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周公宅:双曲拱坝建设的启示

时间:2023-06-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:对于双曲拱坝的体形,笔者认为在相当程度上可以用拱冠剖面确定。这种双曲拱坝的基本形式,对于宽谷中的周公宅双曲拱坝显然不合适。周公宅拱坝的设计者并没有这样做,没有采用图1所示的前倾双曲拱坝,而选择的是图1中所示的一般双曲拱坝。其一,周公宅采用这种双曲拱坝并非在设计工作进行之中才考虑到,而是早在设计招标会议上即首先明确提出并贯彻始终。

周公宅:双曲拱坝建设的启示

宁波周公宅水库建设开发有限公司顾问 李瓒###。

【摘要】本文从水库消落、双曲拱坝的特殊选型、大坝混凝土温控、大坝混凝土质量、施工规划与安排及工程管理等6个方面,讨论了周公宅拱坝的基本工程特点及一些基本经验。

通过参建各方二十余年的不懈努力,距宁波市51km的周公宅水库工程终于完建并投运。这是宁波市一件十分重大的事情,也是华东地区、浙江省水利建设的一大成就。水库建设的前前后后,本人有幸接触该工程,深感确有一些值得回味的工程建设内容。

今天之中国,周公宅水库工程的规模可能已算不上什么,但可供梳理的内容仍然不少,个人以为最值得花点文笔的莫过于该工程的拱坝建设了。在我看来,以下是应该提出的几点主要工程特点和一些基本经验。

周公宅水库工程是一项具有供水、防洪结合发电等综合利用的大(Ⅱ)型水利工程,其主要任务是向改革开放的前沿城市宁波及鄞西平原供水。在首先满足鄞西平原供水任务的前提下,与皎口水库联合运行,向宁波城市年供水9739万m3。周公宅水库总库容仅1.12亿m3,供水调节库容9340万m3,致使水库消落深度很大,这是本工程的一个基本特点。

水库工程的几个特征高程为项顶高程240.00m,正常蓄水位233.00m,设计洪水位239.57m(与坝顶高程只差0.43m),供水死水位147.00m。易于看出拱坝坝前水位消落深度已达86m,如果从坝顶起算则死水位已在该高程以下93m。本坝最大坝高125.5m,消落深度和死水位到坝顶的距离占坝高的比例分别为68.5%和74.1%。表1列举了国内外十个已建拱坝工程的水库消落情况。从表中可以看出,所列拱坝的水库工作深度多数在30m~60m间,龙羊峡和康特拉较大,分别达到70m和80m,而周公宅是86m,周公宅水库工作深度已超过该两坝水平。但就拱坝而言,最有意义的不是绝对值而是相对值,也即相对于拱坝高度的坝前水位变化情况,或者说表1中的d/h和e/h项。以d/h论,表中所有拱坝,包括龙羊峡、康特拉均在0.4以下,而周公宅拱坝高达0.685;就e/h论,本坝甚至达0.741。周公宅拱坝上游水位消落情况已达坝高的2/3~3/4,某种意义上说,拱坝上游低水位基本接近于“拉到河底”。

表1 国内外已建拱坝工程的水库消落情况###。

就笔者感受,这种拱坝工作条件,似乎并未得到一些水工工程师的认可与重视。其实,对于拱坝特别是双曲拱坝,这是一个十分苛刻的工作条件。由于拱坝上游常处于低水位,甚至很低,使得这种拱坝上游面大范围暴露在空气中,环境与温度对大坝的影响非常强烈。由于除自重外,温度变化和水压是拱坝两种最重要的荷载,对于它们以及它们之间的关系,工程师已经建立了深刻的认识。但是,现在这种平衡在一定甚至相当程度上被打破了,面对像周公宅这样的拱坝工程,我们必须在新的基点上去研究认识。

不应该忘记的另一点是,周公宅大坝是一座宽谷双曲高拱坝,上述问题显得更加突出。

有幸看到的是,华东勘测设计研究院的设计师在承接工程之始就非常敏锐地认识到并牢牢地抓住了这个特点,将其贯彻于设计、建造该坝的全过程中,这是周公宅水库工程成功的一个重要基点。

