红毛洞水电站主体工程施工方案研究

高磊

(遵义水利水电勘测设计研究院，贵州 遵义5630002)

红毛洞水电站位于贵州省务川县丰乐镇境内，水库正常蓄水位664.00 m，相应库容2 190万m3，水库总库容2 660万m3，电站装机容量23 MW。由于工程区山体陡峭、施工条件差，为充分利用有效施工工期、提高大坝填筑效率，避免施工组织方案对大坝填筑施工进度和质量的影响，针对大坝填筑自密实混凝土材料特性，结合大坝工程特性、施工导流和度汛方案，对大坝填筑施工技术要点、施工工序和施工技术方案进行论证分析，探究与工程实际相匹配的施工方案，为工程顺利施工建设提供重要技术保障[1-2]。

1大坝枢纽平面布置

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2017)相关指标，红毛洞电站水库属中型水库，工程等别为Ⅲ等。主要建筑物为堆石混凝土重力坝、泄水建筑物、发电引水口和发电厂房按3级建筑物设计；发电引水压力管道和辅助及生产用房等次要建筑物按4级建筑物设计；临时性建筑物如导流建筑物等均按5级建筑物设计。工程采用基本烈度Ⅵ度作为设计烈度，按《水工建筑物抗震设计规范》(DL5073-2000)指标，水工建筑物设计可不作抗震计算。枢纽工程由挡水建筑物、泄水建筑物、发电引水系统、发电厂房、导流隧洞等组成，其平面布置方案如图1所示。

挡水建筑物为堆石混凝土重力坝。泄水建筑为溢洪道，布置于坝顶中部，为设闸控制开敞式表孔泄洪。发电引水系统取水口布置在大坝左坝段，采用一管一机供水方式，共3个取水口。发电厂房位于左坝段坝脚，为坝后地面式厂房，电站装机台数为3台。导流隧洞布置在右岸，轴线呈折线形布置，隧洞断面为城门洞型。

图1大坝枢纽平面布置

2大坝结构体型

根据电站坝址区工程地质及地形条件，大坝坝型优选为堆石混凝土重力坝，坝顶宽8.0 m，最大坝高59.5 m，大坝上游面铅直，下游坝坡1∶0.8，坝轴线长134.0 m。大坝左右两岸为非溢流坝，总长78.5 m；中间为溢流坝段，总长55.5 m，共设5孔溢流闸孔，溢流净宽37.5 m。坝体内在河床段上游侧设一道灌浆及排水廊道，靠左岸灌浆排水廊道端部设置交通廊道至副厂房配电室与励磁变层。根据《胶结颗粒料筑坝技术导则》(SL678-2014)及堆石混凝土施工特点，施工中采用全段面施工方法，整体上升。大坝坝身设2条横缝，位于溢流坝段，在下游面做并缝处理，横缝将坝体分为3个坝段。溢流坝段横剖面图，如图2所示。

图2溢流坝段横剖面图

大坝主体材料采用一级配C9015堆石混凝土，抗渗标号为W6，抗冻等级为F50；上游面采用0.8 m厚一级配C9015自密实混凝土防渗，抗渗标号为W6，抗冻等级为F50；河床基础设置1.0 m厚二级配C20常态混凝土垫层，岸坡基础采用0.5 m厚一级配C9015自密实混凝土垫层；坝顶路面为0.50 m厚C25二级配混凝土；溢流坝段溢流面设0.8 m厚C2830二级配混凝土(抗渗等级W6，抗冻等级F50)作为泄槽底板。

3主体工程施工方案

3.1坝体施工要求

堆石料在Ⅰ号石料场开采，地层岩性为P3c深灰色中厚层灰岩,应采用新鲜、完整和质地坚硬的毛石、块石及粗料石，其最小粒径应≥300 mm，最大粒径应小于结构断面最小边长的25%，且不宜超过1.0 m，饱和抗压强度应≥30 MPa。堆石料不允许含泥块，含泥量应≤0.5%。

自密实混凝土中粗骨料体积比宜控制在0.27～0.33，密度应大于2 550 kg/m3，吸水率不大于1.5%，坚固性不大于5%，软弱颗粒含量不大于5%，针片状颗粒含量小于8%，严禁含泥块，有机质含量应浅于标准色等[3]。人工砂表观密度应大于2 500 kg/m3，细度模数宜控制在2.4～2.8、石粉含量宜控制在6%～18%，表面含水率应小于6%，坚固性小于8%，严禁含泥块和有机质。外加剂参量根据试配确定。坝体填筑自密实混凝土工作性能指标，如表1所示。

