摘要：在老挝南杉3A水电站引水隧洞底板施工过程中，由于前期地勘资料欠缺，设计论证不足，实际施工过程中IV-V类围岩底板设计要求非常高，底板清理难度及大，清理深度较原设计深度普遍深1~4米，导致施工周期延长、工程投资加大。通过现场考察论证，对混凝土底板抗外水抬动等试验，并参考类似工程经验，对原钢筋混凝土底板施工方案进行了优化，在大部分IV-V类围岩洞段底板混凝土进行带渣砼浇筑，简化了底板清理的施工工序，降低了底板混凝土厚度，增加了混凝土底板钢筋及边墙排水孔，对控制投资、加快施工进度起到了积极作用。
关键词：高水头；引水隧洞；底板带渣浇筑砼
一、引言
老挝南杉3A水电站位于老挝川圹省（Xieng Khouang）境内南衫河上。南衫河为湄公河左岸一级支流，发源于老挝川圹省境内，南衫河大致自东向西流至Phou Thenchao村附近称Nam Ngan河，接纳左岸Nam Hok河后称南衫河。南衫河大致由北向南，纳入左岸的Nam Pho河后折向东南，最终汇入湄公河。南衫河全长125km，流域面积为2419km2。流域开发程度不高，人类活动对河川径流的影响很小。
3A电站主坝位于南衫河上游段，主坝址以上流域面积143km2，引支流坝流域面积为25 km2。电站位于南衫河上游流域，降雨相对较少，根据流内及邻近流域雨量站实测降雨资料，同时结合老挝国内降雨量等值线图，得3A主坝与引支流坝以上流域面平均雨量为1800mm，流域属热带季风型气候区，全年只有雨、旱两个季节，雨季时间为每年3月到9月。雨季和旱季分别占了全年的半年时间。由于老挝国内发展缓慢，交通落后，在雨季因道路问题对施工影响极大。
南杉3A水电站业主方为中国东方电器集团投资公司，设计单位是昆明院，监理单位是四川大桥水电监理咨询有限责任公司，施工单位是中国水电集团第八工程局。
引水隧洞为700米高水头且洞身长（总长4.2公里）的引水隧洞，引水隧洞IV-V类围岩占总长的40%。设计采用A、B、C、D四类支护方式，其中II、III类围岩区采用A、B型支护。底板衬砌为厚度20cm的C20素砼，但因围岩断层交错，且透水量大，给砼施工带来很大的施工难度。后期因老挝政府要求、发电工期紧等具体情况。为确保证2015年8月顺利发电，并参考国内类似工程的成功经验，结合3A引水隧洞的实际情况，基本确定该工程洞内地板可以采用带渣浇筑施工，并要求施工单位先进行带渣浇筑混凝土的模拟实验、混凝土底板抗外水抬动等验算及试验并对混凝土厚度、强度等进行了实验检测，并根据时间情况要求布置锚筋、实施排水孔等措施。具体方案按如下要求进行：
二、实验情况说明
为更进一步取得带渣浇筑砼的实验数据，为引水隧洞底板带渣浇筑砼提供准确的参考数据，要求施工单位模拟洞内浇筑环境进行了浮渣上的砼浇筑实验块，实验分两块，先在夯实的基础上铺设铁皮,并安装40cm高模板,在铁皮上利用3#洞内取出的虚渣进行平铺,两个实验块底板石渣厚度均为15cm,其中一块底板浮渣含水量为饱和状态，另一块非饱和状态，然后浇筑25cm厚C20砼 (试块尺寸为1.2mx1.5m) ，浇筑完成后对浇筑外观质量、实际混凝土厚度、强度进行对比，具体数据结果见下表：
表1 带渣浇筑实验成果对比表
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1、实验结果
通过对表1数据对比分析，底板浮渣含水量为饱和状态时，混凝土浸入浮渣内厚度较厚且强度满足规范要求，更适合本工程引水隧洞的实际情况。
三、根据隧洞运行的工况，相关底板稳定计算
1、放空隧洞对底板的影响：
当隧洞放空时，底板逐渐露出水面后，底板上压力降低，底板处于上抬状态，引水隧洞底板纵坡调整后最大坡度为1.45%（引2+487.119～引3+000.000），分段长度L为40m，底宽B按2.4m计算，每块底板上下水位差ΔH=40m*1.45%=0.58m，浮渣厚度计0.15m，则底板上抬力：F=ΔH*L*B=（0.15+0.73）/2*40*2.4=42.24T，每块底板自重G=V*γ=0.2*40*2.4*2.4=46.08T>42.24T=F，说明底板能自行稳定，同时底板配置了Φ12@20*20cm的钢筋网(配筋率为0.31%>0.15%(最小配筋率))，钢筋与混凝土之间存在粘结力，在外荷载作用下能协调变形，共同工作，对结构稳定有利。另外再加上底板的排水孔作用，对底板稳定更加有利，底板受力状况见下图1。
