天池抽水蓄能电站上水库大坝混凝土面板施工研究

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　　【摘 要】本文通过对天池抽水蓄能电站上水库大坝混凝土面板施工方案进行研究，分析可能影响混凝土面板施工质量的主要因素、施工过程中存在的难点以及相应的处理措施，对位于气候条件类似的北亚热带地区坝高100m左右的大坝混凝土面板施工具有参考意义。
　　【关键词】天池抽水蓄能电站；大坝；混凝土面板施工
　　1 前言
　　天池抽水蓄能电站位于河南省南阳市南召县马市坪乡境内。上水库位于黄鸭河左岸支流马蹄河上游炮房沟河段，下水库位于三官庙村的骆驼头河段。电站由上水库、输水系统、地下厂房系统、下水库及地面开关站等建筑物组成，其中上水库挡水建筑物为混凝土面板堆石坝，本文对上水库大坝混凝土面板施工方案进行研究。工程装机容量1200MW，属一等大（1）型工程，主要永久性建筑物按1级建筑物设计，次要永久性建筑物按3级建筑物设计。
　　2 大坝施工条件
　　2.1 工程气象条件
　　工程所在地区属北亚热带季风湿润、半湿润气候，水汽来源主要为印度洋和南海暖湿气流，光照充足，雨量充沛，温暖湿润；冬季长，春秋短，四季分明。据南召气象站观测资料统计，多年平均气温14.9℃，极端最高气温41.6℃，极端最低气温-14.6℃，多年平均相对湿度72%，12月～2月为冰冻期，月平均气温为1.3℃～3.9℃，5月～9月为夏季高温期，月平均气温为24.7℃～30.5℃。多年平均降雨量863.4mm，降水年际变化较大，年内分配不均匀，7月份降水最多，12月份降水最少。降雨主要集中在5月份～9月份，占全年降雨量的78.7%，多年平均蒸發量1310.9mm。
　　2.2大坝特性
　　大坝为混凝土面板堆石坝，坝顶高程1068.400m，坝顶宽度10.00m，最大坝高118.40m，坝轴线长度411.93m。大坝上游坝坡为1：1.4，下游坝坡为1：1.4，下游坝坡在高程1037.000m、1010.000m、983.000m各设一级马道，马道宽3.00m，下游综合坡比约为1：1.5。大坝主要工程量为土石方明挖117.32万m3、土石方填筑309.43万m3、混凝土（含喷混凝土）4.26万m3。
　　大坝面板混凝土总方量2.36万m3，面板面积4.63万m2，面板厚度从上到下逐渐变厚，厚度t=0.3+0.003H（m），顶部厚度0.30m，底部最大厚度0.64m，面板最大斜长195.34m。面板按宽度分别采用16m和8m分垂直缝，根据大坝和面板的变形情况分别按张拉缝和挤压缝设置垂直缝止水，面板共38条块。
　　2.3导流程序及施工进度要求
　　上水库采用隧洞导流、上、下游全年土石围堰挡水的导流方案。其导流程序为：2017年3月～10月进行导流隧洞施工，2017年11月初进行河床截流；2017年11月～2019年4月由全年围堰挡水、导流隧洞过流，在该时段内进行围堰施工、河床坝基开挖、趾板混凝土浇筑、大坝填筑等；2019年汛期由面板堆石坝坝体挡水（坝体挡水度汛高程1015.870m）、导流隧洞泄洪过流度汛；2020年7月前导流隧洞下闸蓄水，以满足2021年4月底第1台机组发电，首台机组发电工期52个月，施工总工期62个月。
　　3 大坝面板施工方案研究
　　3.1主要影响因素分析
　　（1）气候条件
　　面板混凝土浇筑应选择气温适宜，月平均气温在5°C～22°C，且昼夜温差小于10°C，湿度较大的有利季节进行；尽量避免在高温、低温、多雨季节施工。若必须在特殊气候条件下施工，必须采取相应措施，以确保面板混凝土的质量。