周公宅拱坝最大坝高125.5m,坝顶弧长457.3m,弧高比3.64.大坝属于宽谷拱坝。对于较规则河谷,通常可用U形、V形、梯形(或抛物线形)三种基本形式较全面地加以分类概括。众所周知,对于后两者河谷适合建造双曲拱坝,但是双曲拱坝的体形五花八门,形式很多,一个特定坝址究竟选择何种基本体形是非常重要的。对于双曲拱坝的体形,笔者认为在相当程度上可以用拱冠剖面确定。依笔者意见,大体可以将形式繁多的拱坝区分为3种基本形式,即后倒双曲拱坝、前倾双曲拱坝和一般双曲拱坝,图1中给出了3种基本形式的拱冠剖面。

图1 三种不同形式双曲拱坝拱冠剖面###。

图1中(C)所示的可称之为后倒双曲拱坝,主要适用于比较狭窄的V形河谷,例如我国浙江省的桐坑溪拱坝。这种双曲拱坝的基本形式,对于宽谷中的周公宅双曲拱坝显然不合适。###。

对于梯形(抛物线形)河谷坝址,笔者以为是前倾双曲拱坝即图1中(a)的主要舞台。这种拱坝不论在国内外都得到了广泛运用,文献1中图6-42列示了若干座前倾双曲拱坝的拱冠剖面形式,这些坝都建造于梯形河谷中,它们分别是考朴斯(坝高122m,弧高比3.28)、柯尔布赖恩、(坝高200m,弧高比3.0)、德罗森(坝高112m,弧高比3.19)、奥本(坝高209m,弧高比5.82)、紧水滩(坝高102m,弧高比3.44)和石门(坝高89m,弧高比2.95)等,其中紧水滩早年在浙江省建成。上述诸坝除奥本坝(因故未建成)外,弧高比大体在3~3.5间。周公宅拱坝同样建造于弧高比约3.6的梯形河谷中,那么是否理应就选用这种国内外大量存在的前倾双曲拱坝呢?周公宅拱坝的设计者并没有这样做,没有采用图1(a)所示的前倾双曲拱坝,而选择的是图1(b)中所示的一般双曲拱坝。笔者非常赞同设计师的这种选择,他们抓住了本坝最关键的一点,就是第一节中所论,周公宅拱坝与众不同而又苛刻的拱坝工作条件,水库消落深度太大,已高达坝高的2/3~3/4这个基本点。有此一点,笔者以为双曲拱坝的基本体形大体定案,即采用“一般双曲拱坝”,如图2中所示情况,否则要付出代价,甚至重大代价。

图2 一般双曲拱坝拱冠剖面###。

有两点值得提出。其一,周公宅采用这种双曲拱坝并非在设计工作进行之中才考虑到,而是早在设计招标会议上即首先明确提出并贯彻始终。这充分说明设计师并非心血来潮,远在准备设计任务之初,对这种条件下的拱坝工作机理已经认识得很清楚了,这点非常可贵。正因如此,后期大坝设计、施工比较顺利。其二,把紧水滩与周公宅做一个对比是有意义的。图3为两坝的拱冠剖面:可以看出两者有很大区别,紧水滩是“前倾双曲拱坝”,而周公宅属“一般双曲拱坝”范畴。紧水滩拱坝在梯形河谷中建造,周公宅拱坝同样在梯形河谷中建造;紧水滩拱坝弧高比3.44,周公宅拱坝弧高比3.64,两者基本相同,同属宽河谷拱坝;紧水滩拱坝坝高102m,周公宅拱坝坝高125.5m,也同在一个量级。拱坝主要基本条件一致,两坝基本体形理当相同,更何况两坝设计均出自于同一设计单位——华东勘测设计研究院,那么为何实际的双曲体形又如此之不同呢?

图3 紧水滩、周公宅拱冠剖面对比###。

笔者以为最根本的一点是两者的坝前库水消落深度很不相同,紧水滩的d/h、e/h分别是0.235和0.333,而周公宅则分别为0.685和0.741。这是两组非常不同的关键数字,前者反映坝前水位变化不大,后者则反映坝前水位变化太大,前者选择前倾双曲拱坝,后者却只能选择一般双曲拱坝,使上、下游面的应力工作条件均得到平衡照顾,两坝基本体形设计均符合实际。在双曲拱坝基本体形选择这个重要问题上,同一设计单位据实做出两种不同的设计,充分说明他们对拱坝设计很有见地,对拱坝受力工作理念的认识也很清楚。周公宅拱坝最终应力分布见图4,图4中(a)为设计洪水位+温升工况下上游面主应力矢量,(b)为供水死水位+温升工况下下游面主应力矢量,图(a)对应工况上游面最大主拉应力L 14MPa,图(b)对应工况下游面最大主拉应力1.06MPa,作为十分重要的拉应力调整得比较平衡;最大主压应力在4.5MPa~6.4MPa间,最大径向位移4.46cm。自重作用下上游面最大主拉应力(高170m拱冠处)、下游面最大主拉应力(高程115m右处)数值均不超过0.6MPa。应力条件总体比较理想。

