符小虎 楊寒 李勇剛

【摘 要】本文通過對天池抽水蓄能電站上水庫大壩混凝土面板施工方案進行研究，分析可能影響混凝土面板施工質量的主要因素、施工過程中存在的難點以及相應的處理措施，對位于氣候條件類似的北亞熱帶地區(qū)壩高100m左右的大壩混凝土面板施工具有參考意義。

【關鍵詞】天池抽水蓄能電站；大壩；混凝土面板施工

1 前言

天池抽水蓄能電站位于河南省南陽市南召縣馬市坪鄉(xiāng)境內。上水庫位于黃鴨河左岸支流馬蹄河上游炮房溝河段，下水庫位于三官廟村的駱駝頭河段。電站由上水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)、下水庫及地面開關站等建筑物組成，其中上水庫擋水建筑物為混凝土面板堆石壩，本文對上水庫大壩混凝土面板施工方案進行研究。工程裝機容量1200MW，屬一等大（1）型工程，主要永久性建筑物按1級建筑物設計，次要永久性建筑物按3級建筑物設計。

2 大壩施工條件

2.1 工程氣象條件

工程所在地區(qū)屬北亞熱帶季風濕潤、半濕潤氣候，水汽來源主要為印度洋和南海暖濕氣流，光照充足，雨量充沛，溫暖濕潤；冬季長，春秋短，四季分明。據南召氣象站觀測資料統(tǒng)計，多年平均氣溫14.9℃，極端最高氣溫41.6℃，極端最低氣溫-14.6℃，多年平均相對濕度72%，12月～2月為冰凍期，月平均氣溫為1.3℃～3.9℃，5月～9月為夏季高溫期，月平均氣溫為24.7℃～30.5℃。多年平均降雨量863.4mm，降水年際變化較大，年內分配不均勻，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(fā)量1310.9mm。

2.2大壩特性

大壩為混凝土面板堆石壩，壩頂高程1068.400m，壩頂寬度10.00m，最大壩高118.40m，壩軸線長度411.93m。大壩上游壩坡為1：1.4，下游壩坡為1：1.4，下游壩坡在高程1037.000m、1010.000m、983.000m各設一級馬道，馬道寬3.00m，下游綜合坡比約為1：1.5。大壩主要工程量為土石方明挖117.32萬m3、土石方填筑309.43萬m3、混凝土（含噴混凝土）4.26萬m3。

大壩面板混凝土總方量2.36萬m3，面板面積4.63萬m2，面板厚度從上到下逐漸變厚，厚度t=0.3+0.003H（m），頂部厚度0.30m，底部最大厚度0.64m，面板最大斜長195.34m。面板按寬度分別采用16m和8m分垂直縫，根據大壩和面板的變形情況分別按張拉縫和擠壓縫設置垂直縫止水，面板共38條塊。

2.3導流程序及施工進度要求

上水庫采用隧洞導流、上、下游全年土石圍堰擋水的導流方案。其導流程序為：2017年3月～10月進行導流隧洞施工，2017年11月初進行河床截流；2017年11月～2019年4月由全年圍堰擋水、導流隧洞過流，在該時段內進行圍堰施工、河床壩基開挖、趾板混凝土澆筑、大壩填筑等；2019年汛期由面板堆石壩壩體擋水（壩體擋水度汛高程1015.870m）、導流隧洞泄洪過流度汛；2020年7月前導流隧洞下閘蓄水，以滿足2021年4月底第1臺機組發(fā)電，首臺機組發(fā)電工期52個月，施工總工期62個月。

3 大壩面板施工方案研究

3.1主要影響因素分析

（1）氣候條件

面板混凝土澆筑應選擇氣溫適宜，月平均氣溫在5°C～22°C，且晝夜溫差小于10°C，濕度較大的有利季節(jié)進行；盡量避免在高溫、低溫、多雨季節(jié)施工。若必須在特殊氣候條件下施工，必須采取相應措施，以確保面板混凝土的質量。

