特高堆石坝坝基混凝土单元工程优良率影响因素分析

王万千 郭成 吴先俊 李鹏 康向文

摘要：为提高双江口水电站大坝坝基混凝土单元工程优良率，基于组合赋权理论，建立影响因素评价模型。根据模板局部变形、模板安装不牢、脱模剂不合格、仓面振捣时间不足、未按配合比拌料等16项末端因素，构建坝基混凝土浇筑质量评价体系，运用G1-熵权组合赋权法评估大坝坝基混凝土影响因素，并制定对策措施。计算结果表明：16项末端因素中模板局部变形、模板未除锈、倉面振捣时间不足是影响双江口水电站大坝坝基混凝土单元工程优良率的主要因素。该方法在双江口水电站大坝坝基混凝土浇筑过程中得到较好的应用，可为后续类似工程提供借鉴。

关键词：特高堆石坝;坝基混凝土;单元工程优良率;熵权组合赋权法;双江口水电站

中图法分类号： TV642.4 文献标志码：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.09.007

文章编号：1006 - 0081（2021）09 - 0042 - 07

0引 言

近年来，在国家西部大开发、西电东送的发展战略中，中国已建、在建的200 m以上的高坝多为堆石坝[1]。这些堆石坝建在河流上游，大多具有“高水头、大泄量、窄河谷”等特点，且存在“高陡边坡、深厚覆盖层、施工场地紧凑、施工强度高”等问题，增加了现场施工控制的难度，降低了单元工程优良率[2-3]。300 m级特高堆石坝心墙盖板混凝土作为左右岸坝肩基岩固结灌浆盖重以及大坝防渗土料与两岸基岩结合部位，具有防接触冲刷作用，其施工质量控制尤为重要[4]。因此，系统分析坝基混凝土浇筑影响因素，对提高特高堆石坝坝基混凝土单元工程优良率具有重要意义。

本文依托坝高312 m的双江口砾石土心墙堆石坝工程，建立大坝坝基混凝土影响因素评价模型，采用G1-熵权组合赋权法对大坝坝基混凝土单元工程优良率影响因素进行了研究，提出了相应的大坝坝基混凝土质量控制措施，为300 m级特高堆石坝坝基混凝土质量控制提供了参考。

1 工程概况

双江口水电站是大渡河干流上游控制性龙头水库电站，是国家电力发展“十三五”规划的重点项目，具有“高海拔、高坝、高地应力、高流速、高边坡、高寒”等特点。双江口水电站为I 等大（1）型工程，枢纽主要建筑物由砾石土心墙堆石坝、洞式溢洪道、漩流式竖井泄洪洞、深孔泄洪洞、放空洞、地下引水发电系统等建筑物组成。双江口水电站最大坝高312 m，为世界第一高坝，采用坝式开发，总装机容量200万kW[5]。

双江口水电站左岸坡坝基混凝土划分为88个单元，设计工程量为14 573.34 m3;右岸坡坝基混凝土划分为76个单元，设计工程量为12 332.15 m3;河床表面坝基混凝土划分为20个单元，设计工程量为7 125.39 m3。合计184个单元，设计工程量 34 030.88 m3。双江口水电站左、右岸边坡陡峻，坡度范围为37.57°～59.89°，心墙盖板混凝土施工跨度大（16 m×20 m），平均厚度小（平均50 cm），施工难度大。

2 单元工程优良率影响因素

2.1 大坝坝基混凝土浇筑现状

双江口水电站坝址区河谷深切，谷坡陡峻，天然地应力较高，两岸岩体向河谷临空面卸荷强烈，混凝土浇筑施工难度大，质量要求高。岩体卸荷作用主要沿顺坡的NW向中陡倾角裂隙进行，且局部追踪裂隙密集部位卸荷明显，其卸荷强度一般水平深度为0～24.5 m，弱卸荷水平深度为1.2～50.0 m;右岸强卸荷水平深度为5.0～38.0 m，弱卸荷水平深度为20.0～49.0 m，强卸荷带内岩体松弛严重，卸荷裂隙较发育，裂隙普遍松弛张开0.5～5.0 cm，最大达到10.0 cm。同时，由于施工管理不完善等影响，导致已浇筑坝基混凝土存在麻面、蜂窝孔洞、碰损掉角、表面裂缝等现象，严重影响了单元工程的优良率。针对这一现状，业主联合设计、监理和施工单位成立了QC小组，对双江口水电站左、右岸岸坡及河床廊道已浇筑混凝土单元工程质量评定情况进行统计。结果表明：双江口水电站左、右岸及河床坝基混凝土浇筑完成的13个单元中，优良单元为9个，优良率仅为69.2%。对此，QC小组首先对混凝土浇筑施工工序进行分析、梳理，主要包括：基础清理、钢筋安装、预埋件安装、模板安装、仓面验收、浇筑、养护、拆模、验评9个步骤。分析、梳理完混凝土浇筑施工工序后，QC小组对混凝土各工序优良率进行了统计，结果见表1。

