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高寒高海拔地區(qū)某高堆石壩填筑方案比選

2018-09-28 05:30:00王丹妮
西北水電 2018年4期
關鍵詞:度汛工期壩體

王丹妮

(中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司,西安 710065)

1 工程概況

某高混凝土面板堆石壩為黃河干流龍羊峽以上、海拔3 000.00 m以下河段水電規(guī)劃的第1個梯級水電站,壩體填筑總量為3 779.44萬m3,最大壩高257.5 m,電站裝機容量2 600 MW,4臺650 MW的水輪發(fā)電機組。工程為Ⅰ等大(1)型工程,是黃河龍羊峽以上河段裝機容量最大的電站。工程地處高寒地區(qū),高海拔缺氧對施工效率影響較大,施工條件相對較差。冬季寒冷、持續(xù)時間長,夏季涼爽、歷時較短,冬季持續(xù)5個月的負溫條件對控制關鍵工期的大壩填筑影響較大,壩體填筑需每年冬季停工2個月,工程填筑量約3 000多萬m3,工程施工總工期10余年。

2 壩體填筑時段劃分和填筑方案初擬

2.1 填筑時段劃分

根據(jù)導流規(guī)劃,將大壩填筑時段劃分為初期、中期、后期3個時段。

(1) 填筑初期: 從大壩填筑開始,至壩體填筑高程到達圍堰頂部高程的時段為大壩填筑初期。大壩主要施工項目為壩基開挖、趾板混凝土澆筑、灌漿及上游圍堰以下高程的壩體填筑工作。

(2) 填筑中期:根據(jù)汛前壩體填筑形象及壩體攔蓄庫容不同,大壩填筑中期劃分為3個時段,壩體臨時度汛洪水設計標準分別采用100年一遇、200年一遇和300年一遇。主要完成大壩2 996.50 m高程以下壩體填筑及一、二期面板混凝土澆筑的施工。

(3) 填筑后期:從導流洞下閘蓄水開始,至泄洪建筑物具備設計泄流能力。主要進行三期面板混凝土澆筑、灌漿施工、壩頂剩余項目施工。

2.2 填筑方案初擬

按照壩體初期填筑高程及壩體度汛形象要求,根據(jù)大壩填筑累積數(shù)據(jù)(見表1),除上游壓坡體、蓋重區(qū)和下游堆碴區(qū)內的反濾層及排水體外的填筑總量為3 283.48萬m3,以此為基礎,擬定了3個壩體填筑方案。

表1 填筑累積數(shù)據(jù)表

(1) 方案1(大壩填筑64個月)

1) 填筑初期

第3年11月底主河床截流后進入初期導流時段,初期導流時段為第3年12月至第6年9月底,此時段也是大壩填筑初期。按照時段主要施工項目類型及壩體填筑上升高度,大壩填筑初期分為兩大時段:第1時段為第3年12月至第4年9月,大壩主要施工項目為壩基開挖;第2時段為大壩填筑至壩體臨時斷面擋水度汛高程,即第4年10月至第6年9月,大壩主要施工項目為趾板混凝土澆筑、灌漿、大壩3C區(qū)以上各區(qū)填筑、泄洪消能區(qū)開挖。大壩填筑初期導流標準選用30年洪水重現(xiàn)期,相應導流設計流量為3 830 m3/s,由上下游圍堰擋水,導流洞泄流。

2) 填筑中期

第6年9月底,壩體填筑至2 824.00 m高程,壩體填筑高程已超過上游圍堰頂高程(2 823.25 m),此時壩體臨時填筑斷面攔蓄庫容為1.47億m3。隨后工程進入中期導流時段,直至第10年12月初導流隧洞進口閘門下閘。大壩填筑中期為第6年10月初到第10年11月底,期間度汛由壩體臨時斷面擋水,河道來水由導流洞下泄。

