西藏某水电站混凝土重力坝型式研究

(中国电力建设集团华东勘测设计研究院有限公司，杭州，311122)

1 工程概况

西藏某水电站的开发任务为发电，水库为日调节水库，枢纽建筑物主要由挡水建筑物、泄洪消能建筑物、引水发电系统及升压站等组成。电站利用水头65m，装机容量为4×165MW。

坝址区两岸地形较完整，左岸稍缓，右岸稍陡，地表多基岩裸露，正常蓄水位高程处河谷宽约312.9m，河谷呈较对称的“V”型。

坝址区岩性为喜山期黑云母花岗闪长岩，局部夹黑云母角闪石英闪长岩条带状岩脉；岩体较完整，以弱风化为主，左岸坡卸荷相对强烈，属Ⅲ类岩体，右岸属Ⅱ类岩体；河床覆盖层较薄，下伏基岩属Ⅱ类岩体。

坝址区具备布置混凝土重力坝和混凝土面板堆石坝的条件，通过技术经济比较，混凝土重力坝方案在地形地质条件、枢纽布置、施工条件、环境保护、水能利用及工程可比投资等方面均优于混凝土面板堆石坝方案，故推荐采用混凝土重力坝坝型，最大坝高为118m。

2 问题由来

通过比较，采用混凝土重力坝较优，但采用常态混凝土重力坝(以下简称常态坝)或碾压混凝土重力坝(以下简称碾压坝)需要进行研究比较。

西藏地区气候特点是海拔高、气压低、昼夜温差大、日照时间长、紫外线强度较大、蒸发强烈，氧气含量少，多大风；已建和正在建设的坝高大于50m的混凝土重力坝共5座，其中常态坝为4座，碾压坝1座。

在内地同等规模的水电站近期多采用碾压坝方案，可利用碾压混凝土施工速度快的特点以实现提早发电，另外可利用粉煤灰价格低于水泥的特点，达到降低工程造价的目的。

西藏地区不产粉煤灰，工程所用粉煤灰需从青海、四川、甘肃等外省运入，距离远，成本高，粉煤灰价格与水泥价格基本相当，采用碾压混凝土坝方案是否还有造价上的优势？本工程为坝后式厂房布置，关键工期在厂房建筑物，碾压坝的快速施工特点还有什么优势？因此需要从多方面对常态坝和碾压坝两种坝型进行研究选择。

3 两种不同材料坝型比较

主要从水工、施工、温控及投资方面进行对比分析。

3.1 水工方面

3.1.1 大坝体型设计

两种材料坝的设计体型均相同，为：上游折坡点位于最低建基面以上1/4最大坝高处，折坡坡比为1∶0.2；下游坝坡采用1∶0.75，起坡点位于坝顶。

3.1.2 坝体分缝分块方面

常态坝和碾压坝在横缝设计方面相同，最大间距均为28m的溢流坝段。

常态坝和碾压坝区别在于纵缝的设置，常态坝需在河床坝段设置1条纵缝，大坝蓄水前纵缝周边坝体混凝土需进行二期通水冷却，以便接缝灌浆，而碾压坝则不需设纵缝，少了灌浆环节，碾压混凝土坝略优。

3.1.3 坝体混凝土性能指标及材料分区方面

常态坝和碾压坝坝高一样，坝形一样，根据规范要求，混凝土的强度及耐久性设计要求一致，均采用同一套标准，故两种方案的材料性能指标基本相同。由于施工工艺上的不同，两种方案的大坝材料分区上略有不同，但不存在本质的区别。

3.2 施工方面

3.2.1 大坝施工方法

通过研究比较，常态坝方案坝体混凝土主要采用4台20t缆机浇筑；碾压坝方案大坝碾压混凝土采用自卸汽车、满管溜槽的入仓方式，大坝常态混凝土采用1台MQ900型门机和3台SDTQ1800/60型门机为主，1台30t固定式缆机辅助的浇筑方案。

