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2 0 1 6年5月 水 利水 电快 报 E WR H I 第 3 7卷第 5期 文章编号 ： 1 0 0 6 - 0 0 8 1 ( 2 0 1 6 ) 0 5 - 0 0 2 0 -04 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 2 6 0 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 ： R C C重力坝 ； 莱州水 电站 ； 越 南 中图法分类 号： T V 6 4 2 2 文献标 志码 ： A 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 2 6 9 k m ， 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 k m ， 坝址处多年平 均流量为 8 5 4 m。 s 。越南 电力 集团( E V N) 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。 表 1 越南电力集团在沱江流域的电站情况 2 莱 州 R C C重力坝设计 莱州( L a i c h a u ) 水 电站的可行性研究历经许多 年 ， 2 0 0 9年 ， J S C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。2 0 1 0 2 0 1 2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 R C C原材料 的评价 。通过 R C C拌 和试验 ， 提出 R C C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 收稿 日期 ： 2 0 1 5 1 2 2 6 2 0 方法 ， 优化施工设备配置 ， 以满足 2 0 1 5年首 台机组 发电的进度要求。2 0 1 2年末 ， 技术设计报告得 到相 关主管部 门批准。 大坝最大高度 1 3 1 0 I n ， 坝顶长 6 2 0 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 7 5 ( V ：H) ， 坝顶宽度为 1 2 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 ， R C C的竖向抗拉强度应达到 0 8 M P a ， 这一标 准为 3 6 5 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 R C C大坝 中要求 进行广泛的取芯试验。热应 力分 析表明， R C C浇筑的最高允许温度为 2 0 。 在高程 1 9 0 0 m、 2 3 3 0 m和 2 6 5 0 r n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 孑 L ， 孔深进入基岩 8 0 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孑 L ， 最大 孔深为 5 0 m。 R C C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 越南 阮红河 等越南莱州水电站碾压混凝土重力坝设计与施工 高现场浇筑质量 ， 无需施工冷缝处的垫层混合料或 砂浆 。R C C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 R C C重力坝施工的 R C C配合 比的 强度满足要求 ， 每立方米的水泥用量为 2 2 0 k g ， 其 中 6 0 k g 为 P C 4 0水泥 ， 1 6 0 k g为粉煤灰 ， P C 4 0水泥起 初从巴森( B u t S o n ) 水泥厂采购 ， 后期则从距离较近 的安平 ( Y e n B i n h ) 水 泥厂采购； 粉煤灰从普吏 ( P h a L a i ) 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 5 0 m m， 单位含水量为 1 1 0 k g m 。R C C的初凝时间 为 l 8 2 4 h ， 因此每一层 R C C均可在初凝时间内浇 筑完成 ， 从 而增强了 R C C的整体性 ， 减少 了在 浇筑 下一层 R C C之前对层 间缝处理 的工作量。如果每 层 R C C体积均不超过 1 0 0 0 m ， 那么其初凝时间可 缩短 至 91 5 h 。 莱州水电站与山萝水电站使用的是 同一级别的 R C C ， 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 C 6 1 8 ) 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 R C C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 R C C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 R C C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 R C C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 R C C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 ， 2 0 0 8年 1月 1 1 E t 至 2 0 1 0年 8 月 2 6日， 共浇筑 R C C 2 7 0万 m 。 ， 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 1 0 0万美元 。 莱州水 电站的 R C C浇筑施工在 2 0 1 5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 2 0 1 5年底实现首台机组投运发电， 每天的发 电收益为 5 0万美元。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 2 0 1 3年 3月 7日， 莱州 R C C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 R C C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 R C C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 R C C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 R C C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 R C C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 R C C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 R C C的施工进度( 部分是 由 2 0 1 4年 6 9月第 2条 R C C施工缆机安装原 因 所致) 。第 3条 R C C施工缆机 的安装进 展 比较顺 利 ， 河床导流明渠 内的 R C C浇筑施工于 2 0 1 4年 1 2 月 1 0日顺利开始 。截止 2 0 1 5年 3月初 ， 大坝仅剩 右岸非溢流坝段上部 3 5 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， R C C可层层连续浇筑 ； 坝体中的水平施工缝有 9 8 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 R C C的质量。 莱州水 电站 R C C浇筑进度 的另一个控制 因素 是导流方案 ， 旱季为 2个 1 0 m1 6 m( 宽 高) 的导 流底孔导流 ， 汛期导流则增加 1 条底宽为 3 4 m的导 21 越南 阮红河 等越南莱州水电站碾压混凝土重力坝设计与施工 妻 曼 羹 1 5 1 O 0 5 0 7 1 4 2 8 5 6 9 1 1 8 2 3 6 5 龄期 d 图 3圆柱体 抗拉强度与龄期关 系 据 ， 才有利于 R C C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 R C C工程 特 l生试验 ， 因此采取大量 9 1 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 3 0 0组的抗压试验 、 1 0 0 0组的抗拉试验和 1 5 0组的 压缩模量试验 。 芯样抗压强度试 验成果见 图 4， 5 ， 由 芷 ： 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。 3 6 5 d龄期 的设计芯样抗压 强度为 1 6 6 MP a ， 现场 芯样的平均抗压强度为1 8 3 M P a ， 约高出设计值 1 0 。同样 ， 试样( 大约 3 4 0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 3 5 M P a ， 约比设计值 1 2 5 M P a 高 8 。 对于包含接触层面试样 ( 目前 已经取样 约 6 8 0 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 M M F ， 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 1 8 2 d后 ， 强度略有增加 ； 而随着 MMF的增 图4 原 位抗压强度与龄期关 系曲线 图 5 直 接抗拉 强度与龄期关 系曲线 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 M P a 。 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 ， R C C 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 R C C试验 ， 结果表 明， 莱州水 电站 R C C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 ( 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 。 ) ( 编辑 ： 赵秋云 ) 2 3