从检查统计情况可以看出，表1中第6项“混凝土外观”的优良率较低，影响了混凝土单元工程优良率的评定。为进一步确定影响“混凝土外观”优良率的主要因素，QC小组成员根据评定资料对各单元“混凝土外观”评定表进行检查，统计结果见表2。

“混凝土外观”工序中主控项目全部符合优良质量标准，一般项目平均优良率仅为85.7%，低于优良标准率90%，是导致混凝土外观工序评定优良率较低的主要原因。QC小组成员对4个被评为“合格”的混凝土单元工程中的混凝土外观工序一般项目合格点数进行统计，通过进一步分析，发现麻面占比54.5%、蜂窝孔洞36.4%、碰损掉角7.7%、表面裂缝1.4%，详见表3。由统计结果可知，影响基础混凝土单元工程优良率的主要因素是麻面和蜂窝，两项因素累计占比90.9%。

2.2 指标体系构建

通过现场调查，并经过多次讨论、分析，QC小组运用头脑风暴法提出了温控措施、混凝土质量、模板变形情况、内模处理情况、振捣情况等5个评价依据，确认了模板局部变形、模板安装不牢、脱模剂不合格、仓面振捣时间不足、未按配合比拌料等16项末端因素，绘制了关联图（图1）。同时，结合工程实际情况分析，并参考相关研究成果，在遵循数据的系统性、科学性和可获得性前提下，构建了双江口水电站大坝坝基混凝土单元工程优良率影响因素指标体系（图2）。

3 单元工程优良率影响因素模型计算

3.1 构建思路

采用G1法与熵值法构建大坝坝基混凝土单元工程优良率影响因素模型思路见图3。

3.2 数据标准化处理

利用公式（1）对原始数据指标进行标准化处理[6]。

[Sij=aij-minAjmaxAj-minAj]     （1）

式中：Sij为处理后的数据指标;aij表示第i個单元工程第j个影响因素;Aj表示评价原始数据矩阵。

3.3 G1法权重计算

G1法是对影响因素重要性进行排序，越靠前权重越大，能够充分反映专家的主观性[7-11]。

（1）确定相邻影响因素重要性程度之比的理想赋值。

[xm=rm-1rm]                             （2）

式中：x为相邻影响因素rm-1与rm重要性程度之比，m=n，n-1，n-2，…，3，2，其中n为实际影响因素指标数，n=16。

（2）计算各因素G1法权重。第i个因素的权重ki：

[ki=（1+m=2nxm）-1]                    （3）

（3）根据ki计算第n-1，n-2，…，3，2个影响因素的权重：

[km-1=xmkm]                         （4）

式中：km为第m-1个指标的G1法权重，m=n，n-1，n-2，…，3，2，n=16。

3.4 熵值法权重计算

熵值法是通过计算同一指标的数值差客观反映指标重要性程度的一种方法，差值越大权重越大[12-14]。

（1）构建矩阵。n个影响因素，针对 m个对象，则其原始数据矩阵为

[a11a12…a1j…a1na21a22…a2j…a2n??????ai1ai2…aij…ain??????am1am2…amj…amnm×n]      （5）

（2）标准化原始数据矩阵。将 aij带入式（1） ，得到标准化矩阵

[s11s12…s1j…s1ns21s22…s2j…s2n??????si1si2…sij…sin??????sm1sm2…smj…smnm×n]           （6）

（3）计算影响因素熵值。根据式（6）得到的标准化矩阵，计算第j个影响因素的熵值，即：

[pj=-di=1msijmi=1msijlnsiji=1msij]                   （7）

式中：d =1 /lnm。

（4）计算影响因素熵权。根据熵值计算第j个影响因素的熵权φj。

[φj=1-pjj=1n（1-pj）]                      （8）

则n个影响因素的熵权值为 φ = （φ1，φ2，…，φn ） 。

3.5 G1—熵值法组合权重计算

将G1权重法与熵权法线性组合[15]，得到G1—熵值法，计算第j个影响因素的组合权重。

[γj=λkj+1-λφj]                   （9）

式中：[γj]为第j个影响因素的组合权重;λ为调节系数。

按照总误差平方和最小化原则，构建目标函数[minQ]，计算如下：

[minQ=j=1nkj-γj2+φj-γj2]       （10）

对式（10）求导，并令其等于零，可解得调节系数λ = 0. 5，即

[γj=kj+φj2]                          （11）

由式（11）可得各影响因素的组合权重为

[λj=λ1，λ2，…，λnT]                 （12）

3.6计算结果分析

本文选取双江口水电站大坝坝基混凝土浇筑共计13个单元工程，获取共16个影响因素的原始数据，规范化处理后，得到第i个单元工程第j个影响因素的标准化值sij（i = 1，2，…，n; j= 1，2， …，m）。

