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(中國水利水電第十四工程局有限公司,昆明,650041)
碾壓混凝土施工主要根據(jù)不同項(xiàng)目的特性,如工程規(guī)模等級、氣候條件、地形條件、道路布置情況、混凝土施工強(qiáng)度、施工導(dǎo)流防洪、大壩與砂石拌合系統(tǒng)的距離等因素[1],通過各種方案論證測算比較,借助經(jīng)驗(yàn)及專家判別,制定適合的混凝土運(yùn)輸方案。本項(xiàng)目的運(yùn)輸方案最終采用負(fù)壓溜槽與自卸車運(yùn)輸相結(jié)合的方式,負(fù)壓溜槽運(yùn)用是湖北葛洲壩項(xiàng)目管理有限公司于1992年1月申報(bào)的國家專利,專利號:ZL92202468.5,適用于坡度為1∶1~1∶0.75高差0~100m的混凝土運(yùn)輸方式。
浩口水電站工程位于重慶市武隆縣南部,重慶市彭水縣和貴州省道真縣交界處,是一座以發(fā)電為主的中型水電樞紐工程。壩址位于烏江南岸芙蓉江下游,重慶市武隆縣浩口鄉(xiāng)浩口村附近的河段上,控制集水面積7400km2。樞紐工程位于芙蓉江河口以上約42km處,電站壩區(qū)距重慶市區(qū)244km,距武隆縣城約57km,距江口23km。電站對外交通條件較好,壩址左岸上下游均有鄉(xiāng)村公路通過,壩址右岸下游也有簡易公路到達(dá)。
工程規(guī)模屬Ⅲ等中型工程,樞紐主要建筑物為3級。電站以發(fā)電為主,正常蓄水位352.0m,死水位349.0m,校核洪水位354.69m,總庫容0.89億m3,具有日調(diào)節(jié)能力。水電站裝機(jī)容量為135MW(2臺×62.5MW+1臺×10.0MW),保證出力17.2MW,多年平均發(fā)電量4.5489億kW·h。最大壩高84.5m,壩頂高程356.5m,壩頂長度210.6m,在堰頂設(shè)置5孔13m×21m的溢流表孔。
1.2.1 水文
芙蓉江全流域面積7886km2,河床平均比降4.81‰,多年平均流量145m3/s,多年平均年徑流量45.7億m3。
1.2.2 氣象
芙蓉江流域?qū)僦衼啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū),氣候具有明顯的季節(jié)性,受地形和季風(fēng)等因素的相互作用影響,形成了溫和濕潤的高原山區(qū)氣候。流域降水量較為豐沛,多年平均降水量1110mm。流域內(nèi)年實(shí)測最大(1977年)降水量為1889.5mm。
降水量年內(nèi)分配有明顯季節(jié)性,每年4月下旬始至10月份結(jié)束,浩口水電站無實(shí)測氣象資料,根據(jù)武隆氣象站統(tǒng)計(jì)多年平均氣溫17.3℃。7~8月最高氣溫27.5℃~33.2℃,極端最高氣溫41.0℃,極端最低氣溫-3.5℃(1971年1月29日),多年相對濕度為78%。
1.3.1 流量統(tǒng)計(jì)
本工程于2015年10月12日截流,工程汛期時段為5月至10月,2016年大壩度汛標(biāo)準(zhǔn)為全年10年一遇(P=10%)頻率洪水,相應(yīng)流量6920m3/s。汛期導(dǎo)流洞和大壩聯(lián)合過流,大壩停止施工。根據(jù)施工進(jìn)度,2016年汛前(5月前)大壩混凝土需要澆筑至305m高程。
表1 多年各月平均流量
1.3.2 度汛要求
浩口水電站不同時段施工洪水成果見表2。
表2 洪水成果
