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      西藏某水電站混凝土重力壩型式研究

      2020-01-13 08:43:40
      四川水利 2019年6期
      關(guān)鍵詞:縱縫重力壩溫控

      (中國電力建設(shè)集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司,杭州,311122)

      1 工程概況

      西藏某水電站的開發(fā)任務(wù)為發(fā)電,水庫為日調(diào)節(jié)水庫,樞紐建筑物主要由擋水建筑物、泄洪消能建筑物、引水發(fā)電系統(tǒng)及升壓站等組成。電站利用水頭65m,裝機容量為4×165MW。

      壩址區(qū)兩岸地形較完整,左岸稍緩,右岸稍陡,地表多基巖裸露,正常蓄水位高程處河谷寬約312.9m,河谷呈較對稱的“V”型。

      壩址區(qū)巖性為喜山期黑云母花崗閃長巖,局部夾黑云母角閃石英閃長巖條帶狀巖脈;巖體較完整,以弱風(fēng)化為主,左岸坡卸荷相對強烈,屬Ⅲ類巖體,右岸屬Ⅱ類巖體;河床覆蓋層較薄,下伏基巖屬Ⅱ類巖體。

      壩址區(qū)具備布置混凝土重力壩和混凝土面板堆石壩的條件,通過技術(shù)經(jīng)濟比較,混凝土重力壩方案在地形地質(zhì)條件、樞紐布置、施工條件、環(huán)境保護、水能利用及工程可比投資等方面均優(yōu)于混凝土面板堆石壩方案,故推薦采用混凝土重力壩壩型,最大壩高為118m。

      2 問題由來

      通過比較,采用混凝土重力壩較優(yōu),但采用常態(tài)混凝土重力壩(以下簡稱常態(tài)壩)或碾壓混凝土重力壩(以下簡稱碾壓壩)需要進行研究比較。

      西藏地區(qū)氣候特點是海拔高、氣壓低、晝夜溫差大、日照時間長、紫外線強度較大、蒸發(fā)強烈,氧氣含量少,多大風(fēng);已建和正在建設(shè)的壩高大于50m的混凝土重力壩共5座,其中常態(tài)壩為4座,碾壓壩1座。

      在內(nèi)地同等規(guī)模的水電站近期多采用碾壓壩方案,可利用碾壓混凝土施工速度快的特點以實現(xiàn)提早發(fā)電,另外可利用粉煤灰價格低于水泥的特點,達到降低工程造價的目的。

      西藏地區(qū)不產(chǎn)粉煤灰,工程所用粉煤灰需從青海、四川、甘肅等外省運入,距離遠,成本高,粉煤灰價格與水泥價格基本相當,采用碾壓混凝土壩方案是否還有造價上的優(yōu)勢?本工程為壩后式廠房布置,關(guān)鍵工期在廠房建筑物,碾壓壩的快速施工特點還有什么優(yōu)勢?因此需要從多方面對常態(tài)壩和碾壓壩兩種壩型進行研究選擇。

      3 兩種不同材料壩型比較

      主要從水工、施工、溫控及投資方面進行對比分析。

      3.1 水工方面

      3.1.1 大壩體型設(shè)計

      兩種材料壩的設(shè)計體型均相同,為:上游折坡點位于最低建基面以上1/4最大壩高處,折坡坡比為1∶0.2;下游壩坡采用1∶0.75,起坡點位于壩頂。

      3.1.2 壩體分縫分塊方面

      常態(tài)壩和碾壓壩在橫縫設(shè)計方面相同,最大間距均為28m的溢流壩段。

      常態(tài)壩和碾壓壩區(qū)別在于縱縫的設(shè)置,常態(tài)壩需在河床壩段設(shè)置1條縱縫,大壩蓄水前縱縫周邊壩體混凝土需進行二期通水冷卻,以便接縫灌漿,而碾壓壩則不需設(shè)縱縫,少了灌漿環(huán)節(jié),碾壓混凝土壩略優(yōu)。

      3.1.3 壩體混凝土性能指標及材料分區(qū)方面

      常態(tài)壩和碾壓壩壩高一樣,壩形一樣,根據(jù)規(guī)范要求,混凝土的強度及耐久性設(shè)計要求一致,均采用同一套標準,故兩種方案的材料性能指標基本相同。由于施工工藝上的不同,兩種方案的大壩材料分區(qū)上略有不同,但不存在本質(zhì)的區(qū)別。

      3.2 施工方面

      3.2.1 大壩施工方法

      通過研究比較,常態(tài)壩方案壩體混凝土主要采用4臺20t纜機澆筑;碾壓壩方案大壩碾壓混凝土采用自卸汽車、滿管溜槽的入倉方式,大壩常態(tài)混凝土采用1臺MQ900型門機和3臺SDTQ1800/60型門機為主,1臺30t固定式纜機輔助的澆筑方案。

