大、泄洪功率大等特點(diǎn)，表孔最大下泄流量9857 m3/s，單寬流量205 m3/s，上下游水頭差165 m，出口流速約40 m/s。經(jīng)論證及模型試驗(yàn)研究確定:表孔采用壩身窄縫挑流消能形式，底孔采用斜鼻坎挑流消能形式。挑流水舌在空中縱向和鉛直向拉開，水流在空中進(jìn)行充分摻氣消能，有效減輕了泄洪對大壩下游岸坡及河床的沖刷，確保大壩的安全穩(wěn)定運(yùn)行。經(jīng)過表、底孔的泄洪檢驗(yàn)，消能工及下游護(hù)坦、護(hù)坡未發(fā)現(xiàn)不良情況，泄水建筑物結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)，表明泄水建筑物的消能方式與壩身水力條件及大壩下游河道地形相協(xié)調(diào)，設(shè)計(jì)合理、符合工程的實(shí)際需求。

（4）筑壩材料可靠?？煽康闹尾牧鲜枪こ贪踩闹匾ＷC，大壩的主要建筑材料碾壓混凝土除了滿足基本的力學(xué)性能外，還要保證可碾性、抗?jié)B性、抗裂性、抗凍耐久性及層面結(jié)合性能。經(jīng)過原材料調(diào)研及對混凝土性能影響研究、室內(nèi)配合比及2次現(xiàn)場混凝土碾壓試驗(yàn)，光照大壩混凝土的配合比用水量低 （二級配 86 kg/m3、三級配76 kg/m3），水泥用量不高 （60～105 kg/m3），粉煤灰用量45%～60%，VC值3～5 s，和易性和可碾性較好，無離析、無泌水，混凝土填充性能很好，含氣量適中，在3～5%之間?；炷恋慕^熱溫升、線膨脹系數(shù)、干縮值低，自生體積變形呈微膨脹型，有利于提高混凝土的抗裂性能。鉆孔取芯成果表明，選擇的大壩碾壓混凝土原材料及配合比滿足設(shè)計(jì)要求，大壩碾壓混凝土層縫面結(jié)合良好，整體抗?jié)B性能良好，碾壓混凝土整體質(zhì)量較好。

2.2 布置簡捷

為實(shí)現(xiàn)碾壓混凝土壩快速施工，要求在保證安全的前提下，大壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)盡量簡捷。光照高碾壓混凝土壩除泄洪系統(tǒng)、交通系統(tǒng)等特殊構(gòu)造外，整個(gè)斷面均具備大倉面、機(jī)械化施工的條件，為碾壓混凝土的快速施工提供了方便。

（1）廠壩分開布置、減少相互干擾。光照水電站廠房布置在壩軸線下游約600 m的右岸2號沖溝口寬緩地帶。從樞紐布置上將大壩與廠房分開布置，減少了相互之間的施工干擾和大壩泄洪霧化對廠房運(yùn)行的影響，利于廠、壩區(qū)的施工布置。這種布置格局為大壩615 m高程以下采用白御汽車直接從下游河床運(yùn)輸入倉創(chuàng)造了條件，簡單、經(jīng)濟(jì)的解決了大壩下部低高程約70萬m3碾壓混凝土的入倉澆注，對光照大壩實(shí)現(xiàn)快速施工起到了重要作用。

