天花板水电站的关键技术问题

邓毅国

（中国水电顾问集团北京勘测设计研究院，北京 100024）

0 引言

天花板水电站位于云南省昭通市境内的牛栏江上，是牛栏江梯级规划的第七级电站，电站总装机容量180 MW。工程采用混合式开发，枢纽工程为碾压混凝土拱坝、右岸引水、岸边厂房的布置格局。碾压混凝土拱坝最大坝高107.0 m，坝顶长159.87 m，拱坝的厚高比为0.212。在大坝的中部设有3个10 m×8.5 m的表孔和2个5 m×6.5 m的中孔，右边还设有一个2 m×4 m的冲沙孔。根据拱坝的坝体布置和仿真计算成果以及现场实际条件，布置了2条诱导缝。

工程开工后，两岸坝基及开挖支护、岸边厂房的后边坡开挖支护、建基面选择、碾压混凝土施工及温度控制、诱导缝设计等贯穿拱坝施工过程中的一系列问题都出现了特点各异技术变化，成为天花板水电站设计、施工中的关键技术所在。

1 厂房后边坡开挖

天花板水电站为岸边式厂房，厂房的后边坡高度为87 m，相对并不高，地质条件以及设计计算的边界条件并不复杂；但因支护跟进不及时，导致施工中开挖至厂房基础时，边坡整体向外的变形不收敛，表面出现了局部坍塌、裂缝的现象。如不及时加固，将会造成更危险的工程问题。监测资料表明，仅对厂房后边坡的范围加强支护，所增加的支护力是有限的。

为了保证工程安全，结合现场的地形、地质条件和该区域的监测资料，最终采取了首先加固整个边坡外围，增加坡顶的支护力的加固方案。边坡外围采用预应力锚索，第一、二级边坡增设混凝土网格梁和预应力锚索。上述方案实施后，厂房后边坡的变形趋于收敛。

2 拱肩槽开挖

天花板水电站坝址两岸河谷陡峭，根据拱坝布置，左岸拱肩槽边坡开挖边坡高度达到130 m。研究决定，在拱坝坝顶之上设置一个窑洞并与上坝公路相连，窑洞以下仍按拱坝的体形要求开挖拱肩槽。窑洞的布置除可节省开挖和支护工程量外，还可使坝肩边坡的高度减少了67 m，从而保证了左岸坝肩边坡的稳定性。同时，施工道路布置也不需要进行边坡开挖，减少了对高陡峭边坡的扰动，保证了原始边坡的稳定性，也减少了对拱坝下游拱肩抗体的扰动。

3 拱坝建基面

拱坝坝基建基面选择是工程中非常重要的技术问题。天花板水电站拱坝原设计坝高113 m，由于两岸陡峭，开挖持续时间较长，建基面岩体表面出现不同程度的卸荷，岩体较为破碎。基于这种现象，在坝基开挖至河床时，对整个坝基进行了物探声波检测。声波资料表明，拱坝建基面的岩体表面出现了不同程度的卸荷松弛，两岸的松弛深度达到2 m，河床坝基的卸荷深度一般不超过1 m。结合整个建基面的岩体条件和河床坝基的声波资料，及时将坝基抬高6 m，从而减少了坝基开挖量和坝体混凝土量，使大坝施工工期滞后的局面得到改善。

4 碾压混凝土施工及温度控制

天花板水电站大坝碾压混凝土实际施工过程中，由于混凝土生产系统没有制冷系统，坝体内部的冷却水管的冷却效果不理想，导致坝体施工时段温度环境对碾压混凝土温度控制不利。基于这些实际情况，结合其他工程碾压混凝土拱坝温度控制经验，并考虑本工程的大坝初期运行条件，适当放宽了碾压混凝土的温度控制指标。在施工过程中和大坝初期蓄水阶段，密切注意拱坝诱导缝、坝体温度变化的实际情况与温度仿真分析的对应关系、坝体温度的实际冷却速率、本工程已经出现的最大温降等，提前预测了碾压混凝土拱坝诱导缝在大坝蓄水阶段的变化。

大坝碾压混凝土施工是一个动态的变化过程，大坝施工进度、温度控制指标、施工时的温度环境等因素都在不断的变化。本工程在大坝施工高峰期遇到了该地区很少遇到的冬季高温现象，使碾压混凝土施工的温度控制边界条件已经脱离了原来的设想。由于工期要求，本工程碾压混凝土拱坝的温度控制在施工阶段已经无法达到原来的设计要求。结合工程实际，重新进行了拱坝的温度仿真分析和敏感性分析。根据工程实际进度和可能出现的有关情况，适时地预测拱坝的温度条件并与大坝的监测资料进行对比，将有关碾压混凝土拱坝的温度控制的分阶段参数进行了修订，以适应边界条件的变化。

5 拱坝诱导缝的讨论

碾压混凝土拱坝一般设置诱导缝，诱导缝的设计与碾压混凝土拱坝的设计、施工、大坝的材料、物理力学指标、温度控制标准密切相关。诱导缝的设置一般在大坝设计中与事先预定的相关参数有直接的关系。在工程实际施工中，碾压混凝土拱坝的原材料、混凝土的物理力学指标、大坝实际施工的温度环境、施工进度、拱坝的实际温度变化过程等都会与原来的设计意图有所变化，给事先设置的碾压混凝土拱坝诱导缝带来变数，使碾压混凝土拱坝的诱导缝成为大坝蓄水阶段的一个重要的工程技术问题，并直接影响大坝蓄水甚至是整个工程的工期。

本文以为，碾压混凝土拱坝的诱导缝设计理论依据、设计条件和设置方式都是可行的，但对诱导缝的张开判据还需要进行必要的研究。对于碾压混凝土拱坝而言，诱导缝张开的诱因是关键，大体积混凝土的裂缝一般从上、下游表面开始张开，而碾压混凝土上、下游表面都有变态混凝土，因而变态混凝土的相关指标、施工质量、温度环境等有可能是诱导缝张开必须考虑和研究的因素。建议在实际工程中，密切注意工程的施工过程、坝体温度的变化过程和速率、碾压混凝土的一些关键指标的变化，仿真计算的控制性要求；在大坝蓄水前，如果诱导缝没有张开，应重新进行拱坝的仿真计算和必要的敏感性分析，以了解诱导缝的实际受力条件。