(接上图)

图4 拱坝上、下游面主应力图###。

周公宅拱坝对混凝土原材料、掺和料、外加剂、骨料、配合比等方面做过不少工作,其中有关水泥矿物成分中C3A超标问题值得一提。本坝采用的是浙江省生产的尖峰牌42.5普通硅酸盐水泥,有关指标符合国标GB-I75-99的要求,但作为一项主要矿物成分C3A超标,水泥材料不尽理想。国标规定C3A含量不应超过0.6%,该水泥中此项矿物成分含量已高达10.84%,为允许值的18倍,大大超过了国家标准,对宽谷中的高双曲拱坝尤其不相适应。众所周知,这种成分导致水泥水化热高,例如以7天水化热论为286kJ/kg;而宽谷拱坝白山所使用的抚顺42.5普硅水泥,7天水化热仅为200.6kJ/kg,前者7天发热量是后者的1.43倍,对温控极为不利。另外,据151次检测,水泥细度较小,早期释热快;再者水泥货源紧张,储存期短,水泥温度居高不下,夏季可高达95℃,对温控同样不利。这些矛盾都集中交给了温度控制去解决,增大了温控工程的难度,周公宅拱坝做了一整套温控设计和相应实施,有效地解决了这个关键问题。温度控制很有效,就坝块最高温度论,一般可以达到要求值W40℃,少数坝块超过此值,最高者曾达43.3℃,但通水冷却后均满足要求。

值得一提的是,由于前述本坝混凝土原材料本身存在的某些不利因素,把问题留给了温控解决,致使本坝的制冷容量很大。按设计和监理意见,本坝该值应为250万Kcal/h,由于设备原因,实际设备铭牌为350万Kcal/h。相对制冷容量已经进入特大型行列。该容量的设置由设计浇筑强度高值决定,但一定程度上也可以用坝体混凝土总量加以衡量。根据一些大坝数据,笔者以为混凝土坝相对制冷总容量可以大致在2~2.5万Kcal/h/万m3间考虑,但本坝该值已达4.1Kcal/h/万m3(设计和监理)或6.1Kcal/h/万m3(实际铭牌)。这种特大制冷容量的配置合理吗?笔者认为合理,而且正是这点反映了本坝的工程特点。

混凝土坝裂缝的实际发生情况是鉴定温控有效性的重要标志。从国内外混凝土坝工程实践看,可以说没有不裂缝的,差别只在于多少、规模和危害情况。周公宅大坝共浇了约60万m3的混凝土,总计发现了18条裂缝。除8#、16#坝段裂缝长达15m外,其余均在2m~8.5m间;宽度不大,一般在0.3Cm~0.5cm间,裂缝普遍外宽里窄,上宽下窄;深度一般在1m以内,个别在0.8m~1.7m之间。总体看裂缝规模不大,没有发生基础、新老混凝土等约束而产生的重大裂缝,多由气温骤降引起的表面裂缝,经一般裂缝处理后对大坝结构整体性没有什么影响。表2列出了我国若干大坝与周公宅裂缝发生的实际情况,供对比。由此可见,周公宅拱坝单位混凝土体积的裂缝条数最少。这个情况有力地说明一点,尽管周公宅拱坝有所用水泥性态不理想、C3A含量太高等不利因素存在,但通过有效的温度控制措施,克服了原材料之不足,工程成功。

表2 我国若干混凝土拱坝实际裂缝统计###。

混凝土高拱坝,特别是宽河谷高拱坝,混凝土质量的好坏有着十分重要的意义。本坝虽然在原材料、掺和料、外加剂、骨料方面总体满足要求,混凝土配合比也做过试验研究,但也还有一些不尽如人意之处,例如细骨料细度模数欠佳(表3),粗骨料逊径超标(表4)、粗骨料含泥量偏高等,因而混凝土试件检验显得特别重要。表5给出了大坝两种主要标号检测成果,强度(MPa)检测数值显示质量完全符合要求。