（2）減少孔洞布置與施工干擾。壩內(nèi)孔洞及廊道等結(jié)構(gòu)的布置以盡可能簡化和減少施工干擾為原則。原大壩設(shè)計(jì)布置2個(gè)底孔用于放空檢修。為了減少底孔施工對大壩整體施工進(jìn)度的制約，設(shè)計(jì)時(shí)對底孔的功能和替代措施進(jìn)行了綜合的分析。經(jīng)專題論證，取消了左側(cè)底孔，節(jié)約工程投資3051萬元；更重要的是使左岸壩段形成大通倉碾壓施工倉面，為加快施工進(jìn)度創(chuàng)造了條件。對于碾壓混凝土壩而言，一套布置簡捷、功能可靠的交通系統(tǒng)可以為大壩施工及運(yùn)行提供極大的便利。光照大壩壩內(nèi)廊道的布置設(shè)計(jì)，以盡可能簡化和減少施工干擾為原則，壩內(nèi)廊道結(jié)合壩體防滲結(jié)構(gòu)兩岸山體帷幕灌漿盡量布置于壩體上游側(cè)，橫向廊道結(jié)合兩岸邊坡交通盡量向岸坡側(cè)布置。在滿足功能前提下，將原設(shè)計(jì)的大壩基礎(chǔ)廊道由 “六縱七橫”調(diào)整為 “五縱六橫”，同時(shí)結(jié)合兩岸交通洞布置，取消了658 m高程壩內(nèi)左側(cè)橫向交通兼排水廊道，并在除壩體最上游縱向廊道外的其他廊道采用了預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)，減少廊道施工對碾壓混凝土上升的影響。

（3）簡化壩體防滲混凝土材料分區(qū)。取消了二級配碾壓混凝土防滲結(jié)構(gòu)的設(shè)置，大壩在710 m高程以上采用與對應(yīng)高程壩體同強(qiáng)度的三級配碾壓混凝土直接防滲，該部分大壩承擔(dān)水頭約40 m，目前壩體內(nèi)部滲壓測值正常，設(shè)計(jì)可靠。

2.3 工藝簡單

工藝簡單的實(shí)質(zhì)要求就是 “服務(wù)施工”，即在滿足結(jié)構(gòu)安全的前提下，盡量實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與施工的無縫結(jié)合，這就要求不斷地結(jié)合現(xiàn)場的施工條件對施工工藝進(jìn)行創(chuàng)新。光照高碾壓混凝土壩的 “工藝簡單”主要體現(xiàn)在:采用了簡單實(shí)用的混凝土入倉方式，兩岸坡壩基固結(jié)灌漿與碾壓混凝土同步上升施工，創(chuàng)新采用直埋式預(yù)應(yīng)力布置結(jié)構(gòu)，F(xiàn)UKO管應(yīng)用于壩基接觸灌漿，牛腿外側(cè)一次性鋼筋混凝土預(yù)制模板支撐工藝，異種混凝土同步上升技術(shù)等。

（1）簡單實(shí)用的混凝土入倉方式。光照大壩采用了自卸汽車直接入倉、皮帶機(jī)+箱式滿管+倉面汽車轉(zhuǎn)運(yùn)的混凝土入倉方式，廣泛采用了平層通倉法和斜層平推立體循環(huán)的碾壓施工工藝。斜層碾壓澆筑的混凝土量占大壩碾壓混凝土總量的92%。結(jié)合數(shù)值模擬分析及現(xiàn)場跟蹤，對碾壓方向、坡腳處理、斜層坡度等工藝進(jìn)行深入地研究及完善。簡單實(shí)用的入倉工藝及大規(guī)模的斜層碾壓技術(shù)應(yīng)用，解決了大倉面通倉碾壓及高強(qiáng)度的入倉問題。大壩碾壓混凝土最大開倉面積達(dá)21300 m2，最大日澆筑強(qiáng)度13582m2，斜層碾壓總升層183m，月最大升層15m。

（2）取消壩基墊層，應(yīng)用有蓋重、快速成孔壩基固結(jié)灌漿工藝。對于高碾壓混凝土壩而言，壩基采用常態(tài)混凝土墊層較為常規(guī)，一般應(yīng)用墊層作為蓋重進(jìn)行壩基固結(jié)灌漿，光照壩址地處狹窄河谷地區(qū)，岸坡壩段常態(tài)混凝土墊層的設(shè)置將給施工帶來諸多不便。光照大壩僅在河床部位設(shè)置了1.5 m厚的常態(tài)混凝土墊層結(jié)構(gòu)，兩岸壩坡全部壩基采用變態(tài)混凝土直接與大壩同區(qū)域、同強(qiáng)度的碾壓混凝土同步施工上升。利用碾壓升程的間歇期，每3～6 m設(shè)置一個(gè)壩基固結(jié)灌漿平臺實(shí)施鉆孔灌漿，既滿足了灌漿對混凝土蓋重厚度的要求，又避開了與混凝土碾壓之間的相互干擾，解決了壩基固結(jié)灌漿和原岸坡常態(tài)混凝土墊層之間分期施工的干擾，大大簡化了施工工藝，加快了施工進(jìn)度。經(jīng)灌后聲波物探檢測，壩基左、右側(cè)基礎(chǔ)巖體平均波速分別為5398、5477 m/s，聲波物探檢測對比表明，平均波速提高3%～6.5%，灌漿效果較好。