2、流速水头对底板的影响
考虑两台机组突然开机时，隧洞底板上面有一定的流速，底板下面的流速为零，由于流速作用底板上压力降低，对底板有一定的上抬作用，影响底板安全，当满负荷发电时，隧洞的引用流量11.9m3/s，平均过水面积为5.26m2，则平均流速V=2.26m/s，每延米隧洞底板压力降低值P：P=V2/2g*B=2.26^2/(2*9.81)*2.4=0.62T(↑)，与之平衡的力有底板自重和底板两端与边墙的粘着力及嵌固力，底板自重g1=V(γb-γ)=0.2*2.4*（2.4-1.0）=0.672T(↓)，底板两端与边墙的粘着力及嵌固力g2=2C'F=0.2*1*5*2=2T(↓)，G=g1+g2=0.627+2=2.627T>P=0.62T，故底板是稳定的，不会产生不稳定问题。
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图1：底板带渣浇筑砼受力状况示意图
四、具体施工要求
1、清基标准
（1）底板分段做围堰挡水，清理至设计结构底线，以保证底板砼厚度满足设计要求。若出现淤泥或杂物，则继续清理干净。
（2）底板建基面砼浇筑仓面要求：仓面不能有尖锐的棱角、明显的倒坡和淤泥、杂物。
2、底板砼稳定措施
（1）底板每隔40m设置伸缩缝（全断面衬砌分缝按设计图纸每间隔10～12m分缝），并设置砼齿槽，齿槽部位基础清理至基岩，单个齿宽度50cm，底板分缝间采用2cm厚沥青板填缝。
（2）底板砼浇筑完成后每间隔2.5m采用风钻设置一个Φ50mm排水孔，内置Φ50塑料盲管。
（3）除全断面衬砌外底板增加Φ25@200*200mm沥青连接钢筋，分缝处钢筋断开，分缝间距40m。
3、增加主要工程量（每1000m工程量）
（1）2cm厚分缝沥青板30m2；
（2）增加C20砼60m3；
（3）Φ50mm排水孔L=0.7m400个（Φ50mm塑料盲管200m或Φ50mmPVC管200m，土工布314m2）；
（4）Φ12@200*200mm钢筋22t（每延米22kg）；
（5）Φ25沥青钢筋150根。
五、施工后期及运行注意事项
1、砼浇筑完成后，应对两侧边墙部位进行补喷混凝土处理，以增加底板抵抗外水压力的能力。
2、底板清理，表面应平整，不含泥或其他污物，无尖锐倒角等影响应力集中突变等现场。在实际操作过程中，可清至相对密实层，达到设计要求。在浇筑混凝土时，应加强边墙与底板混凝土接触部位喷护，形成“倒三角”，以加强边墙喷护混凝土对底板的约束作用。
3、排水孔施工。在地下水较丰富的洞段，底板混凝土浇筑后应尽快施工底板排水孔，或者施工临时排水孔，避免混凝土底板在外水压力作用下出现裂缝。排水孔施工过程中，及时安设排水管；排水孔内PVC 花管的安装是混凝土底板施工的关键工序，应严格按照设计要求，施工过程中要求监理进行旁站，确保排水孔施工质量。
4、引水隧洞压水前，或者运行放空检修时需放空引水隧洞，加强混凝土底板、底板排水孔检查检修，及时补强或者修复，避免混凝土底板因排水不及时造成扬压力过大而破坏混凝土底板。
六、结语
（1）老挝南杉3A水电站引水隧洞为700米高水头且洞身长（总长4.2公里），IV-V类围岩占总长的40%，带渣混凝土底板与普通素混凝土底板相比简化了底板清理的施工工序，既能节省投资，同时加快了施工进度。根据原设计要求条件下地板清理、砼浇筑施工强度对比：1）如果不改进施工技术，引水隧洞最理想的结果是2016年3月砼浇筑完成。使用底板砼带渣浇筑方法后，成功的在2015年8月顺利发电。整个施工进度加快了半年左右。2）引水隧洞砼计量结算，对比原施工合同及设计技术要求分析，节约投资约150万美元；（2）施工过程中严格控制质量，保证电站运行安全。老挝南杉3A水电站截至到目前，已运行2年，运行结果安全可靠，证明带渣混凝土底板是具备实际可行性的。
参考文献：
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论文作者:巫文成
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年3期
论文发表时间:2020/4/3
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