3.6.1 G1法计算结果

经过QC专家组分析研判，将影响双江口水电站大坝坝基混凝土浇筑单元工程优良率16个因素进行主观排序r1 >r5 >r6 >r10 >r12 >r8 >r2 >r16 >r7 >r4 > r3 >r13 >r15 >r14 >r11 >r9。相邻影响因素之比的理想赋值为：x2=r1/r2=1.55;x3=r2/r3=1.57;x4=r3/r4=0.88;x5=r4/r5=0.5;x6=r5/r6=1.07;x7=r6/r7=1.67;x8=r7/r8=0.75;x9=r8/r9=6;x10=r9/r10=0.14;x11=r10/r11=4.67;x12=r11/r12=0.23;x13=r12/r13=2.17;x14=r13/r14=1.5;x15=r14/r15=0.8;x16=r15/r16=0.50。将上述数值带入式（3）、（4）计算可得16个影响因素的G1法权重值为

[k=0.007 51，0.009 31，0.196 71，0.190 66，0.010 65，0.062 61，0.001 94，0.157 26，0.002 16，0.092 65，0.007 12，0.003 08，0.003 92，0.011 13，0.210 67，0.032 56Τ]

3.6.2 熵权法计算结果

采用0～3的4级测度法对各影响因素进行赋值，构建原始数据矩阵：

[A=02…1…313…0…0??????31…2…1??????01…1…213×16]

将上述原始矩阵带入式（1）、（6）、（7）、（8）计算，可得16个影响因素的熵权重值：

[φ=0.009 82，0.010 21，0.198 62，0.189 25，0.011 21，0.067 25，0.001 21，0.162 65，0.001 99，0.094 61，0.005 16，0.002 78，0.003 06，0.009 39，0.204 04，0.028 71Τ]

3.6.3 G1—熵值法组合权重计算结果分析

将16个影响因素的G1法权重值与熵权重值带入式（11），可得双江口水电站大坝坝基混凝土浇筑单元工程优良率影响因素组合权重，即：

[λ=0.008 66，0.009 76，0.197 66，0.189 95，0.010 93，0.064 93，0.001 57，0.159 95，0.002 07，0.093 63，0.006 14，0.002 93，0.003 49，0.010 26，0.207 35，0.030 63Τ]

双江口水电站大坝坝基混凝土浇筑单元工程优良率的主要因素权重如表4所示。分析可知，模板局部变形、模板未除锈、仓面振捣时间不足这3项的组合权重值分别为 0.207 36，0.197 67，0.189 96 ，累计权重值达到0.594 98，是影响双江口水电站大坝坝基混凝土浇筑单元工程优良率的主要因素，应在施工过程中加以重点控制。

4 控制措施

找出主要影响因素后，QC小组召开头脑风暴会议，按照5W1H的原则制定出相应对策实施方案。

4.1制定措施

4.1.1 加强模板制作与安装控制

通过勤测量，整平或更换不合格模板，精确定位和精细化施工，达到控制模板平整度、孔洞位置及模板缝隙的要求。

（1）对使用模板进行检查测量。模板检查采用2 m直尺对平整度进行检测，确保不平整度不大于2 mm。确保模板面积在100 m2以内，检测点数不少于20个，模板面积在100 m2以上时，每增加100 m2，检测点数增加不少于10个。

（2）对于需预留孔洞的模板，①在模板制作时通过精确定位，预先完成开孔洞，并保证孔洞周边的平整;②后期经准确测量需开孔洞位置，采取钻孔、切割方式进行开孔洞，并保证孔洞周边的平整，最终控制模板预留孔洞位置偏差不大于5 mm，保证模板的质量。