　　本工程区5月～9月份为汛期，且气温较高，在此期间浇筑面板混凝土要做好防雨和降温防护措施，12月～2月份为冰冻期，在此期间浇筑面板混凝土要采取热水拌制混凝土或覆盖保温材料等保温措施，当寒流到来或负温情况下应停止面板混凝土浇筑。面板混凝土浇筑适宜安排在3月～4月或10月～11月，尽量避免在6月～8月或12月～2月施工。
　　（2）控制性工期
　　根据导流度汛及施工总进度安排需要，2019年汛期由面板堆石坝坝体挡水，2019年5月前大坝要填筑至高程1015.870m以上；2021年4月底第1台机组发电，根据抽水蓄能电站初期首台机水轮机工况调试用水量的最低要求及天然来水情况，2020年7月前要确保导流洞下闸蓄水，蓄水量才能满足首台机组调试需要。按工期倒排，2020年7月前要完成安全鉴定及蓄水验收，2020年5月前要完成面板及坝前铺盖施工。
　　（3）坝体沉降
　　垫层料、过渡料、主堆石区的沉降变形主要在施工后的3个月内完成，为了减少面板浇筑后坝体沉降对面板变形的影响，控制面板的脱空与结构裂缝，大坝填筑预沉降期不宜少于3个月。当前，对于预沉降期的控制有以下不同的做法：一是按面板顶部处坝体沉降速率3mm/月～5mm/月控制；二是通过在坝体设置变形观测仪，收集观测数据进行整理、分析，绘制坝体施工期沉降变形曲线，曲线趋于平缓，向某个值收敛，坝体沉降趋于稳定。三板溪工程设计要求5个月的预沉降期，实际施工中的预沉降期达到6个月至7个月，并以浇筑前面板顶部处坝体沉降速率小于5mm/月控制，根据现场检查与原型观测资料，面板最大脱空为13.2mm，仅出现少量的宽度小于0.2mm的裂缝。
　　面板分期浇筑时，尽量加大浇筑平台与分期面板顶部的高差（至少5m），可减少后期坝体沉降对面板的影响。
　　3.2面板施工方案
　　混凝土面板施工要在坝体充分沉降后进行，还尽量避免在高温、低温、多雨季节施工，同时要满足施工总进度、导流度汛及下闸蓄水要求。
　　面板混凝土可一次连续浇筑至坝顶，也可分期施工，一般根据坝高、施工总进度计划确定。面板分期施工受大坝坝体填筑分期的影响，根据导流度汛及施工总进度安排需要，坝体填筑可平衡上升，均衡填筑，也可以采用分期填筑方案，即在不同施工时段内将坝体分期填筑到不同高程或相同高程的不同部位。 　　如果采用坝体填筑和面板混凝土浇筑均不分期方案，坝体连续填筑至防浪墙基础高程，在坝顶一次浇筑面板混凝土。为了满足施工进度及蓄水要求，面板需要在10月～12月施工，12月处于冰冻期，施工需要做好保温措施，施工质量难以保证。并且坝体填筑完成3月后就开始进行面板施工，上部坝体沉降可能不够充分，后期变形相对较大，不利于面板受力。
　　如果采用坝体填筑和面板混凝土浇筑均分期方案，临时断面达到一期面板高程以上5m后，等待坝体沉降，期间可补齐后续断面，然后施工一期面板，一期面板完成后坝体全断面上升至防浪墙基础高程，等待坝体沉降后，进行二期面板施工。坝体填筑不均匀连续上升，坝体上下部及各区坝料间沉降不均匀。并且一期面板浇筑时，部分坝体未经历汛期，且只沉降3个月，沉降不够充分，面板抗变形能力较差。
　　经多方案综合比较，采用坝体填筑不分期、面板混凝土浇筑分期方案，坝体连续填筑至防浪墙基础高程，在坝顶分2期浇筑面板混凝土。
　　根据施工条件及施工总进度要求，2017年年初主体工程开工，2018年2月底完成大坝坝基开挖及支护，2018年3月～8月进行趾板混凝土浇筑，2018年4月～2019年6月进行坝体填筑（2019年4月底坝体能达到高程1042.000m，满足2019年坝体度汛要求），2019年10月～11月进行一期面板混凝土施工，2020年3月～4月进行二期面板混凝土施工，2020年5月～6月修建防浪墙并形成坝顶公路并完成安全鉴定及蓄水验收，2020年7月初可下闸蓄水。
