1 ·工程概述 广西田林县那比水电站是一个以发电为主的水电工程，是《珠江流域西江水系郁江综合利用规划报告》( 1982) 中的郁江十大梯级电站中的第一个梯级———瓦村水电站按梯级开发方案实施后西洋江上的最后一个梯级电站，上游19. 5km 为已经建成的洞巴水电站，下游25 km 为规划中的瓦村水电站。那比水电站坝址位于广西壮族自治区田林县境内驮娘江与西洋江汇合口上游16. 3 km 处的西洋江上，地理位置为东经105°47’49″，北纬24°07’17″。坝址距田林县城88km，距百色市160 km，与下游的驮娘江上的瓦村水文站相距25 km。坝址控制集雨面积4 777 km2 ，占西洋江流域面积5 070 km2 的94. 2%，占右江流域面积40 204 km2 的11. 9%，多年平均流量59. 9 m3 /s。水库正常蓄水位355 m，总库容5 720万m3 ，为日调节水库，装机容量48 MW，多年平均发电量1. 785 亿kW·h。枢纽主要建筑物有挡水坝、溢流坝及消力池、发电引水系统及水电站厂房。 西洋江流域属亚热带季风气候，气候温和、雨量丰富，夏季盛行偏南风，冬季盛行偏北风。由于流域受季风控制，每年降雨量的分配不均匀，多集中在6—9 月，约占全年雨量的65%，在此期间常出现暴雨或大暴雨天气，其主要原因是副热带高压，热带低压，台风及西南低涡所致。受地形影响，库区各地气温差异较大，年平均气温在16. 7 ～ 20. 7℃ 之间( 表1) 。 根据工程建设计划，大坝碾压混凝土施工时段为全年施工，高温季节不停工，碾压混凝土自然温度入仓，温控主要采用预埋水管通河水冷却措施。 2 ·设计特点 2. 1 大坝结构布置 大坝为碾压混凝土重力式挡水坝，坝顶总长246. 50 m，坝顶高程358. 50 m，最大坝高68. 5 m，大坝共有混凝土289 233 m3 ，其中碾压混凝土226 801 m3、常态混凝土62 432m3。坝体分为3 段共11 个坝段，左右岸为非溢流坝段，长度分别为80、113. 5 m。溢流坝段布置在河床中部，长53. 0 m，溢流净宽39. 0 m，堰顶高程342. 5 m，设置3 个宽13 m、高12. 5 m 的有弧形闸门控制的表孔溢洪道。溢流堰采用WES曲线型实用堰，出口消能采用底流型式，设宽尾墩，消力池水深8. 3 m，池长70 m，池宽46 m。 引水系统布置在左岸，采用龙抬头设计，发电引水隧洞与施工导流隧洞结合的方式，设置放水塔作为发电引水系统进水口，按“一洞三机”方式供水。大坝上游坝面坡度:330. 00 m 高程以下为1∶ 0. 15，以上至坝顶为垂直; 非溢流坝段下游坝面坡度: 345. 00 m 高程以下为1∶ 0. 75，以上至坝顶为垂直。廊道布置: 基础排水及灌浆廊道、观测、交通廊道共设295. 00、327. 00 m 两层，在挡水坝段左右岸设水平交通廊道出口。 2. 2 坝段划分与标号分区 2. 2. 1 坝段划分 坝段横缝上游设沥青木板隔缝，所有横缝上游均设两道铜止水，溢流坝段间的横缝下游侧设2 道铜止水。在长度较长的坝段中部上游增设了诱导短缝，长2. 8 m，止水结构同横缝，诱导短缝末端设塑料盲沟排水管。 2. 2. 2 标号分区 坝体上游面2. 5 ～ 4. 2 m 为富胶凝碾压混凝土C18020W8二级配，坝体内部为C18015 三级配碾压混凝土。