（3）創(chuàng)新采用直埋式預(yù)應(yīng)力布置結(jié)構(gòu)。光照大壩表、底孔結(jié)構(gòu)采用常態(tài)混凝土，對碾壓混凝土大倉面施工存在較大影響，并且由于表、底孔閘墩工作水頭較高，需要采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。按照一般的預(yù)應(yīng)力錨固端做法，需要預(yù)留直徑為1.3 m的圓孔，同時(shí)在圓孔周邊布置大量的鋼筋，為施工預(yù)應(yīng)力錨索還需做鋼架支撐，導(dǎo)致閘墩混凝土施工工期較長，影響大壩碾壓混凝土的澆筑上升。故光照大壩表、底孔主次錨索預(yù)應(yīng)力錨固采用直埋式設(shè)計(jì)，即不預(yù)留錨固端孔，采用內(nèi)錨固端直接錨固，內(nèi)錨固端與混凝土同步澆注，后期在張拉端張拉施加預(yù)應(yīng)力模式。該設(shè)計(jì)直接減少了預(yù)留孔立模及鋼筋綁扎等工序，同時(shí)為表孔閘墩錨索采取分次、分層吊裝工藝提供了基礎(chǔ)條件，為加快大壩混凝土的施工進(jìn)度提供了有力的保障。

（4）壩基接觸灌漿采用FUKO管。傳統(tǒng)的壩基接觸灌漿一般均采用在建基面上預(yù)埋復(fù)雜的灌漿管路及止?jié){片 （坎）系統(tǒng)，給碾壓混凝土的施工帶來了較大干擾和不便。為方便大壩混凝土的施工，通過研究，在大壩兩岸壩肩700 m高程以上壩基面采用預(yù)埋FUKO管替代傳統(tǒng)的接觸灌漿系統(tǒng)，大大簡化了施工工序，提高了效率。

（5）大懸挑鋼筋混凝土預(yù)制模板澆筑技術(shù)。光照大壩底孔由于結(jié)構(gòu)布置需要，在上游壩面進(jìn)口處設(shè)置了長9.2 m、高13.2 m的牛腿結(jié)構(gòu)，為解決大懸挑結(jié)構(gòu)施工難的問題，通過三維有限元計(jì)算分析，大膽創(chuàng)新采用外側(cè)一次性鋼筋混凝土預(yù)制模板支撐 （牛腿只在結(jié)構(gòu)外邊界布置單層鋼筋網(wǎng)）、與常態(tài)或碾壓混凝土同步上升工藝，保證了牛腿與壩體結(jié)合的可靠性，同時(shí)也降低了大懸挑牛腿傳統(tǒng)模板施工過程中的支撐難度。該技術(shù)還成功應(yīng)用于表孔閘墩、大壩門庫等高空大懸挑結(jié)構(gòu)部位，大大減少了施工臨時(shí)措施及牛腿結(jié)構(gòu)配筋的復(fù)雜性。