　　坝体填筑全断面均匀上升，可减少面板混凝土施工后各区坝料间的不均匀沉降及蓄水后面板产生的结构性裂缝；2019年雨季前完成填筑，经历一个雨季后浇筑一、二期面板，坝体沉降时间达8个月以上，坝体沉降充分，后期变形小，有利于面板受力；面板分期浇筑，可以为坝前铺盖赢得时间，施工进度保证性高；一、二期面板均安排在气候条件较好的季节施工、施工质量保证性高。
　　面板分期施工方案可根据实际施工情况进行调整，如果坝体填筑提前完成，到2019年8月或9月底坝体沉降趋于稳定，面板顶部处坝体沉降速率小于3mm/月～5mm/月，可考虑采用不分期方案，在 2019年9月～11月或10月～12月在坝顶一次拉面板。
　　3.3面板施工难点及处理措施
　　3.3.1高落差混凝土溜槽运输
　　在坝顶拉面板，混凝土溜槽运输垂直最大落差达114.6m。溜槽输送混凝土落差较大，容易造成混凝土骨料分离、塌落度损失、砂浆流失等问题，通过调整混凝土配合比、选择合适砂率和塌落度、掺加增密剂等措施，可保证混凝土的施工性能。
　　3.3.2水平施工缝处理
　　根据《混凝土面板堆石坝施工技术规范》，坝高小于70m的，面板宜一次施工完成，坝高大于70m的，宜分期施工。国内对于100m左右的面板堆石坝，大部分采取分期施工方案，一、二期面板之间的水平缝处理技术比较成熟，有很多成功经验可借鉴，处理技术难度不大，且分缝可增大面板柔性，可减少由变形导致的面板开裂。
　　浇筑后续面板时，施工缝处理方法如下：
　　（1）清除缝面杂物，在清理观测仪器电缆附近杂物时必须十分小心，以防损坏电缆。
　　（2）先浇面板的外露钢筋必须调直、除锈后方可绑扎后续面板钢筋。
　　（3）缝面凿毛、冲洗、清除污物并排除表面积水。
　　（4）在湿润的缝面上，先铺一层厚2cm～3cm的水泥砂浆，其水灰比不得高于所浇混凝土，水泥砂浆应摊铺均匀，然后在其上浇筑混凝土。
　　（5）如发现已浇筑面板与垫层间有脱空现象，应以低标号、低压缩性砂浆等灌注密实后再浇筑面板混凝土，保证其良好结合。
　　4 结语
　　（1）大坝混凝土面板质量要求较高，应尽量避免在高温、低温、多雨季节施工；
　　（2）大坝混凝土面板施工应在坝体充分沉降后进行，对于预沉降期的控制按面板顶部处坝体沉降速率3mm/月～5mm/月控制或通过在坝体设置变形观测仪，收集观测数据进行整理、分析，绘制坝体施工期沉降变形曲线，曲线趋于平缓，向某个值收敛，坝体沉降趋于稳定；
　　（3）我国多数坝高在100m以上的高面板堆石坝，面板都采用分期施工，施工缝处理方法及技术成熟、可靠，施工质量可保证；
　　（4）施工时要做好施工组织及管理，采用较优的施工工艺和措施，在保证坝体填筑质量的前提下，尽量提高坝体填筑强度，尽早完成坝体填筑，为坝体沉降争取更多的时间，如果拉面板时坝顶沉降小于3mm/月～5mm/月，可考慮在坝顶一次拉面板。
　　参考文献：
　　[1]顾志刚，胡杏兰，罗红卫.混凝土面板堆石坝施工技术.北京：中国电力出版社，2005
　　[2]混凝土面板堆石坝施工规范.DL/T 5128-2009.国家能源局.2009-12-01.
　　[3]水电工程施工组织设计规范.DL/T 5397-2007.国家能源局.2008-06-01.
　　（作者单位：中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司）
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