表3 细骨料细度模数检测###。

表4 粗骨料逊径检测###。

表5 90天龄期混凝土试件强度(MPa)检测###。

在6个坝段取样分别对混凝土抗渗、抗冻(90天龄期)进行了测试,结果全部达到抗渗>W8和抗冻>F150的工程要求。

根据分部工程质量评定,优良率一般均在80%~90%间,最低73.5%,最高96.8%(5#坝段)。大坝混凝土质量良好。

大坝接缝灌浆基本情况是:灌区两侧坝块温度和相应压块温度全部满足设计要求,即从低到高13℃(高程114.5m~137m,Ⅰ区)、14%℃(高程137m~182m,Ⅱ区)、15℃(高程182m~209m,Ⅲ区)的温度要求。缝面张开度分别为Ⅰ区0.52mm~4.34mm、Ⅱ区0.72mm~5.75mm Ⅲ区1.13mm~4.63mm.最小值都可满足要求。据176个灌浆区统计,合格率100%,优良率(排浆浓度>1.7g/cm3)97.7%。总体看接缝开度大,除温控到位外,也可能与所用混凝土的水泥有关,有利于接缝灌浆的实施。目前接缝中间部位所设测缝计开度增加值(较灌浆完成时)最大值不超过0.2mm,而且与气温关系不密切。横缝总体接触良好。

对大坝混凝土进行了钻孔取芯检查,混凝土芯完整,获得率100%。芯样强度试验结果,对于C20混凝土,强度(150mm试件)指标在35MPa~41.6MPa间,对于C25,该值在38.5MPa~60.5MPa间,强度均超过设计要求值。从两组芯样的抗渗试验资料看均大于Wg,满足要求。混凝土取芯最大长度近5m。

周公宅拱坝在4个高程设置了纵向廊道,4层廊道距上游坝面均很近.拱冠剖面廊道与大坝上游面间厚度25m~7m。笔者曾在大坝现场察看,直观感受坝内渗水少,极少见到裂缝渗水点,所观察过的17条横缝中除1条渗水较多外,其余抗渗性均较好。大坝下游坝面个别水平缝有白钙析出,但析出点少且呈干燥状。笔者在低高程近基础的两座坝后桥上巡视,目前尚未见到长大的水平裂缝。大坝坝基帷幕后渗压监测压力一般不大,仅1个坝段渗压值达0.4H上游。全坝渗水量约为44.2m3/d,渗量不大。对大坝的直观检查印象,与前述大坝混凝土的定量鉴定结果基本一致。初步分析,大坝混凝土质量良好。

对于大坝混凝土质量的评价,笔者认为必须看到本坝的另一个重要方面。周公宅双曲拱坝若按照古典评判常用指标,大坝厚高比为0.21,似乎不很薄了,但如果较全面地去思考问题,则景况全非。据笔者对约201座中、高及特高拱坝的数值研究,可以有一个宏观控制指标m,m=l为较常见情况(平均情况),m<l的坝愈小愈省,但风险也愈来愈大。世界上几座出事的拱坝,例如法国的加日坝(坝身全部严重开裂无法加固,只得另在下游新建一座同规模的拱坝,将报废拱坝淹没于水库中),该坝m值在0.3~0.4间(具体是m=0.37);法国托拉坝坝高88m,底宽仅2.44m,m值在0.4~0.5间(具体是m=0.41),坝建成后蓄水尚未满即在下游面产生严重裂缝,只得紧贴其下游面建造第二道支撑拱坝系统,支顶原十分单薄的开裂拱坝,该坝建造于岸坡约60。的极窄峡谷中,加固后大坝厚高比0.35,变成一座重力拱坝;原南斯拉夫的艾得巴坝m值在0.5~0.6间(具体m=0.59),初次蓄水坝身即裂出一个大口,库水立即从裂口中冲出);玛尔巴塞坝m值在0.7~0.8间(众所周知,此大坝崩垮);柯尔布赖恩坝m值在0.6~0.7间(具体m=0.69),大坝初蓄尚远未到顶即严重开裂,不得不放空水库进行了十余年的加固工作)。