（6）泄洪系統(tǒng)異種混凝土同步澆筑技術(shù)。該技術(shù)包括底孔周邊采用高流態(tài)自流密實(shí)混凝土、溢流面常態(tài)混凝土與碾壓混凝土同步上升技術(shù)。根據(jù)結(jié)構(gòu)需要，底孔周邊布設(shè)大量鋼襯及鋼筋，給入倉及振搗帶了諸多不便。為解決該施工難題，有效保證混凝土澆筑質(zhì)量，進(jìn)行了自流密實(shí)混凝土配合比研究及相關(guān)熱力學(xué)性能試驗(yàn)，同時(shí)研究了混凝土材料分區(qū)，特別是異種混凝土接觸部位的構(gòu)造，有效保證自流密實(shí)混凝土與周邊混凝土熱力學(xué)性能的協(xié)調(diào)性。經(jīng)溫度場監(jiān)測成果顯示，自流密實(shí)混凝土與周邊混凝土協(xié)調(diào)性能良好。由于溢流面常采用高強(qiáng)度抗沖磨混凝土，國內(nèi)工程中大部分采用預(yù)留臺階、先碾壓混凝土上升、后常態(tài)混凝土澆筑的施工工藝，該工藝工序復(fù)雜，對施工技術(shù)要求高。基于變態(tài)混凝土與常態(tài)混凝土振搗工藝相同的特點(diǎn)，利用變態(tài)混凝土實(shí)現(xiàn)常態(tài)混凝土與碾壓混凝土的過渡，采用自卸汽車直接入倉，增大常態(tài)混凝土施工工作面，減少污染及施工縫處理等工作量，有效保證異種混凝土的結(jié)合。實(shí)踐證明，該工藝具有異種混凝土間結(jié)合良好、質(zhì)量可靠、工藝簡單、工期縮短、經(jīng)濟(jì)節(jié)約的優(yōu)點(diǎn)。

2.4 經(jīng)濟(jì)節(jié)約

光照大壩在總結(jié)已有工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，經(jīng)論證將原設(shè)計(jì)的常態(tài)混凝土重力壩改為碾壓混凝土重力壩，節(jié)省工程總投資約1.3億元，縮短工期一年半，提前發(fā)電一年，新增發(fā)電效益7.93億元。光照大壩在材料及施工工藝上進(jìn)行大量的研究及優(yōu)化，獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益，如應(yīng)用粉煤灰等材料減少水泥用量，簡化溫控措施降低施工成本等。

（1）應(yīng)用高摻量Ⅱ級粉煤灰。參考國內(nèi)外同類工程，要求光照大壩采用Ⅰ級粉煤灰，但工程周邊的Ⅰ級粉煤灰產(chǎn)量較少，需從四川、云南等較遠(yuǎn)的地方采購供應(yīng)，材料運(yùn)輸費(fèi)用高。針對該情況，結(jié)合材料配合比調(diào)整和大量的試驗(yàn)研究工作，在優(yōu)選原材料的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了多種水泥、粉煤灰的比選，最后成功地將Ⅱ級粉煤灰用于200 m級高碾壓混凝土壩，不僅節(jié)約了運(yùn)輸成本，保證了施工過程中粉煤灰料源的供應(yīng)及連續(xù)性，同時(shí)也為我國高碾壓混凝土壩的材料應(yīng)用和設(shè)計(jì)提供了有益的嘗試。

（2）優(yōu)選配合比，降低混凝土單價(jià)，簡化溫控措施。為了進(jìn)一步降低水泥用量，減少水化熱溫升，光照工程在室內(nèi)分析研究和現(xiàn)場拌制及試驗(yàn)取得豐富成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了現(xiàn)場超高摻粉煤灰碾壓混凝土的應(yīng)用研究。C9015F50W6三級配碾壓混凝土原配合比中水泥用量60.8 kg/m3、粉煤灰用量91.2 kg/m3、水用量76 kg/m3；超高摻粉煤灰碾壓混凝土水泥用量40 kg/m3、粉煤灰用量達(dá)120 kg/m3、水用量67.2 kg/m3。與傳統(tǒng)的碾壓混凝土相比，水泥用量減少34%、粉煤灰用量增加32%、用水量減少12%。經(jīng)對大壩應(yīng)用部位現(xiàn)場鉆孔取芯檢查及試驗(yàn)表明，所采用的超高摻量粉煤灰碾壓混凝土現(xiàn)場取樣的VC值、含氣量滿足要求，強(qiáng)度及其它性能指標(biāo)均能滿足設(shè)計(jì)要求。超高摻量粉煤灰碾壓混凝土在光照大壩的生產(chǎn)應(yīng)用試驗(yàn)取得成功，不僅節(jié)約了混凝土單價(jià)成本，還進(jìn)一步降低溫控成本，為該新型碾壓混凝土推廣應(yīng)用提供了實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)，對推動碾壓混凝土筑壩技術(shù)的新進(jìn)展具有十分重要的意義。