本工程區(qū)5月～9月份為汛期，且氣溫較高，在此期間澆筑面板混凝土要做好防雨和降溫防護措施，12月～2月份為冰凍期，在此期間澆筑面板混凝土要采取熱水拌制混凝土或覆蓋保溫材料等保溫措施，當寒流到來或負溫情況下應停止面板混凝土澆筑。面板混凝土澆筑適宜安排在3月～4月或10月～11月，盡量避免在6月～8月或12月～2月施工。

（2）控制性工期

根據導流度汛及施工總進度安排需要，2019年汛期由面板堆石壩壩體擋水，2019年5月前大壩要填筑至高程1015.870m以上；2021年4月底第1臺機組發(fā)電，根據抽水蓄能電站初期首臺機水輪機工況調試用水量的最低要求及天然來水情況，2020年7月前要確保導流洞下閘蓄水，蓄水量才能滿足首臺機組調試需要。按工期倒排，2020年7月前要完成安全鑒定及蓄水驗收，2020年5月前要完成面板及壩前鋪蓋施工。

（3）壩體沉降

墊層料、過渡料、主堆石區(qū)的沉降變形主要在施工后的3個月內完成，為了減少面板澆筑后壩體沉降對面板變形的影響，控制面板的脫空與結構裂縫，大壩填筑預沉降期不宜少于3個月。當前，對于預沉降期的控制有以下不同的做法：一是按面板頂部處壩體沉降速率3mm/月～5mm/月控制；二是通過在壩體設置變形觀測儀，收集觀測數據進行整理、分析，繪制壩體施工期沉降變形曲線，曲線趨于平緩，向某個值收斂，壩體沉降趨于穩(wěn)定。三板溪工程設計要求5個月的預沉降期，實際施工中的預沉降期達到6個月至7個月，并以澆筑前面板頂部處壩體沉降速率小于5mm/月控制，根據現場檢查與原型觀測資料，面板最大脫空為13.2mm，僅出現少量的寬度小于0.2mm的裂縫。

面板分期澆筑時，盡量加大澆筑平臺與分期面板頂部的高差（至少5m），可減少后期壩體沉降對面板的影響。

3.2面板施工方案

混凝土面板施工要在壩體充分沉降后進行，還盡量避免在高溫、低溫、多雨季節(jié)施工，同時要滿足施工總進度、導流度汛及下閘蓄水要求。

面板混凝土可一次連續(xù)澆筑至壩頂，也可分期施工，一般根據壩高、施工總進度計劃確定。面板分期施工受大壩壩體填筑分期的影響，根據導流度汛及施工總進度安排需要，壩體填筑可平衡上升，均衡填筑，也可以采用分期填筑方案，即在不同施工時段內將壩體分期填筑到不同高程或相同高程的不同部位。

如果采用壩體填筑和面板混凝土澆筑均不分期方案，壩體連續(xù)填筑至防浪墻基礎高程，在壩頂一次澆筑面板混凝土。為了滿足施工進度及蓄水要求，面板需要在10月～12月施工，12月處于冰凍期，施工需要做好保溫措施，施工質量難以保證。并且壩體填筑完成3月后就開始進行面板施工，上部壩體沉降可能不夠充分，后期變形相對較大，不利于面板受力。

如果采用壩體填筑和面板混凝土澆筑均分期方案，臨時斷面達到一期面板高程以上5m后，等待壩體沉降，期間可補齊后續(xù)斷面，然后施工一期面板，一期面板完成后壩體全斷面上升至防浪墻基礎高程，等待壩體沉降后，進行二期面板施工。壩體填筑不均勻連續(xù)上升，壩體上下部及各區(qū)壩料間沉降不均勻。并且一期面板澆筑時，部分壩體未經歷汛期，且只沉降3個月，沉降不夠充分，面板抗變形能力較差。

經多方案綜合比較，采用壩體填筑不分期、面板混凝土澆筑分期方案，壩體連續(xù)填筑至防浪墻基礎高程，在壩頂分2期澆筑面板混凝土。

根據施工條件及施工總進度要求，2017年年初主體工程開工，2018年2月底完成大壩壩基開挖及支護，2018年3月～8月進行趾板混凝土澆筑，2018年4月～2019年6月進行壩體填筑（2019年4月底壩體能達到高程1042.000m，滿足2019年壩體度汛要求），2019年10月～11月進行一期面板混凝土施工，2020年3月～4月進行二期面板混凝土施工，2020年5月～6月修建防浪墻并形成壩頂公路并完成安全鑒定及蓄水驗收，2020年7月初可下閘蓄水。