当然,必须说清楚,绝非m值达到以上所列数值后,大坝“一定”要出事,只是风险增加了。工程条件各有特殊性,也有不少这种坝工作是正常的。但是否可以说,当拱坝m值进入这个范畴时就应该特别谨慎了(从出事概率变大的意义上)。值得注意的另一点是,当m值在0.8~0.9以上时,笔者尚未发现实际拱坝中出现类似重大事故或失事的。周公宅拱坝m值在什么范围呢?其值已经在0.7~0.8间,拱坝的确比较薄了。从另一个角度看,如果用龙巴第的柔度系数衡量大坝的厚薄,周公宅大坝该值已近20,也具有相当大的数值,给出了大体相同的结论。

正因如此,周公宅拱坝是一座宽谷中既高又薄的“一般双曲拱坝”,坝身混凝土的质量好坏尤其重要,大坝混凝土质量优良对于周公宅有特殊重要的意义。

总体上说周公宅大坝施工进行得比较顺利,这点与施工总体规划安排比较符合坝址自然条件与工程条件有直接关系。

对此,笔者以为至少以下一些自然与工程特点是首先应该看到的:

(1)河谷阶地少且小;

(2)面积不大的平缓地带多集中在河道两侧及较大冲沟口处,但极可贵;

(3)岸坡陡缓程度中等,局部有范围不大的缓坡地带出现;

(4)坝址处河道由近EW向转为近SN向,转了一个近90。的大弯;

(5)山区溪流、峡谷内天然砂石料少,难以选出符合质量、数量要求的集中地点;(www.xing528.com)

(6)坝址位于熔结凝灰岩地区,覆盖不深,有丰富并质地优良的岩石可供作骨料用;

(7)坝前有移民村周公宅,地形较平坦;

(8)坝址处有一座废弃的小水电站;

(9)宁波市是国家改革开放的前沿地带,环境保护与治理尤其重要。

对于施工规划与安排,文献4中已有全面论述,以下几点笔者以为值得特别提出。

(1)施工总体规划布置合理。

砂石料、混凝土系统是施工总体规划中的重点之一。本坝选用了右岸坝头上游约600m范围内,高程约235m~260m较缓的条带状山坡布置了这两套系统(图5),砂石料系统的前端即是楼梯弄料场(本坝主要料场)。石料场位于右坝头上游1.5km处,高程约240m~330m间。这一整套布置不仅位置近、紧靠坝头,而且各系统间在高程上也与坝顶高程240m匹配得很好。砂石料开采、加工、骨料运送、拌和出料后混凝土很快由缆机吊运入仓。这“一条龙”布置非常紧凑,生熟料运距很短,有利于混凝土温度控制,也非常有利于浇出高质量的大坝混凝土,这对周公宅宽谷拱坝的重要性是明显的。布置充分利用了坝址地势等自然条件,取得了良好的效果,在同类同规模的工程中难能可贵。

需要说明,在周公宅拱坝早期设计中,砂石料、混凝土系统均布设在大坝下游的左、右岸。采用下游左岸5#料场(高程125m~225m),左岸坝址下游约1km的山沟处布置砂石料系统,混凝土系统则设置在右岸坝下约200m处的山坳内,成品骨料通过跨河皮带输送机送至混凝土系统。这样不仅骨料运距较长,混凝土熟料运输也长,而且生、熟料的提升高度大,显然不如目前采用的上游布置方案。同时,该方案使得施工临时设施的布置条件变坏。更值得注意的是,这样的布置必然对坝后(这个区域比较重要)工程景观有较大破坏,植被恢复工作量大,也很困难,对于改革开放前沿地区的宁波显得尤其不合适。初步设计刚开始,有关各方就及时作出正确决策,将骨料料场、砂石料系统、混凝土系统移至坝上游,也就是其现在所处的位置,这非常符合周公宅大坝的自然条件和工程条件。

图5 周公宅拱坝工程施工总平面###。

图5中也可看到,其他施工工厂、仓库、办公室、生活用房等主要利用了沿河岸边缓坡地带(并使用了早期开挖弃渣)和周公宅村拆迁处,把可以利用的小块或较平的地带都利用上了。对于山区溪谷,这样布置是恰当的。###。