第7年汛前壩體將填筑至2 850.00 m,壩體填筑臨時斷面相應攔蓄庫容為3.5億m3,根據(jù)DL/T5397-2007《水電工程施工組織設計規(guī)范》中“壩體施工期臨時度汛洪水設計標準,堆石壩攔蓄庫容(10.0~1.0)億m3時,施工期臨時度汛洪水設計標準為重現(xiàn)期200~100年”,第7年汛期壩體臨時度汛洪水設計標準采用100年一遇,相應設計流量為4 690 m3/s。

第8年汛前壩體填筑至2 886.00 m,并且完成一期面板(壩底~2 860.0 m)的施工,壩體填筑臨時斷面相應攔蓄庫容為8.60億m3,大于1億m3,而小于10億m3。第8年汛期壩體臨時度汛洪水設計標準采用200年一遇,相應設計流量為5 140 m3/s。

第9年汛前壩體平均填筑至2 925.00 m高程,壩體臨時填筑斷面相應攔洪庫容為17.76億m3,大于10億m3,第9年汛期壩體臨時度汛洪水設計標準采用200年一遇,相應設計流量為5 140 m3/s。

第10年汛前壩體平均填筑至2 965.00 m高程,并且完成二期面板(2 860.00~2 945.00 m)施工,壩體臨時填筑斷面相應攔洪庫容為32.42億m3,大于10億m3。第10年汛期壩體臨時度汛洪水設計標準采用300年一遇,相應設計流量為5 390 m3/s。第10年9月底,壩體填筑至三期面板頂高程2 996.50 m。

3) 填筑后期

第10年12月初左岸低導流洞下閘,壩體填筑至壩頂高程3 001.50 m,進入大壩后期施工。后期導流時段主要進行三期面板混凝土澆筑、灌漿施工、壩頂填筑、防浪墻及路面混凝土澆筑、左岸低導流洞封堵與2號尾水洞改建、左岸旋流導流洞封堵、后續(xù)機組安裝。第11年汛期樞紐泄洪建筑物完建,度汛正常運用洪水標準選擇為重現(xiàn)期500年,相應流量為5 720 m3/s,壩體度汛非常洪水標準選擇為重現(xiàn)期1 000年,相應流量為6 150 m3/s。

(2) 方案2(大壩填筑74個月)

填筑初期同方案1,填筑中期比方案1推遲1 a,至第11年9月底壩體填筑至三期面板頂高程2 996.50 m。填筑后期順延至第12年。

(3) 方案3(大壩填筑60個月)

填筑初期比方案1的開工時間推遲至第5年2月,工期縮短4個月,中期和后期完全相同。

3 施工進度及施工強度分析

3.1 方案1

方案1填筑工期64個月,填筑強度最大為63.78 m3/月,月平均上升高度最大值為7.65 m。各時段填筑強度和月升高詳見圖1和表2。

3.2 方案2

方案2填筑工期74個月,填筑強度最大為63.78 m3/月,月平均上升高度最大值為5.77 m。方案2填筑初期,填筑高程2 860.00 m以下,填筑時段、填筑強度、月平均上升高度均與方案1相同。填筑中期比方案1延長1 a。各時段填筑強度和月升高詳見圖2和表3。

3.3 方案3

方案3填筑工期60個月,填筑強度最大為63.78 m3/月,月平均上升高度最大值為8.10 m。方案3填筑中期和后期同方案1。各時段填筑強度和月升高詳見圖3和表4。

圖1 方案1壩體填筑形象進度圖 單位:m

圖2 方案2壩體填筑形象進度圖 單位:m

填筑時段起始填筑高程/m終止填筑高程/m層間填筑量/104m3累計填筑量/104m3填筑工期/月填筑總強度/(104m3·月-1)月平均升高/m第4年8月~第5年6月2744.002794.00322.43322.43935.835.56第5年7月~第6年9月2794.002824.00614.82937.261347.292.31~6.15第6年10月~第7年9月2824.002860.00637.791575.051063.783.60第7年10月~第8年6月2860.002886.00433.332008.37761.901.43~3.71第8年7月~第9年9月2886.002945.00749.012757.381357.622.62~5.77第9年10月~第10年9月2945.002996.50521.773279.151052.185.15~7.65第11年8月~第11年9月2996.503001.504.323283.4822.162.50