攔河大壩為碾壓混凝土重力壩,壩軸線長210.6m,壩頂高程356.5m,壩頂寬9.0m,最大壩高84.5m,最大壩寬72.10m,建基面高程272.00m。整個大壩分為左、右擋水壩段和溢流壩段,左擋水壩段長64.6m,右擋水壩段長59.0m,溢流壩段長87.0m,堰頂高程331.0m。壩體上游面295.0m~314.1m鉛直,以下為斜坡,坡比1∶0.2;擋水壩段左岸下游面坡比1∶0.725,右岸下游坡面1∶0.675,折坡高程341.5m,溢流壩段下游坡比1∶0.7,大壩從左至右共9個壩段,圍堰類型為過水圍堰,因此大壩一期汛期過水。
碾壓混礙土的運(yùn)輸方案,主要是根據(jù)本工程的工程量、施工強(qiáng)度、道路條件、地形條件、氣候、防洪要求、施工成本等因素綜合考慮而提出。根據(jù)浩口水電站工程藍(lán)圖,碾壓混凝土總方量約25萬m3,結(jié)合度汛要求,在2016年汛前(即5月份前),大壩必須澆筑至305m高程,碾壓混凝土量約13萬m3,而2015年底大壩才能整體開挖完成,而305m高程以下有灌漿廊道、集水井等結(jié)構(gòu)影響,澆筑工序、運(yùn)輸、鋪料、預(yù)制廊道運(yùn)輸安裝、鋼筋、模板運(yùn)輸安裝等施工工序受限制,無法大面積連續(xù)澆筑。為滿足度汛要求,就需要對混凝土的運(yùn)輸方案做充分考慮。
表3 大壩碾壓混凝土施工計(jì)劃參數(shù)(305m高程以下)
根據(jù)上述條件,借鑒國內(nèi)外碾壓混凝土壩的部分施工經(jīng)驗(yàn),主要研究了以下三種運(yùn)輸方案:
方案1:大壩326.0m高程以下和左岸擋水壩段326.0m高程以上,主要采用拌和樓→膠帶機(jī)(皮帶洞)→滿管溜槽→自卸汽車入倉;大壩右岸擋水壩段326.0m高程以上,主要采用拌和樓→膠帶機(jī)(皮帶洞)→滿管溜槽→膠帶機(jī)(跨溢流壩段)→自卸汽車入倉。由于混凝土拌和系統(tǒng)布置于大壩左岸,根據(jù)施工總體規(guī)劃,混凝土拌和系統(tǒng)至大壩左岸設(shè)置一條皮帶洞,而后跨過1#公路上部,然后在1#公路外側(cè)380.0m平臺設(shè)置集料斗,沿大壩左岸壩基開挖范圍布置2條φ600mm滿管溜槽至壩內(nèi);
方案2:自卸車(自卸車頂部設(shè)計(jì)防雨、遮陽自動裝置)→1#壩段→布料機(jī),1#壩段為布料機(jī)集料口,取消皮帶輸送洞;
方案3:自卸車(自卸車頂部設(shè)計(jì)防雨、遮陽自動裝置)+負(fù)壓溜槽運(yùn)輸方案[5],采用1#壩段為負(fù)壓溜槽集料口,壩體倉面自卸車接料,取消皮帶輸送洞。
通過邀請專家和公司總工到項(xiàng)目進(jìn)行方案評估,結(jié)合國內(nèi)多個類似項(xiàng)目的運(yùn)輸經(jīng)驗(yàn)和本工程特性,分析認(rèn)為:方案1皮帶輸送洞和布料機(jī)成本高,利用率不高,澆筑速度均衡(本工程澆筑強(qiáng)度不均衡),無法滿足短期高強(qiáng)度施工,布料機(jī)桁架受汛期洪水影響較大;方案2布料機(jī)成本高、澆筑強(qiáng)度不能滿足施工工期要求,布料機(jī)桁架受汛期洪水影響,存在安全隱患,利用率不高,后期立體施工交叉影響較大;方案3以自卸車為主要運(yùn)輸方式,適合60m以下混凝土運(yùn)輸優(yōu)點(diǎn),運(yùn)輸設(shè)備可以隨工程需要實(shí)時增減、機(jī)動靈活,拌合系統(tǒng)與大壩距離僅800m,短運(yùn)輸高效[6],負(fù)壓溜槽造價(jià)低[7]、操作簡便、減少V值損失、維護(hù)簡便,負(fù)壓溜槽位于左岸315m高程以上,以下部分洪水過后接上即可滿足305m高程以下度汛需求,在洪水期間壩面設(shè)備材料可全部撤離,大大降低洪水安全風(fēng)險(xiǎn)。