（3）優(yōu)化施工組織設(shè)計(jì)和溫控措施。光照的施工組織設(shè)計(jì)克服了狹窄河谷地區(qū)布置條件的困難，有效把握施工過程中出現(xiàn)的各種可能情況，采用最簡單實(shí)用的方式實(shí)現(xiàn)了 “低投入、高產(chǎn)出”，低成本建造了世界級高碾壓混凝土壩。拌和樓設(shè)計(jì)能力與澆筑能力配套，大壩工程混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為512 m3/h，實(shí)際利用生產(chǎn)能力為500 m3/h，利用率達(dá)97.7%，做到了充分發(fā)揮設(shè)備生產(chǎn)能力的效果；明確了冷卻水管的主體溫控措施地位，在制冷混凝土出機(jī)口溫度控制方面，將混凝土出機(jī)口溫度放寬到15℃，從而大為簡化了溫控措施，減少了制冷設(shè)備的大規(guī)模投入，節(jié)省了溫控費(fèi)用；采用箱式滿管混凝土垂直輸送技術(shù)，兩條箱式滿管入倉，設(shè)備費(fèi)用極低，每條箱式滿管不到100萬元，帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié) 語

光照工程的建設(shè)過程中，通過科學(xué)的管理，不斷的優(yōu)化設(shè)計(jì)，大膽采用技術(shù)創(chuàng)新，經(jīng)濟(jì)、快速的建成了世界上第一座壩高超過200 m的高碾壓混凝土重力壩，推動了碾壓混凝土筑壩技術(shù)的發(fā)展。在“安全可靠、布置簡捷、工藝簡單、經(jīng)濟(jì)節(jié)約”的設(shè)計(jì)理念指引下，光照大壩的設(shè)計(jì)根據(jù)現(xiàn)場情況而動態(tài)調(diào)整，例如對泄水建筑物取消左側(cè)底孔，加大碾壓倉面；精簡交通系統(tǒng)，減少施工干擾；簡化混凝土材料分區(qū)，采用三級配自身防滲；優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)，高摻Ⅱ級粉煤灰，簡化溫控措施；采用汽車直接入倉和皮帶機(jī) （汽車）+箱式滿管的混凝土快捷入倉等，這些優(yōu)化設(shè)計(jì)與施工實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，詮釋了碾壓混凝土筑壩技術(shù)的優(yōu)勢，光照大壩的建設(shè)代表了當(dāng)今碾壓混凝土筑壩技術(shù)的國際領(lǐng)先水平。

［1］雷聲軍,龍起煌,陳能平.光照水電站碾壓混凝土重力壩設(shè)計(jì)[C]//2004年全國碾壓混凝土壩筑壩技術(shù)交流會論文集.貴陽:中國水力發(fā)電工程學(xué)會碾壓混凝土壩專業(yè)委員會等，2004.

［2］陳能平,龍起煌,雷聲軍,等.光照200 m級高碾壓混凝土重力壩筑壩技術(shù)研究總報(bào)告[R].貴陽:中國水電顧問集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院,2005.

［3］楊平,陳毅峰,雷聲軍.光照水電站大壩壩體防滲體系設(shè)計(jì)與研究[J].貴州水力發(fā)電，2012，26（2）:58-62.

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［5］袁海忠.光照水電站大壩上游圍堰加高水力學(xué)分析 [J].水力發(fā)電，2007,33（10）:45-46,60.