表1自密实混凝土工作性能指标

3.2施工程序分析

根据坝址区工程地形条件、施工进度、施工导流及度汛要求[4-5]，大坝按Ⅲ期进行浇筑。材料上坝运输主要采用混凝土搅拌车、10～15 t自卸汽车以及塔机完成。大坝分期浇筑示意，如图3所示。

图3大坝分期浇筑示意

1)第Ⅰ期。第一施工年度12月至次年4月，完成度汛高程632.00 m高程以下两侧非溢流坝段浇筑，以及溢流坝段623.00 m高程以下溢流坝段浇筑，形成坝面缺口临时参与度汛。坝体浇筑工程量4.46万m3，月平均浇筑强度8 920 m3。

2)第Ⅱ期。第二施工年度5月至10月，完成两侧非溢流坝段650.00 m高程以下坝体浇筑。坝体浇筑工程量2.85万m3，月平均浇筑强度4 750 m3。

3)第Ⅲ期。第二施工年度11月至第三施工年度4月，完成坝顶高程668.50 m以下所有堆石混凝土浇筑。坝体浇筑工程量4.23万m3，月平均浇筑强度7 050 m3。

3.3施工方法分析

1)材料上坝运输。大坝施工期间堆石料上坝，枯水期主要利用上坝公路、1号临时公路、2号临时公路从大坝上游运输入仓，利用进厂公路、3号临时公路从大坝下游运输入仓；第二年汛期主要利用两岸塔机吊运入仓，由于右岸在汛期跨河交通时有中断。因此，施工期间根据天气情况提前在右岸上下游备料，解决汛期材料上坝需求；第三年汛期大坝已浇筑至坝顶，左岸取水建筑物、发电厂房工程等利用左岸上坝公路、进厂公路解决材料运输上坝运输，右岸已基本工作完毕，少量材料运输根据天气情况提前在右岸上下游备料，塔机吊运至工作面。

2)施工机械布置。在大坝左右岸非溢流坝段上游侧分别布置一台塔机(63型)，布置高程大于第二年度上游度汛水位632.00 m。左岸塔机主要用于大坝左侧非溢流坝段局部堆石料、混凝土的垂直运输，以及引水建筑物的钢筋、模板等材料的垂直运输；右岸塔机主要用于大坝右侧非溢流坝段局部堆石料、混凝土的垂直运输，以及溢洪道施工的钢筋、模板等材料的垂直运输。

3)堆石混凝土浇筑。大坝堆石混凝土浇筑采用悬臂模板，模板安装由设在大坝上游侧塔机辅以人工完成。堆石料入仓前应清洗干净。每层堆石厚度按1.2～2.0 m控制；在堆石混凝土抗压强度达到2.5 MPa前，不宜在其上部进行仓面的准备工作。坝体堆石混凝土从拌合系统经6 m3混凝土搅拌车运输至大坝基坑，泵送至浇筑仓面。坝体堆石料采用10～15 t自卸汽车从Ⅰ号石料场经过上坝公路及左右岸临时公路运输到大坝入仓，或从临时堆料场采用自卸汽车运输大坝入仓，部分浇筑部位汽车无法入仓的才由塔机吊运至仓面。

堆石混凝土施工速度快，质量有保证，且没有振捣过程，工艺简单，水化热温升较低，温控相对容易。堆石混凝土施工按照SL677-2014《水工混凝土施工规范》和《胶凝颗粒料筑坝技术导则》(SL678—2014)进行，施工质量按照JGJ/T283-2012《自密实混凝土应用技术规程》进行控制。

4)汛期施工方案研究。根据施工总进度计划，大坝堆石砼施工的重点、难点在第二施工年度汛期，大坝度汛方式为大坝临时断面挡水、导流隧洞+坝面缺口泄洪的方式。跨河交通为大坝下游布置的临时钢筋混凝土涵管桥，按导流标准设计。汛期当上游洪水大于导流设计流量时，临时涵管桥淹没，右岸对外交通中断。由于料场、拌合系统均布置在左岸，大坝Ⅱ期左坝段及发电厂房可按正常进度施工，大坝Ⅱ期右坝段由于受洪水影响，跨河交通会短暂中断，影响材料运输。