两方案施工方法均可行，不制约常态坝与碾压坝方案的比选，但碾压坝可减少缆机，简化缆机平台布置。

3.2.2 施工布置

两方案枢纽布置格局基本相同，仅筑坝材料不同，两方案施工布置差别不大。

3.2.3 施工工期

由于关键线路在厂房，因此两方案发电工期及总工期相同，筹建期进度安排也基本相同。碾压坝方案采用通仓碾压施工，在施工进度安排上灵活性较大，即使在冬季等不利时节停工3个月(冬歇期12月-次年2月)，也不影响总工期，相对工期保证率较高。

3.2.4 混凝土原材料供应

碾压混凝土需要的水泥用量与常态混凝土方案相比有所减少，但总量相差不大，供应情况基本一致。

碾压坝方案需要的粉煤灰量约13.93万t，相对常态坝方案的10.19万t有较大幅度增加，粉煤灰供应保障难度有所增加、需增加仓储面积约1500m2，增加投资约240万元。

3.2.5 施工强度和劳动力资源

常态坝方案大坝混凝土浇筑高峰强度约为8.7万m3/月，大坝混凝土施工高峰期施工人数约为480人；碾压坝方案大坝混凝土浇筑高峰强度约为12万m3/月，大坝混凝土施工高峰期施工人数约为420人。虽然碾压坝混凝土浇筑高峰强度大，但所需人数较少。

3.3 温控方面

3.3.1 出机口温度、浇筑温度方面

常态坝和碾压坝在出机口温度、浇筑温度等方面由于温度控制标准基本相同，但受冬歇期停工影响，碾压坝混凝土浇筑主要集中在高温季节，相对常态坝其大坝制冷混凝土方量较常态坝多了约49万m3，大坝制热混凝土较常态混凝土少了约43万m3，常态坝与碾压坝的制热混凝土和制冷混凝土总量基本相同，常态坝与碾压坝基本相当。

3.3.2 表面保温措施方面

碾压坝较常态坝方案除多了越冬层面的仓面保温措施外，其它的基本相同，常态坝略优。

3.3.3 通水冷却方面

常态坝设置了1条施工纵缝，蓄水前需二期通水冷却，而碾压坝没有设置纵缝，所以没有纵缝接缝灌浆以及二期通水冷却要求，比较分析可知，常态坝较碾压坝最终降温幅度要大5℃～6℃，也即常态坝为了二期冷却需要比碾压坝多投入约70%的冷却通水工程量，碾压坝略优。

3.3.4 温控防裂方面

根据三维有限元温控仿真计算分析，常态坝方案坝体温度应力的最小安全系数为1.65(对应强约束区1.59MPa的顺河向温度应力)，碾压坝方案坝体温度应力的最小安全系数为1.96(对应强约束区1.43MPa的顺河向温度应力)，均满足规范要求(不小于1.50)，其中碾压坝方案的安全系数略高于常态坝方案，主要原因是碾压混凝土绝热温升较常态混凝土低，所以在基本相同的温控措施下，碾压坝略优。

根据工期安排，碾压坝在冬季停工3个月左右，避开了寒冷气候的影响，除了做好保温外，其它温控措施可大大简化。

综上所述，碾压坝温控防裂措施略优于常态坝。

3.4 可比投资方面

通过从水工布置、温控措施及施工布置方面进行可比投资比较，碾压坝方案可比总投资比常态坝方案少4451万元，碾压坝较优。

表1 可比投资估算 单位：万元

4 结论

本工程采用常态坝或碾压坝均是可行的，但碾压坝可取消大坝纵缝，减少了灌浆环节；且在冬季可以停工3个月左右，以避开寒冷气候的影响，温控措施较常态坝可大大简化；可减少缆机，简化缆机平台、绕坝交通洞等施工辅助设施；采用通仓碾压施工，在施工进度安排上灵活性较大，即使在冬季等不利时节停工，也不影响总工期，相对工期保证率较高；总可比投资较常态坝方案少约4451万元，因此，碾压坝方案较优，推荐采用碾压坝方案。

碾压混凝土缝面及层面处理、预埋件施工等易成为薄弱环节，近年来建设的许多工程均出现了不同程度的坝体渗漏，特别是西藏地区的气候特点对碾压混凝土施工提出了更高的要求，这就需要在施工过程中严格按相关规程规范进行质量控制，才可确保碾压坝的工程质量，西藏地区的其他类似工程也证明了这点。