越南莱州水电站碾压混凝土重力坝设计与施工

[越南]

阮红河 等

曹艳辉　　马贵生　译



越南莱州水电站碾压混凝土重力坝设计与施工

[越南]

阮红河 等

摘要：莱州水电站为越南北部沱江干流梯级开发的最上游一级，由越南电力集团建设，下游还有山萝水电站、和平水电站。沱江支流在建或已建的电站有3座，越南电力集团拥有其中的2座。目前，越南电力集团在越南国家电网拥有的总装机容量为6 260 MW。对越南莱州水电站碾压混凝土重力坝的施工状况作了介绍。

关键词：RCC重力坝；莱州水电站；越南

1沱江流域开发现状

沱江为越南北部红河的主要支流，发源于中国境内，流域总面积为5.26万km2，其中有一半在中国境内。莱州水电站坝址控制流域面积2.6万km2，坝址处多年平均流量为854 m3/s。越南电力集团(EVN)属下水电站在沱江流域的分布及其主要坝型和装机容量方面的相关数据列于表1中。

2莱州RCC重力坝设计

莱州(Lai chau)水电站的可行性研究历经许多年，2009年，JSC工程咨询公司完成并提交了对该水电站的可行性研究报告。2010～2012年初，根据国际标准和越南的相关标准，完成了莱州水电站的技术设计，包括对RCC原材料的评价。通过RCC拌和试验，提出RCC配合比，保证了大坝经济、快速、高质量地浇筑；同时，制定了详细的施工方案和施工方法，优化施工设备配置，以满足2015年首台机组发电的进度要求。2012年末，技术设计报告得到相关主管部门批准。

大坝最大高度131.0 m，坝顶长620.0 m，选取多个坝体典型断面，连同坝基一起进行结构分析和可靠性分析，包括刚体的稳定性分析、有限元静力和动力分析以及二维和三维有限元热应力分析。分析结果表明：上游坝面垂直，下游坝坡比为1∶0.75(V∶H)，坝顶宽度为12 m，在正常、非正常和极端荷载等各种工况下，安全系数均满足设计标准。

采用运行基本地震和最大可信地震反应谱与时程进行了动力分析，分析结果表明：在层间接缝处，RCC的竖向抗拉强度应达到0.8 MPa，这一标准为365 d龄期试样的特征强度。根据越南国内的工程实践，该值可以作为验收标准，而在其他地区类似的RCC大坝中要求进行广泛的取芯试验。热应力分析表明，RCC浇筑的最高允许温度为20℃。

在高程190.0 m、233.0 m和265.0 m处，分别布置了3层廊道，其中，后2层廊道均延伸到了两岸的坝肩处。在河床最大坝高段布置有2排帷幕灌浆孔，孔深进入基岩80 m处。在大坝和坝肩最低的廊道中，布置有倾向防渗帷幕下游侧的排水斜孔，最大孔深为50 m。

RCC水泥含量较高，具有在简单浇筑程序下获得较强结合力的和易性，这样可以加快施工进度，提高现场浇筑质量，无需施工冷缝处的垫层混合料或砂浆。RCC配合比的设计和优化分为4个阶段，采用不同的水泥，1种粉煤灰，缓凝外加剂和2种骨料。推荐并用于RCC重力坝施工的RCC配合比的强度满足要求，每立方米的水泥用量为220 kg，其中60 kg为PC40水泥，160 kg为粉煤灰，PC40水泥起初从巴森(But Son)水泥厂采购，后期则从距离较近的安平(Yen Binh)水泥厂采购；粉煤灰从普吏(Pha Lai)燃煤热电厂采购。

热电厂生产的粉煤灰残余含碳量(燃烧损失)较高而且含量变化也比较大。根据越南相关主管部门的要求，需要对粉煤灰实施处理，且处理后的残余含碳量不得高于6%。经碳分离处理后，粉煤灰的燃烧损失最大值降至3%。混凝土骨料最大粒径为50 mm，单位含水量为110 kg/m3。RCC的初凝时间为18～24 h，因此每一层RCC均可在初凝时间内浇筑完成，从而增强了RCC的整体性，减少了在浇筑下一层RCC之前对层间缝处理的工作量。如果每层RCC体积均不超过1 000 m3，那么其初凝时间可缩短至9～15 h。