根据上述情况，对大坝Ⅱ期右坝段堆石砼的施工方案进行重点分析研究，拟定三种方案进行技术经济比较，即：第一种方案新建临时跨河公路桥，在坝址下游修建满足度汛洪水标准的跨河交通桥连接两岸，可满足汛期两岸的交通运输不受洪水影响，可以保证工程进度，但工程投资巨大；第二种方案修建右岸对外交通公路，新建右岸对外交通公路约2.0 km，且材料运输需绕道，运距增加10 km，可以保证工程进度，但公路投资、运输成本都较高；第三种方式采取间歇性施工，对于堆石料的运输根据天气情况采用间歇性运输，洪水期间暂停运输，洪水退却后提高运输强度，并且在右岸布置临时料堆放场，堆石料上坝采用右岸布置的塔机吊运入仓，对于混凝土浇筑，可在洪水退却后重新维修加固临时涵管桥，再进行浇筑，也可在坝面缺口架设混凝土泵送钢管支架，直接从左岸将混凝土泵送至右岸入仓，此方案受天气影响工程进度稍缓，但投资较小。经综合分析比较，设计采用第三种方案根据天气情况间歇性施工。

3.4施工进度计划及控制性工期

红毛洞电站工程主体工程大坝浇筑计划工期17个月，为第一施工年度12月至第三施工年度4月。根据导流及度汛要求，第二施工年度4月底(即汛前)，两侧非溢流坝段浇筑至632.00 m高程，溢流坝段(坝面缺口)浇筑至623.00 m高程；第二施工年度10月底(汛期结束)，两侧非溢流坝段浇筑至650.00 m高程；第三施工年度4月底，两侧非溢流坝段以及溢流坝段(坝面缺口)全部浇筑至坝顶高程。

3.5坝体浇筑温控措施

3.5.1坝体设计分层及温控标准

受大坝结构型式及节点工期控制，坝体堆石砼浇筑层高控制在1.5～2.0 m，大坝垫层按1 m分层。坝体堆石混凝土主要安排在低温季节施工，而且方量不大，5～10月控制其浇筑温度不超过20℃，允许内部最高温度不超过35℃。另外，在低温季节混凝土浇筑温度不宜低于3℃。

3.5.2温控及防裂措施

1)优化混凝土配合比设计。主体工程混凝土开浇以前，安排充分的时间进行混凝土施工配合比优化设计与混凝土生产工艺方式。选择发热量较低的中热水泥、较优骨料级配和优质粉煤灰，优选复合外加剂(减水剂和引气剂)，降低混凝土单位水泥用量，以减少混凝土水化热温升和延缓水化热发散速率，提高混凝土抗裂能力。

2)合理安排混凝土施工程序和进度，防止基础贯穿裂缝、减少表面裂缝。基础约束区混凝土、表孔等重要结构部位，在设计规定的间歇期内连续均匀上升，不出现薄层长间歇；其余部位基本做到短间歇均匀上升；尽量缩短固结灌浆时间；基础约束区混凝土尽量安排在11月～次年4月气温较低季节浇筑，避开5～10月高温季节。

3)采取综合温控措施，降低混凝土入仓温度和浇筑温度。采取综合温控措施，降低混凝土出机温度和浇筑温度。同时控制混凝土从出机口温度到浇筑温度回升系数在0.30以内，高温季节尽量利用夜间浇筑混凝土。在较高温时段施工大体积混凝土时，可适当降低混凝土出机口温度，同时加强仓面喷雾管理，降低施工区域局部小环境温度。

4结语

红毛洞水电站大坝采用堆石混凝土重力坝，最大坝高59.5 m，坝顶宽8.0 m，坝顶高程668.50 m。大坝左右两岸为非溢流坝坝段，中间为溢流坝坝段，坝轴线长134.0 m。工程区山体陡峭，施工条件差。为使工程顺利有序实施，在充分研究大坝堆石混凝土施工特点以及施工导流、度汛方案后，拟定大坝施工程序按Ⅲ期进行。并根据现场地形、地质条件，合理确定了受汛期影响的右坝段堆石混凝土材料运输及浇筑方案和控制性工期要求。红毛洞水电站大坝主体工程施工方案的研究成果借鉴了类似工程的成功经验，为工程顺利实施奠定了基础，同时也可为类似工程建设提供一定参考。