      兩方案施工方法均可行,不制約常態(tài)壩與碾壓壩方案的比選,但碾壓壩可減少纜機,簡化纜機平臺布置。

      3.2.2 施工布置

      兩方案樞紐布置格局基本相同,僅筑壩材料不同,兩方案施工布置差別不大。

      3.2.3 施工工期

      由于關(guān)鍵線路在廠房,因此兩方案發(fā)電工期及總工期相同,籌建期進度安排也基本相同。碾壓壩方案采用通倉碾壓施工,在施工進度安排上靈活性較大,即使在冬季等不利時節(jié)停工3個月(冬歇期12月-次年2月),也不影響總工期,相對工期保證率較高。

      3.2.4 混凝土原材料供應(yīng)

      碾壓混凝土需要的水泥用量與常態(tài)混凝土方案相比有所減少,但總量相差不大,供應(yīng)情況基本一致。

      碾壓壩方案需要的粉煤灰量約13.93萬t,相對常態(tài)壩方案的10.19萬t有較大幅度增加,粉煤灰供應(yīng)保障難度有所增加、需增加倉儲面積約1500m2,增加投資約240萬元。

      3.2.5 施工強度和勞動力資源

      常態(tài)壩方案大壩混凝土澆筑高峰強度約為8.7萬m3/月,大壩混凝土施工高峰期施工人數(shù)約為480人;碾壓壩方案大壩混凝土澆筑高峰強度約為12萬m3/月,大壩混凝土施工高峰期施工人數(shù)約為420人。雖然碾壓壩混凝土澆筑高峰強度大,但所需人數(shù)較少。

      3.3 溫控方面

      3.3.1 出機口溫度、澆筑溫度方面

      常態(tài)壩和碾壓壩在出機口溫度、澆筑溫度等方面由于溫度控制標準基本相同,但受冬歇期停工影響,碾壓壩混凝土澆筑主要集中在高溫季節(jié),相對常態(tài)壩其大壩制冷混凝土方量較常態(tài)壩多了約49萬m3,大壩制熱混凝土較常態(tài)混凝土少了約43萬m3,常態(tài)壩與碾壓壩的制熱混凝土和制冷混凝土總量基本相同,常態(tài)壩與碾壓壩基本相當。

      3.3.2 表面保溫措施方面

      碾壓壩較常態(tài)壩方案除多了越冬層面的倉面保溫措施外,其它的基本相同,常態(tài)壩略優(yōu)。

      3.3.3 通水冷卻方面

      常態(tài)壩設(shè)置了1條施工縱縫,蓄水前需二期通水冷卻,而碾壓壩沒有設(shè)置縱縫,所以沒有縱縫接縫灌漿以及二期通水冷卻要求,比較分析可知,常態(tài)壩較碾壓壩最終降溫幅度要大5℃~6℃,也即常態(tài)壩為了二期冷卻需要比碾壓壩多投入約70%的冷卻通水工程量,碾壓壩略優(yōu)。

      3.3.4 溫控防裂方面

      根據(jù)三維有限元溫控仿真計算分析,常態(tài)壩方案壩體溫度應(yīng)力的最小安全系數(shù)為1.65(對應(yīng)強約束區(qū)1.59MPa的順河向溫度應(yīng)力),碾壓壩方案壩體溫度應(yīng)力的最小安全系數(shù)為1.96(對應(yīng)強約束區(qū)1.43MPa的順河向溫度應(yīng)力),均滿足規(guī)范要求(不小于1.50),其中碾壓壩方案的安全系數(shù)略高于常態(tài)壩方案,主要原因是碾壓混凝土絕熱溫升較常態(tài)混凝土低,所以在基本相同的溫控措施下,碾壓壩略優(yōu)。

      根據(jù)工期安排,碾壓壩在冬季停工3個月左右,避開了寒冷氣候的影響,除了做好保溫外,其它溫控措施可大大簡化。

      綜上所述,碾壓壩溫控防裂措施略優(yōu)于常態(tài)壩。

      3.4 可比投資方面

      通過從水工布置、溫控措施及施工布置方面進行可比投資比較,碾壓壩方案可比總投資比常態(tài)壩方案少4451萬元,碾壓壩較優(yōu)。

      表1 可比投資估算 單位:萬元

      4 結(jié)論

      本工程采用常態(tài)壩或碾壓壩均是可行的,但碾壓壩可取消大壩縱縫,減少了灌漿環(huán)節(jié);且在冬季可以停工3個月左右,以避開寒冷氣候的影響,溫控措施較常態(tài)壩可大大簡化;可減少纜機,簡化纜機平臺、繞壩交通洞等施工輔助設(shè)施;采用通倉碾壓施工,在施工進度安排上靈活性較大,即使在冬季等不利時節(jié)停工,也不影響總工期,相對工期保證率較高;總可比投資較常態(tài)壩方案少約4451萬元,因此,碾壓壩方案較優(yōu),推薦采用碾壓壩方案。

      碾壓混凝土縫面及層面處理、預(yù)埋件施工等易成為薄弱環(huán)節(jié),近年來建設(shè)的許多工程均出現(xiàn)了不同程度的壩體滲漏,特別是西藏地區(qū)的氣候特點對碾壓混凝土施工提出了更高的要求,這就需要在施工過程中嚴格按相關(guān)規(guī)程規(guī)范進行質(zhì)量控制,才可確保碾壓壩的工程質(zhì)量,西藏地區(qū)的其他類似工程也證明了這點。

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