大石门水电站工程关键技术措施

2011-04-01陈志杰

东北水利水电 2011年10期

陈志杰，戴聪

（四川大唐国际甘孜水电开发有限公司，四川康定 626001）

1 工程概况

大石门水电站位于内蒙古赤峰市克什克腾旗境内，工程位于西拉沐伦河干流上游。工程开发任务以供水为主、兼顾发电、旅游等综合效益，是蒙东地区煤炭资源转化产业链的重要支撑性项目。水库建成后近期为当地工业发展提供3 000万m3水量，远期提供6 000万m3水量。工程主要由沥青混凝土心墙堆石坝、竖井式溢洪道、坝后引水式厂房等建筑物组成。其中沥青混凝土心墙堆石坝最大坝高60.28 m，坝顶长203 m，坝顶宽6 m，坝底宽185.75 m，上、下游坝坡坡比分别为1∶1.6、1∶1.75。

2 工程建设存在的问题

大石门水电站供水对象均为投资巨大、经济效益显著的煤化工和大型火电项目，因此按期供水是水库工程建设必须实现的首要任务。在施工过程中，工程工期紧与有效施工时间短的矛盾、前期勘探工作深度不够导致设计方案变化频繁，这两个方面问题严重制约工程建设目标的实现。

1）由于工程位于严寒和风能资源丰富地区，每年10月15日至次年4月15日，一般情况下平均气温在0℃以下且降雪频繁，最低温度达到-30℃以下；年平均风速为3.7 m/s，多年平均最大风速19.3 m/s，汛期平均最大风速为15.1 m/s。工程的施工关键线路为沥青混凝土心墙堆石坝，大坝的施工关键线路为沥青混凝土心墙，根据DL/T5363-2006《水工碾压式沥青混凝土施工规范》规定，水工碾压式沥青混凝土防渗墙正常施工的气象条件为：非降雨雪时段、施工时风力小于4级、沥青混凝土防渗心墙施工时气温在0℃以上。因此工程所处地区的特殊气侯条件决定了大坝年有效施工期不足半年。同时由于水库蓄水至供水水位需7个月，而工程供水对象要求在工程开工后2年后具备供水条件，所以工程从开工至蓄水工期为17个月，扣除冬季停工期6个月，实际工期仅11个月。因此，工程建设工期紧与有效施工时间短的矛盾非常突出。

2）工程实施过程中地质条件与原勘探成果差别较大，实际地形与测量成果差别也很大，导致大坝、厂房等主体项目设计方案均进行了调整。这些设计方案的变化如不及时确定，考虑到冬季停工期将会使工期拖延一年。

3 对关键技术问题采取的措施

1）大坝坝轴线调整及两岸坝坡坡比优化。工程进场初期对地形进行复测时，发现大坝轴线正处于冲沟内，对该冲沟实际地质条件进行补充勘探后，发现该部位地质条件与原地质勘探成果有较大出入，大坝基础防渗处理深度将大大增加，同时防渗帷幕岸坡延伸段也需延长，坝肩开挖量也将增加。而将大坝坝轴线右端点向下游平移30 m后整体地质条件优于原坝轴线，且不影响工程总体布置，在经设计复核后，及时对大坝轴线进行了调整，避免了后续施工过程中工程量、施工难度加大和相应的工期延长，同时坝轴线优化调整后长度由203 m缩短为187 m，减少了大坝工程量，也缩短了大坝施工工期。

根据实际地形、地质情况，坝区两岸岸坡上部均为上更新统冰水堆积物，主要为灰白色细砂夹薄层粘土、壤土灰白色中细砂、含砾中细砂，局部夹砂卵（砾）石，厚度大于100 m。如按设计坡比进行坝坡开挖，需对该区域内堆积物进行处理，处理后稳定坡比必须缓于1∶1.75，处理工程量巨大且后期生态修复难度大。针对以上实际情况下，对沥青混凝土心墙基座混凝土坡度和大坝岸坡坡度进行了优化，经设计复核，按照基座混凝土坡比不陡于1∶0.5、相邻基座间突变不超过20度、大坝岸坡坡度不陡于1∶0.5进行控制。以上措施大大减少了开挖对工期影响，由于工程量和施工难度减少，利用冰冻期完成了基座开挖，为大坝施工赢得了宝贵时间。

大坝坝轴线调整及两岸坝坡坡比优化后，大坝填筑量由原设计的60余万m3减少至41万m3，大坝心墙沥青混凝土减少4 000 m3，避免了大规模边坡开挖和后期生态修复工作。既缩短了工程工期，缓解了工程工期紧与有效施工时间短的矛盾，也降低了工程造价。

2）大坝堆石料料场优化调整。大石门水电站大坝坝壳料料场处于库区、大坝上游3.5 km处，大坝下游未考虑料场。按照工程整体规划方案，大坝施工至死水位高程、泄洪系统具备泄洪条件，工程即具备下闸蓄水条件。由于料场处于库区，如按规划方案实施，蓄水前需对未填筑坝体堆石料转运至大坝下游堆存，存在转运量大、增加征地面积等问题。经过对蓄水方案和投资变化等方面综合比较，在大坝下游进行了补充勘探工作，在大坝下游约1 km处新选料场一处，新料场料源质量及储量均满足要求。在大坝施工高峰期，由于大坝堆石料运距缩短，较好的弥补了施工单位资源投入不足问题，满足了大坝填筑高峰期强度要求，为水库按期蓄水奠定了良好基础。

3）大坝围堰防渗方案优化调整。大石门水电站所处西拉沐伦河，每年有春汛和夏汛两个汛期，其中春汛发生在每年三月且流量较大，而夏汛发生频率较小且汛期流量相对较小。大石门水电站主体工程施工第一年春汛后截流，结合汛期特点，确定了上游围堰重点部位提前进行高喷防渗处理、上游围堰水头较低部位和下游围堰采用粉细砂结合粘土进行防渗处理，基坑加强抽排的综合方案。该方案的实施实现了工程当月截流、当月完成基坑开挖，在夏汛来临前完成了上游围堰高程以下的基座混凝土浇筑和大坝基础防渗施工的进度目标，较原围堰防渗方案工期缩短了1个月。

4）冬季沥青混凝土心墙施工实践。通过在气温为-10℃以上、2级风以下、无降雪条件下的施工试验，得出了在该条件下通过采取调整沥青混凝土配合比、调整沥青混凝土心墙初碾及终碾温度、碾压完成后加强保温防止温降过快、加强结合面温度控制及质量检测等措施，能够保证沥青混凝土心墙施工质量的结论。在主体工程施工第一年，利用10月15日至11月底期间，室外温度在-10℃以上、2级风以下、无降雪时间段进行了沥青混凝土施工和大坝填筑施工，共完成了心墙沥青混凝土25层（6.2 m）。该措施的实施虽然增加了工程费用，但大大缓解了工期矛盾。

5）沥青混凝土心墙设计优化。经过理论计算，大石门水电站沥青混凝土心墙厚度为40 cm，即可满足防渗要求和自身稳定要求，考虑施工技术水平和留有一定的安全裕度，沥青混凝土心墙设计厚度均为60 cm。在大坝施工到顶部20 m时，考虑到沥青混凝土心墙施工工艺和质量控制措施，已被主要施工人员熟练掌握，同时考虑到此高程后每层坝壳填筑量大大减少，为了加快进度，大坝顶部20 m沥青混凝土心墙厚度由60 cm优化为40 cm，每层沥青混凝土摊铺量减少后也有效的加快了大坝施工进度。