（3）通过对施工单位开展精细化施工要求，加强施工人员培训，开展标准化立模等手段，同时加强模板缝隙检测抽查，控制模板缝隙不大于2 mm，保证施工质量。

4.1.2 加强模板除锈检测

（1）在进行仓面验收时执行严格的除锈检测标准：通过手触摸感受内模板表面是否光滑、有无毛刺，观察内模有无锈迹，同时采用白手套擦拭直至无锈污。

（2）对模板涂刷脱模剂要求：在晴朗天气条件下涂刷，避免雨水冲刷;做到均匀涂刷，不能漏刷，保证脱模效果;模板安装完成后，对立模造成脱模剂缺失的地方要进行补刷。

（3）严格规范施工单位三检制、监理旁站、验收程序等过程控制，减少不必要的返工，保证检查无遗漏，验收高质量。

4.1.3 严格控制振捣时间及振捣深度

（1）加强监理旁站管理。监理工程师采取24 h盯仓方式，全天候无死角加强混凝土浇筑过程旁站，发现漏振、欠振时，立即督促整改。确保每个振捣点位振捣时间控制在20～30 s之间，同时检测振捣棒插入下层混凝土的深度控制在5～10 cm之间。可采取在振动棒上标记定位的方式，确定振动棒插入深度，通过现场旁站督促振搗棒插入角度垂直。

（2）采用智能振捣手环确保振捣规范。通过采用混凝土智能振捣手环，将混凝土振捣作业从定性分析转变为定量分析，通过量化质量，建立数据分析模型，分析混凝土振捣质量与振捣时间的直接关系，得出混凝土振捣质量合格情况下对应的振捣时间范围，将经验振捣时间值转变为定量的振捣时间，指导现场人员施工，减少人为判断的失误。

（3）采取梅花状的振捣方式，保证振捣范围的全覆盖，避免出现漏振的情况出现。

4.2 效果检查

通过采取更换变形模板、加强模板安装验收、加强旁站监督和考核处罚等措施，双江口水电站大坝左、右岸及河床坝基混凝土浇筑质量得到了有效改善。左、右岸及河床坝基混凝土后续浇筑单元累计评定51个单元，混凝土外观质量一般项目优良率达到了91.8%，外观质量工序总体优良率达到了90.3%。对左、右岸及河床坝基混凝土后续的51个单元进行评定，其中，50个单元评定为优良，即QC活动期间浇筑单元工程优良率为98%。据此，计算得出左、右岸及河床坝基混凝土单元工程优良率已提高至92.2%。

5结 论

（1）结合双江口水电站大坝坝基混凝土浇筑实际，通过开展QC小组活动，提高了双江口水电站大坝坝基混凝土单元工程优良率，通过对备仓、浇筑工艺技术的改进并加强监管，缩短了消缺时间，减少了单元工程施工耗时，缩短了施工工期，同时减少了消缺和返工工程量，利于投资节约。

（2）双江口水电站地处高地应力地区，覆盖层全部挖除后，两岸及基础岩层应力不断释放，强卸荷带内岩体松弛严重，卸荷裂隙较发育，易产生薄弱部位甚至形成渗漏通道，通过精细化控制坝基混凝土浇筑质量，有效保证了电站基础整体性及防渗效果。

（3）本文提出的G1-熵權法组合权重分析方法较好地实现了对300 m级特高堆石坝坝基混凝土单元工程优良率影响因素的分析;提出的防控措施在双江口电站得到了较好的验证，同时可为后续工程类似问题提供借鉴。

（4）下一步QC小组将结合双江口水电站工程特色，研究双江口水电站大坝滑模浇筑施工处理的工艺创新，提出更合理的混凝土浇筑施工工艺及参数。

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（编辑：江 文）

Research on influencing factors of excellent and good rate of foundation

concrete units of super high rockfill dam

WANG Wanqian1，2，GUO Cheng1，2，WU Xianjun1，2，LI Peng1，2，KANG Xiangwen1，2

（1. Guoneng Dadu River Basin Hydropower Development Co.， Ltd.，Chengdu 610041，China;  2. Sichuan Dadu River Shuangjiangkou

Hydropower Development Co.， Ltd.，Maerkang 624099，China）

Abstract：In order to improve the excellent and good rate of dam foundation concrete units of Shuangjiangkou Hydropower Station，we established the influence factors evaluation model by combination weighting theory. By confirmed 16 influencing factors，such as local deformation of formwork， un-firmly installed formwork， unqualified release agent， insufficient warehouse surface vibration time，misproportion mixture， we constructed the quality evaluation system of dam foundation concrete pouring， evaluated the influencing factors of dam foundation concrete by G1-entropy weight combination weighting method and proposed some countermeasures.The result showed that： among the 16 end factors，local deformation of formwork， without removal of formwork rust and the insufficient warehouse surface vibration time were the main factors affecting the excellent and good rate of the dam foundation concrete units of Shuangjiangkou hydropower station.This method has been well applied in the pouring process of dam foundation concrete of Shuangjiangkou Hydropower Station， and can provide reference for subsequent similar projects.

Keywords：super high rockfill dam; foundation concrete; excellent and good rate of unit engineering; entropy weight combination weighting method;Shuangjiangkou Hydropower Station