表3 方案2大壩填筑規(guī)劃表(填筑74個月)

表4 方案3大壩填筑規(guī)劃表(填筑60個月)

4 壩體填筑方案比選

根據(jù)收集、整理的目前中國已建土石壩施工資料(見表5)。中國修建的公伯峽、洪家渡、三板溪、水布埡、天生橋一級等水電工程月上升高度為4.81~8.83 m/月,高峰月強度為(43.34~72)萬m3/月。

表5 中國已建土石壩施工資料表

從施工強度方面考慮,3個方案的最大填筑強度(63.78萬m3/月,且相同)和大壩月平均上升高度均在國內已建土石壩施工統(tǒng)計資料范圍之內,大壩填筑工期的可靠度高。3個方案在理論上都是可行的,填筑最大強度均為63.78萬m3/月,工程應配備與最大強度相配套的相同的開采、加工、運輸相應的機械和設備。

方案1,各填筑時段強度比較均衡,從填筑初期填筑強度僅為35.83萬m3/月和47.29萬m3/月,填筑中期第3時段,填筑至一期面板頂高程2 860.00 m時填筑強度達最大值63.78萬m3/月,第4時段填筑強度為61.90萬m3/月,第5時段填筑強度為57.62萬m3/月,第6時段填筑強度為52.18萬m3/月。填筑中期從第6年10月至第10年9月,共40個月,強度比較均勻,且已填筑至大壩防浪墻頂高程,共完成三期面板頂高程2 996.50 m以下的壩體填筑,充分利用最大填筑強度63.78萬m3/月相配套的開采、加工、運輸相應的機械和設備。大壩月上升高度最大值為7.65 m,與統(tǒng)計的中國已建土石壩施工統(tǒng)計值4.81~8.83 m相比,方案1填筑的月上升高度屬中等偏上水平。且方案1大壩填筑時長為64個月,工期合理,經(jīng)濟可行。

方案2,填筑強度除最大強度為63.78萬m3/月外,其他各填筑時段的強度約為40萬m3/月左右,特別在填筑至2 860.00 m以上高程,填筑強度很平均,僅為40.14~43.48萬m3/月,整個大壩填筑強度上不去。且填筑最大強度發(fā)生在第3個填筑時段,填筑工期僅10個月,對工程配備的與最大填筑強度63.78萬m3/月相配套的開采、加工、運輸相應的機械和設備不能充分利用。大壩月上升高度最大值僅5.77 m,與統(tǒng)計的中國已建土石壩施工統(tǒng)計值4.81~8.83 m相比,方案2填筑的月上升高度屬偏低水平。但方案2大壩填筑時長為74個月,工期在3個方案中最長,工程造價高,不經(jīng)濟。

方案3與方案1的區(qū)別在于填筑開始時間為第5年2 月,比前兩個方案都推遲了4個月,工期最短,但填筑初期的第1時段從壩基填筑至2 784.50 m高程,壩基倉面大,填筑材料分區(qū)多,工藝復雜,而填筑工期僅5個月,月上升高度8.10 m,工期緊張,其實現(xiàn)的可靠度低。

5 結 語

根據(jù)本工程施工特點和可研報告編制規(guī)程及水電水利工程施工組織設計規(guī)范的要求,考慮該水電站為高海拔地區(qū)高混凝土面板堆石壩,尤其是填筑工程量及填筑強度巨大,因此本文對該大壩壩體的填筑強度、填筑方案及其可行性進行了深入細致的研究分析,方案1施工的均衡性、與后序項目的銜接和施工進度的可靠程度上占優(yōu),可確保關鍵施工項目的施工技術、施工質量及其施工進度的可行性、合理性。

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