周公宅大坝的弃料场共有4个,大量弃渣使用的是坝前3#和4#料场(1#、2#弃渣场容量小,主要堆存施工前期和发电系统开挖弃渣),该两弃渣场均在水库正常蓄水位以下,对环境破坏影响最小。特别3#渣场就在楼梯弄下方附近,运距短,弃渣方便。2#弃渣场平整后做了施工用地(图5);同时对较大冲沟也进行了渣石填平和整治工作,形成了业主营地等,日后略加改造即可成为宁波市的休闲度假地。弃渣不仅对环境影响较小(已考虑恢复工程),而且综合利用考虑得比较周全,很有特点。

(2)缆机布设巧妙。

周公宅拱坝混凝土浇筑采用2台20t缆机。由于河道在坝址处近90。拐弯以及其他地质因素,形成了周公宅坝址特有的地形条件,左岸有一个山包,右岸是沟梁相间。工程正确地选用了辐射式缆机,左岸设固定端锚固于山包岩体中,开挖量极少,主要用150t级锚索锚固,锚固支承点299m高程。右岸设移动端,高程略高于左岸,大约310m左右,移动端轨道长307m,缆机最大跨度616m,缆机吊点最低高出坝顶高程19m。23个坝段中控制了20个坝段的浇筑,其它控制不了的坝段用辅助手段浇筑。

值得一提的是,本工程右岸移动端轨道通过上游大沟时布设了一座钢筋混凝土轻型拱桥(见本书附图17),跨度66m,矢高,11m,拱桥端宽9m,拱顶宽6m,拱圈厚度1.2m,拱桥侧向锚固于岩体中。这是一个十分巧妙的过沟布置,进一步减少了缆机系统的开挖量,其主要工程量为土石方开挖11OO0m3,混凝土6500m3,钢筋635t。对比有的工程为形成缆机系统要付出数十万立方米,甚至数百万立方米(缆机规模大,台数多)的石方开挖量,占用直线开挖工期长时(有的甚至上年),这种布置比较理想。大型缆机上使用拱桥结构抵抗侧拉,工程师常有些担心,这很自然。周公宅缆机拱桥使用了2~3年,浇筑了60万m3大坝混凝土,轻型拱桥运行未现异常,为长跨缆机使用拱桥提供了一个好的实践检验。

周公宅的缆机布置非常符合坝址自然条件和工程条件。

(3)比较特别的施工导流布置。

周公宅大坝的导流设计中有一个一般工程不具备的而又非常有利的情况,那就是大坝上游有一座已建成的小水电站的滚水坝(图5)和引水隧洞进水口,河湾下游有小水电站的岸边厂房。工程设计和建设中充分利用了这个特点,简化了整个施工导流工程。这是一般大坝难以找到的有利条件。

坝址流域面积仅132km2,山区河流暴涨暴落,河床覆盖层浅薄,基坑开挖量不大,坝体混凝土很快可以在一个枯水期浇出河水面,因上游有小水电站的浆砌石溢流坝,枯水期长年由老隧洞过水,汛期则利用导流隧洞和坝身导流底孔度汛。但在原浆砌石滚水坝(坝高21m,溢流堰长70m)坝顶上增加了一层高0.38m、宽1m的袋装黏土围堰后,可挡梅汛期10年一遇的洪水。很明显这可减小坝址河道过流机会,利于汛期坝下游建筑物的施工。

本工程初期导流标准为梅汛期10年一遇,相应洪水流量406m3/s;中期导流标准为:截流后第一年为全年20年一遇,相应洪水流量1610m3/s。截流后第二年为全年50年一遇,相应洪水流量1960m3/s。导流隧洞长469m,断面为城门洞型,衬砌后宽×高为5.5m×6.2m(过水断面31.6m2),纵坡为1.92%,最大流速18.25m/s。建设该导流洞首先碰到的问题是进水口(底板高程139.00m)如何施工的问题,实施过程中利用废弃的水电站引水隧洞(在导流洞的上游侧,内径2m)作为施工导流工程的导流洞,再在导流洞前做小围堰,简化了导流洞关键部位的施工。坝址河道是一个大河湾(图5),469m长的导流洞布设后,大约不到1km的河道“大基坑”枯水期全干,非常有利于河床坝基基坑、护坡和二道坝开挖及混凝土工程的施工。由于河床坡度陡,二道坝施工中下游几无围堰。另外,汛期要在坝上过流,坝身上设有2个5mx7m的导游底孔,底高程为128.00m,高于坝基面高程13m左右,施工中又作为基坑上下游临时通道。由于可在枯水期旱地封堵,导游底孔不设封堵闸门,简化了孔口结构和封堵工程。