莱州水电站与山萝水电站使用的是同一级别的RCC，其特点之一是使用池灰，而且是首次大规模使用。拌和试验表明，尽管这种F级粉煤灰(美国材料与试验协会标准C618)的残余碳含量较高，但是具有黏结力强、强度高的特点。因此，仍确定将其用于山萝水电站RCC坝的施工。粉煤灰这种优良性质与Ⅰ类水泥相结合并将其用于大坝工程中，可大幅减少RCC中的水泥用量，且能达到混凝土的强度要求。

由于采用了以下几项措施，使山萝和莱州水电站大坝的耐久性可得到有力保证。

(1) 充分利用了本被废弃的粉煤灰。

(2) 减少水泥的用量(如果使用碾磨生产的不含火山灰的石粉来代替粉煤灰，那么山萝水电站RCC中的最终水泥用量将会是其实际使用量的2.5倍，莱州水电站RCC中的水泥用量更低)。

(3) 开辟新商机(拓展混凝土的应用范围，将未完全燃烧的碳作为煤来销售等)。

3施工速度

RCC坝施工的主要优势在于混凝土的浇筑速度快，可以保证项目的施工进度。山萝水电站建在莱州水电站的下游，2008年1月11日至2010年8月26日，共浇筑RCC 270万m3，是越南第一个按期完工的大型公共项目。项目完工以后，越南电力集团每天获得的发电收益达100万美元。

莱州水电站的RCC浇筑施工在2015年4月中旬完成，比原计划的5月底完工提前了将近2个月。工程于2015年底实现首台机组投运发电，每天的发电收益为50万美元。像山萝和莱州水电站这类水电工程，不能因为发电效益而过分强调施工速度的重要性，如果能如期或提前完成，不仅能增加发电量，且可降低承包商现场施工的费用。

4施工安排

2013年3月7日，莱州RCC坝开始在狭窄的河谷中施工，共分成4个坝段，每个坝段均由几个单元组成。对前期施工图所需的3台缆机和单元工程的布置，均采用由工程主管口头批准的方式，如果为了简化RCC施工布置而需要对已获准的设计图纸进行修改，那么其手续非常繁琐复杂。混凝土拌和楼位于坝址下游，将RCC从拌和楼输送到坝上需要借助于几台缆机，第1台和中间1台缆机主要负责施工溢流表孔堰面以下以及电站进水口右侧至叠梁门库的混凝土输送，第2台缆机主要用于左岸坝段施工，中间的缆机同时又作为第3台缆机用于右岸坝段的施工。

首先，对常规大体积混凝土以下及钢衬泄水底孔以下的RCC进行施工，同时又对位于河床中部溢流坝段常规混凝土溢流堰面以下的RCC进行施工。根据施工进度安排，在对电站进水口处的常规混凝土右侧RCC进行浇筑之前应留有一定的间歇时间，以进行电站进水口常态混凝土的施工；间歇后，才能开始左岸非溢流坝段RCC的浇筑。由于压力钢管和电站进水口常规混凝土施工留有2段较长的间歇时间，从而影响到了整个RCC的施工进度(部分是由2014年6～9月第2条RCC施工缆机安装原因所致)。第3条RCC施工缆机的安装进展比较顺利，河床导流明渠内的RCC浇筑施工于2014年12月10日顺利开始。截止2015年3月初，大坝仅剩右岸非溢流坝段上部35 m高度未完成。

尽管莱州水电站的混凝土浇筑程序比较复杂，但同时也具有一大优势，由于浇筑单元相对比较小，RCC可层层连续浇筑；坝体中的水平施工缝有98%是“热合”的，除了必要的清理以外，无需对层间缝进行任何处理就可以保证现场浇筑RCC的质量。

莱州水电站RCC浇筑进度的另一个控制因素是导流方案，旱季为2个10 m×16 m(宽×高)的导流底孔导流，汛期导流则增加1条底宽为34 m的导流明渠。右岸RCC开始浇筑施工的时间不可避免地受到了2014年汛期持续时间、河流水位以及下游山萝水电站库水位的制约。

另一个导流方案是增设导流底孔来代替导流明渠，以使RCC浇筑施工不受高水位的影响。如果大坝建设工期缩短，提前发电产生的效益能够抵消增设导流底孔所增加的费用，那么全导流底孔导流的方案就更经济合理。在莱州水电站大坝RCC施工过程中，可能由于自身原因造成施工间歇，累计有5个月，因此大坝的建设工期至少可缩短一部分。由此看来，导流方案对莱州水电站的施工工期影响显著。

