某工程高拱坝混凝土浇筑工期研究

杨明刚

（成勘院施工设计与管理部，四川 成都 610072）

1 概述

某水电站位于大渡河中游，电站总装机容量4×650 MW。

该工程枢纽建筑物由混凝土双曲拱坝、水垫塘、二道坝、右岸泄洪洞、左岸引水发电建筑物等组成。

工程挡水建筑物采用混凝土双曲拱坝，坝顶高程1135.0 m，建基面高程925.0 m，最大坝高210.0 m，坝顶厚10 m，坝底厚52 m，坝顶中心线弧长635.47 m。

影响该工程总工期的关键项目为初期导流工程及混凝土双曲拱坝工程，而双曲拱坝坝体的施工是影响工程总工期最重要的环节之一。

2 拱坝施工的外部条件

1）气象条件。坝址区多年平均气温16.9℃，极端最高气温39.2℃，极端最低气温－3.9℃，温度最低的1月月平均气温为8.0℃，具备混凝土全年施工的条件。

2）施工导流。大坝基坑采用一次拦断隧洞过流、全年围堰的导流方式，拱坝具备全年施工的条件。

3）混凝土运输设备。大坝混凝土采用3台30 t（9 m3立罐）平移式中速缆机运输入仓，缆机工作区完全覆盖整个拱坝。

4）拱坝布置及工程量。坝顶中心线弧长635.47 m，共设28条横锋，分为29个坝段，坝段间距为20.0～22.6 m，坝身设4个深孔，3个导流底孔。浇筑块最大仓面面积1242 m2。坝体混凝土总量330.85 万 m3。

3 拱坝施工进度研究

该拱坝施工进度采用大坝施工过程的计算机模拟及工程类比的方法进行研究。

3.1 大坝施工过程模拟研究

大坝混凝土浇筑的计算机模拟程序采用离散系统模拟理论建立数学模型，以状态变量和决策变量与约束条件间的数学逻辑关系来定量描述。主体程序通过状态变量和决策变量的改变，按照既定的浇筑规律和约束条件对大坝混凝土浇筑进行施工过程的模拟。

1）主要施工参数的选择与确定。模拟计算时应考虑有效施工天数、混凝土初凝时间、缆机布置参数、缆机循环时间及生产率等参数，以及坝体体型、泄洪深孔及导流底孔布置等坝体参数，从而确定所选缆机在运输过程中各阶段的时间参数。

2）模拟计算基本参数汇总。混凝土浇筑模拟计算所采用的基本参数见表1。

表1 某大坝混凝土浇筑基本施工参数表

3）其他主要约束条件。除基本参数外，模拟计算还应满足接缝灌浆、施工期度汛的面貌要求。同时应按照限定条件使用缆机。

①坝体接缝灌浆。坝体分为16个灌区进行接缝灌浆，即坝体925.0 m高程至1045.0 m高程分为10个灌浆区，灌浆区高度为12.0 m；坝体1045.0 m高程以上分为6个灌浆区，灌浆区高度为15.0 m。

接缝灌浆在施工进度方面的主要限定条件：灌浆区两侧坝块混凝土龄期不少于6个月，在采取有效措施得情况下亦不应少于4个月；灌区上部宜有12 m厚混凝土压重层，其中6 m为同冷层。

②施工期度汛要求。大坝施工应满足施工期度汛要求。大坝混凝土于第5年3月开始浇筑，根据度汛要求，坝体混凝土于第7年5月底应浇筑至1075 m高程，灌浆高程1045 m，坝体达到100年一遇挡水度汛标准；第7年11月导流洞下闸，11月至翌年4月进行导流洞封堵施工，坝体混凝土于第8年2月底浇筑至坝顶高程。

③缆机使用原则。鉴于部分坝块混凝土浇筑仓面面积过大，在程序中通过对缆机使用作相应的限制：每一浇筑块混凝土浇筑时间不超过24 h，在浇筑某一仓面时，若1台缆机不能满足要求，可使用2台或3台；若某个浇筑块混凝土间歇期将至，可优先安排该块的施工。

4）大坝施工过程模拟计算成果。根据模拟计算结果，坝体混凝土于第5年3月开始浇筑，第8年2月大坝混凝土浇筑即可全部完成，混凝土浇筑工期为36个月，上述成果满足全部限定条件。主要计算成果详见图1及图2。

图1 大坝混凝土浇筑强度及累计曲线图

图2 大坝混凝土浇筑与接缝灌浆进度曲线图

4 大坝浇筑进度的工程类比分析

4.1 模拟计算成果的工程类比分析

采用混凝土浇筑模拟程序在二滩工程施工时曾成功预测并指导了混凝土浇筑的跳仓、跳块顺序和浇筑进度，按施工动态模拟计算，其结果与实际施工情况基本吻合。二滩电站与此工程大坝模拟所用施工参数及主要设计成果详见表2及表3。

从两表中可看出，二滩混凝土双曲拱坝混凝土浇筑所用施工参数较本工程设计选用的施工参数略先进，鉴于二滩电站大坝混凝土施工的模拟计算结果与实际施工进度基本一致。因此，通过与二滩混凝土双曲拱坝施工比较，可知该电站大坝混凝土浇筑模拟所取参数是可行的、模拟计算结果是合理的。

4.2 与其他工程的类比分析

现将此双曲拱坝混凝土浇筑模拟计算结果与国内外近30年来已建或在建的200 m以上混凝土大坝施工资料进行比较，详见表4。

表2 二滩与某工程大坝主要施工参数比较表

表3 二滩与某工程大坝主要设计成果比较表

从表4可以看出，该工程混凝土双曲拱坝在浇筑强度及工期上均处于中下水平。与美国六七十年代建成的德沃歇克混凝土坝相比，其坝高和混凝土量均大于此大坝，采用3台23 t缆机吊6 m3罐施工，其月平均浇筑强度和最大强度分别为9.20万m3/月和18.40万m3/月；而此大坝施工选用的3台30 t缆机吊9 m3罐，月平均浇筑强度和最大强度分别9.19万m3/月和15.17万m3/月，单台缆机生产率月平均为3.06万m3/月，与德沃歇克相当。从国内已建成的二滩水电站大坝混凝土施工情况分析，其单台缆机平均生产率为3.39万m3/月，坝体月上升速度为6.0 m/月，均较该工程施工参数先进。

表4 某大坝与国内外混凝土大坝施工情况比较表

由此可见，基于36个月的浇筑工期，此大坝缆机的效率尚有一定潜力。

5 结论

通过对该工程双曲拱坝混凝土浇筑施工进行的模拟计算分析及工程进度的工程类比分析可知，其混凝土双曲拱坝36个月的浇筑施工工期是合适的。

采用混凝土坝施工模拟软件结合工程类比分析，对分析混凝土坝的施工进度、协助进行施工设备选择是一种有效且可靠的手段。

现在越来越多的工程不仅在前期分析论证过程中采用上述方法，在实际建设过程中，计算机模拟技术也得到了越来越多的运用，并产生了良好的效果。