壩體填筑全斷面均勻上升，可減少面板混凝土施工后各區(qū)壩料間的不均勻沉降及蓄水后面板產生的結構性裂縫；2019年雨季前完成填筑，經歷一個雨季后澆筑一、二期面板，壩體沉降時間達8個月以上，壩體沉降充分，后期變形小，有利于面板受力；面板分期澆筑，可以為壩前鋪蓋贏得時間，施工進度保證性高；一、二期面板均安排在氣候條件較好的季節(jié)施工、施工質量保證性高。

面板分期施工方案可根據實際施工情況進行調整，如果壩體填筑提前完成，到2019年8月或9月底壩體沉降趨于穩(wěn)定，面板頂部處壩體沉降速率小于3mm/月～5mm/月，可考慮采用不分期方案，在 2019年9月～11月或10月～12月在壩頂一次拉面板。

3.3面板施工難點及處理措施

3.3.1高落差混凝土溜槽運輸

在壩頂拉面板，混凝土溜槽運輸垂直最大落差達114.6m。溜槽輸送混凝土落差較大，容易造成混凝土骨料分離、塌落度損失、砂漿流失等問題，通過調整混凝土配合比、選擇合適砂率和塌落度、摻加增密劑等措施，可保證混凝土的施工性能。

3.3.2水平施工縫處理

根據《混凝土面板堆石壩施工技術規(guī)范》，壩高小于70m的，面板宜一次施工完成，壩高大于70m的，宜分期施工。國內對于100m左右的面板堆石壩，大部分采取分期施工方案，一、二期面板之間的水平縫處理技術比較成熟，有很多成功經驗可借鑒，處理技術難度不大，且分縫可增大面板柔性，可減少由變形導致的面板開裂。

澆筑后續(xù)面板時，施工縫處理方法如下：

（1）清除縫面雜物，在清理觀測儀器電纜附近雜物時必須十分小心，以防損壞電纜。

（2）先澆面板的外露鋼筋必須調直、除銹后方可綁扎后續(xù)面板鋼筋。

（3）縫面鑿毛、沖洗、清除污物并排除表面積水。

（4）在濕潤的縫面上，先鋪一層厚2cm～3cm的水泥砂漿，其水灰比不得高于所澆混凝土，水泥砂漿應攤鋪均勻，然后在其上澆筑混凝土。

（5）如發(fā)現已澆筑面板與墊層間有脫空現象，應以低標號、低壓縮性砂漿等灌注密實后再澆筑面板混凝土，保證其良好結合。

4 結語

（1）大壩混凝土面板質量要求較高，應盡量避免在高溫、低溫、多雨季節(jié)施工；

（2）大壩混凝土面板施工應在壩體充分沉降后進行，對于預沉降期的控制按面板頂部處壩體沉降速率3mm/月～5mm/月控制或通過在壩體設置變形觀測儀，收集觀測數據進行整理、分析，繪制壩體施工期沉降變形曲線，曲線趨于平緩，向某個值收斂，壩體沉降趨于穩(wěn)定；

（3）我國多數壩高在100m以上的高面板堆石壩，面板都采用分期施工，施工縫處理方法及技術成熟、可靠，施工質量可保證；

（4）施工時要做好施工組織及管理，采用較優(yōu)的施工工藝和措施，在保證壩體填筑質量的前提下，盡量提高壩體填筑強度，盡早完成壩體填筑，為壩體沉降爭取更多的時間，如果拉面板時壩頂沉降小于3mm/月～5mm/月，可考慮在壩頂一次拉面板。

參考文獻：

[1]顧志剛，胡杏蘭，羅紅衛(wèi).混凝土面板堆石壩施工技術.北京：中國電力出版社，2005

[2]混凝土面板堆石壩施工規(guī)范.DL/T 5128-2009.國家能源局.2009-12-01.

[3]水電工程施工組織設計規(guī)范.DL/T 5397-2007.國家能源局.2008-06-01.

（作者單位：中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司）