從澆筑強(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)效益、防洪安全,大壩距拌合系統(tǒng)距離等因素考慮,最終浩口水電站碾壓混凝土運(yùn)輸方式采用方案3,305m高程以下利用左岸施工道路,主要利用自卸車澆筑,在入倉外消力池布置高壓洗車系統(tǒng)(對入倉車輛沖洗),305m高程以上主要利用自卸車與負(fù)壓溜槽結(jié)合澆筑,大壩負(fù)壓溜槽布置在左岸356.5m~305m高程,全長約為60m,共設(shè)置兩條,溜槽為半圓形,直徑為65cm,與水平面夾角為48°,主要由受料斗、溜槽、桁架、立柱、斜撐、弧門開關(guān)和其他附屬設(shè)施組成。大壩1#壩段原設(shè)計(jì)為碾壓混凝土,后根據(jù)施工需要調(diào)整為C20常態(tài)混凝土,在混凝土澆筑過程中需在336m高程預(yù)埋4排I18工字鋼作為4#斜撐基礎(chǔ),在344.41m和346.52m高程各預(yù)埋4排I18工字鋼作為5#斜撐?;炷翝仓?48.5m高程時預(yù)留3m×4m缺口,作為后期溜槽通道,到351.5m高程收臺預(yù)留5m×5m缺口,用來安裝受料斗,同時在靠下游側(cè)預(yù)留60cm×60cm進(jìn)人通道,下部焊接受料緩沖斗。
圖1 負(fù)壓溜槽斷面
圖2 大壩負(fù)壓溜槽結(jié)構(gòu)
浩口水電站大壩于2016年4月23日澆筑至305m高程,達(dá)到度汛高程,為后期洪水期間部分項(xiàng)目能正常施工贏得了寶貴時間。本項(xiàng)目選用一次斷流圍堰、隧洞導(dǎo)流方式,截流后第一個汛期由導(dǎo)流洞和大壩聯(lián)合泄流,截流后第二個汛期由導(dǎo)流洞和4個溢流表孔聯(lián)合泄流度汛。導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)枯期(11月1日至次年4月30日)為10年一遇洪水,相應(yīng)流量為1920m3/s,而2016年5月17日洪水流量達(dá)到2276m3/s,在這樣的防洪壓力下,若項(xiàng)目未選擇到最優(yōu)的運(yùn)輸方案,施工未達(dá)到防洪度汛高程,混凝土強(qiáng)度達(dá)不到防洪標(biāo)準(zhǔn),帶來的結(jié)果可能是工期推后一年,最終造成的經(jīng)濟(jì)或其他損失會相當(dāng)大。浩口項(xiàng)目選擇了經(jīng)濟(jì)高效的混凝土運(yùn)輸最優(yōu)方案,在提高了特殊條件下水電工程施工組織設(shè)計(jì)水平和決策可靠性的同時,也體現(xiàn)了項(xiàng)目運(yùn)輸方案的實(shí)用價(jià)值。
本項(xiàng)目實(shí)踐證明:以“自卸車+負(fù)壓溜槽”的大壩碾壓混凝土運(yùn)輸方案是可行的,也是可靠的,滿足項(xiàng)目施工進(jìn)度及防洪要求。本項(xiàng)目碾壓混凝土運(yùn)輸方案的正確選擇也積累了成功經(jīng)驗(yàn):施工方案的選擇必須根據(jù)項(xiàng)目自身特性,選擇合理的混凝土運(yùn)輸方式,不能照搬其他項(xiàng)目的運(yùn)輸方式;項(xiàng)目條件不同,運(yùn)用的結(jié)果也不同,只能借鑒部分經(jīng)驗(yàn)制定不同的方案,從中篩選出最優(yōu)方案施工,才能使項(xiàng)目建設(shè)獲得成功。