图1(a)为2013年12月11日从莱州水电站大坝左岸拍摄的河床中部溢流坝段C5 RCC正在浇筑的状况；图1(b)为15个月后，即2015年3月10日同一位置拍摄，大坝正在施工R2 RCC。通过对2张照片对比可知，大坝的施工速度非常快。

5质量控制

5.1安全监测

对莱州水电站进行了安全监测，监测内容包括位移、应力、应变、温度、坝基孔隙水压力、两岸地下水位(蓄水前和蓄水后)、地震加速度和渗漏等。特别是开展了RCC早期特性监测，包括在RCC中埋设有效应力计、长基应变计和热电耦合计。

将监测仪器安装完成以后，即定期进行监测，迄今为止，已为大坝的施工条件和施工质量提供了大量翔实可靠的数据信息。随着监测数据的不断增加，还需要对其进行分析处理，经分析处理后的数据将作为水库蓄水前的初始值。

5.2RCC坝

对RCC坝制订了大量质量控制措施，包括密度和稠度(修订的VeBe试验)控制、RCC拌和楼温度和浇筑温度控制、RCC凝固时间以及室内RCC抗压和抗拉试样的制备。每2 000 m3的RCC取样一次进行一组抗压试验，每10 000 m3RCC取样一次进行一组抗拉试验，每组试样采用不同的龄期，最大龄期为1 000 d。此外，碾压后利用核子密度仪现场测定RCC的密度，最小原位密度值应满足设计要求。

在本文撰写期间，800组试样的龄期几乎均达到28 d;其中550组试样的龄期高达365 d，抗压强度及拉强度试验成果分别见图2和图3。越南主管部门规定,RCC 365 d龄期的抗压强度不得小于17.65 MPa。迄今为止，RCC的抗压强度均值达到了21.3 MPa，超过设计值近20%。RCC抗拉强度设计值为1.39 MPa，现场试验的抗拉强度值满足设计要求。

6原位芯样特性

只有通过大量的原位试验，才能确定合理可行的RCC施工技术。应与同行分享所获得的试验数据，才有利于RCC坝技术迅速发展。在越南协议书框架下，要获得工程认可，需要进行现场RCC工程特性试验，因此采取大量91 d龄期以内各种龄期的芯样试验是整个质量管理(或质量控制)的重要环节。芯样试验内容包括抗压强度、抗拉强度(包括原材料和施工缝)和压缩模量。至今共进行了超过300组的抗压试验、1 000组的抗拉试验和150组的压缩模量试验。

芯样抗压强度试验成果见图4，5，由芯样抗压强度试验数据绘制的拟合曲线与圆柱体的拟合曲线进行了对比分析。可以看出，芯样原位抗压强度要略低于圆柱体的抗压强度，但是2条曲线几乎平行。365 d龄期的设计芯样抗压强度为16.6 MPa，现场芯样的平均抗压强度为18.3 MPa，约高出设计值10%。同样，试样(大约340个)的直接抗拉强度见图3，对芯样与圆柱体试样的抗拉强度拟合曲线也进行了对比分析。结果表明，不仅芯样的抗拉强度高于圆柱体试样的，而且原位抗拉强度随着龄期的增长速度会更加缓慢。尽管如此，原位芯样的抗拉强度平均值约为1.35 MPa，约比设计值1.25 MPa高8%。

对于包含接触层面试样(目前已经取样约680组)的分析会更加复杂，因为其分析涉及到2个变量问题，即龄期与层间缝结合的修正系数MMF，需要在所有试验均完成后再进行详细分析。目前，包含与不包含接合层面的试验结果一致，在混凝土龄期达到182 d后，强度略有增加;而随着MMF的增加,其强度略有减少。实际上，在设计龄期内，所有试验成果均超过设计值0.9 MPa。

7结语

虽然莱州水电站施工组织设计做得很好，特别是电站进水口结构和导流方案，但是经过在施工期修改设计方案以后，实际工期缩短3～6个月，RCC的浇筑比原计划提前2个月完成，基本上实现如期发电的目标。莱州和山萝2座水电站的按时建成，可以缓解越南电力供应紧张的局面。

通过大量的现场RCC试验，结果表明，莱州水电站RCC的特性均满足甚至超过了越南相关主管部门确定的设计标准。

曹艳辉马贵生译

(编辑：赵秋云)

收稿日期：2015-12-26

文章编号：1006-0081(2016)05-0020-04

中图法分类号：TV642.2

文献标志码：A

(译者简介：曹艳辉，男，长江勘测规划设计研究有限责任公司,高级工程师。)