下闸蓄水只需放下导流隧洞进口闸门(随即形成导流洞堵头),2007年4月实际下闸时十分顺利。

应该说这一套导流设计和实施是密切结合周公宅工程实际的。

周公宅工程的规模,在今天的中国虽然算不上很大但也并非很小,而且工程确有一些特殊性。应该说周公宅工程的建设是有难度和特点的,参建各方做了很大的贡献。

必须提到的是,整个大坝建设过程中,以业主为首的工程管理是高质量的,这可由以下几点看出:

(1)整个工程投资节约了3%左右。

(2)合同工程量基本控制住了实际发生量。

以大坝工程为例有表6之对比,8个基本项目中除两项有超出外,其他均有所减少。超过的两项分别是土石方开挖和坝体钢筋,相对超出量分别为17.5%和4.9%。

表6 大坝工程量对比###。

(接上表)

(3)进度控制好。

由表7可见,实际工程进度与合同要求进度基本一致。坝基开挖9个月,混凝土浇筑30个月,两主要项目共历时39个月,与合同规定时间完全一致。从工期上看,初步设计规定的工期为53个月,实际是41个月,总工期提前了一年。而初步设计是按开工前十年,国内平均先进水平制定的(《初步设计报告》下册第8~37页)。

表7 主要工期对照表###。

(4)整个大坝现场施工过程中无一人牺牲。

(5)抓住重大问题适时解决。

周公宅拱坝建设之所以进行得比较顺利,与工程管理抓住重大问题适时解决有密切关系。例如,前文所谈到的包括料场在内的砂石料系统、混凝土系统的确定问题即是。上个世纪设计中选用的一直是下游布置方案,初步设计开始后,业主、设计单位即决策将下游方案改为上游方案。这是一个非常有效的重大决策,如果仍然采用下游方案,那么今天的周公宅工程可能就不一样了。

此外,在环境保护、水土保持、各参建单位的配合协调、水库移民等诸多方面都做了到位的工作。

周公宅工程今天之所以能取得这些成绩,大坝电站能如期保质保量完成,电站发电,水库供水,个人认为不应忘记的是卓有成效的前期工作,尤其是地勘工作。浙江省水利水电勘测设计研究院自1980年来就进行了大量的规划、地勘与设计工作,选出了一个好坝址。尽管坝基开挖后揭示的地质情况与早期在地勘平碉中观察到的略有出入,但总体上地质条件基本未变,地勘工作是高质量的,满足了工程要求。周公宅坝址本身不愧为一个地质条件良好的坝址。正是这两点,才为2001年后做出一个良好的设计和顺利建成周公宅大坝打下了一个坚实的基础。

周公宅大坝已经建成并投运年余,虽然大坝设计、施工均不错,目前运行未出现异常,但毕竟时间太短,尤其没有经过高水位加温升(高温)、供水低水位加温升(高温)的实际考验,为确保这座宽河谷中颇有特点的双曲拱坝的安全运行,需可靠的监测和系统适时的分析,建议加强这方面的工作。监测工作的重要性还在于第4节中所论,很薄的一般双曲拱坝需对之有更多的投入。除一般监测外,结合本坝的工程特点,尤其要注意拱坝下游面低部是否出现裂缝,高温低水位工况出现后宜抽干消力池积水进行裂缝检查。另外,坝体温度、河床坝踵开裂及渗流同样要进行系统监测分析,对于曾发生过的少量析出物也宜研究作出结论。值得进一步提到的是,监测中应将河床5个坝段的渗量分离出来,作为一个单独项目进行统计分析。此外地基变位,左岸渗流监测亦应给予重视。

1.李瓒:混凝土拱坝设计,中国电力出版社,1999

2.徐建荣、何明杰:周公宅水库拱坝设计,本书,宁波出版社,2008

3.徐建荣:周公宅水库拱坝混凝土温度控制,本书,宁波出版社,2008

4.陈永红:周公宅水库工程施工总布置设计与实施,本书,宁波出版社,2008

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