大坝上下游面、碾压混凝土分区内的廊道周边、缝间止水周边、孔口周边及其他不便碾压施工等部位0. 5 m 范围内均采用同标号变态混凝土，局部可适当加大但不超过1 m。 2. 3 设计优化 那比水电站工程建设过程中，进行了多项设计优化，主要有以下几方面: a) 大坝右岸抗滑桩设计优化: 大坝右岸边坡为顺坡，层间发育，为确保大坝右岸边坡稳定，沿大坝右岸的开挖线上方设置了一排抗滑桩。经召开专家咨询会，对设置抗滑桩、预应力锚索和开挖卸载等处理右岸边坡稳定的方案进行了比较后，决定取消抗滑桩，采用将开挖线上方岩体挖除卸载的方案。该设计优化减少了工程投资，且简化了施工程序，更有利于工程的长期安全，卸载开挖可以和大坝开挖结合，利于机械化施工，大大加快了施工进度。该设计优化增加开挖工期约半个月，但减少了原计划抗滑桩施工工期2 个月，总工期约提前1 个半月。 b) 大坝右岸基础开挖设计优化: 大坝右岸基础原设计开挖坡度为1∶ 1 至1∶ 1. 2 之间，在EL307. 00 m、EL327. 00 m和EL345. 00 m 开挖3 个5 m 宽的小平台，以改善坝段基础的受力条件和稳定; 由于大坝右岸基础岩石层间发育且为顺坡走向，坡度为1∶ 1. 4 左右，设计开挖的坡度陡于岩层坡度，导致开挖后的边坡上形成一个三角形岩体，该岩体极易沿顺坡岩层滑动，不利于边坡稳定和施工安全。设计优化后，右岸基础开挖改为顺岩层开挖，开挖坡度和岩层走向一致，取消3 个高程上的小平台布置，在边坡上增加锚筋桩的设计，满足坝段的基础受力条件和稳定。该设计优化保证了施工期间的生产安全，同时加快了施工进度。 c) 灌浆、排水廊道及大坝集水井设计优化: 将灌浆排水廊道底板高程从EL295. 00 m 提高到EL312. 00 m，取消了大坝集水井，廊道排水为自排; 同时取消EL327. 00 m 的观测廊道。该设计优化将2 条廊道合并为1 条廊道，便于大坝碾压混凝土的快速施工; 集水井的取消，使大坝开挖大为简化，同时避免了集水井的常态混凝土施工环节，大大加快了施工进度，并且减少了集水井抽排水设备的投入，节约了大坝建成后的运行成本。 d) 消力池灌浆、排水廊道设计优化: 原消力池底板设计有灌浆、排水廊道，基础开挖要预留廊道的沟槽。设计优化后，取消了灌浆、排水廊道，消力池底板采用锚筋桩加固、设置排水孔解决扬压力的措施。该方案简化了施工难度，加快了施工进度。 3· 施工技术特点 3. 1 碾压混凝土施工分层分块及施工时段 广西田林县那比水电站施工实际进度如下，大坝碾压混凝土施工分层分块见图1。在高温季节即5 月中旬到10 月中旬，碾压混凝土不停工，采用自然温度入仓，温控主要采用埋设水管通河水冷却混凝土施工。10 月中旬之后，月平均气温已较低，碾压混凝土不需采取温控措施，具体如下: a) 基础垫层及第一仓碾压混凝土。2010 年3 月下旬至4 月下旬，大坝基础垫层( 基础至EL290. 8 m) 混凝土浇筑及基础块固结灌浆施工，4 月25 日开始第一仓( EL290. 8 ～EL293. 8 m) 全断面碾压混凝土施工。 b) 大坝临时挡水断面碾压混凝土。2010 年5 月上旬至6 月下旬，大坝临时挡水断面碾压混凝土施工，从EL293. 8 ～EL311. 5 m，共浇筑6 层碾压混凝土，达到设计要求的防洪度汛高程。 c) 大坝后浇块碾压混凝土。2010 年6 月下旬至8 月上旬，大坝后浇块碾压混凝土施工，从EL293. 8 ～ EL311. 5 m，共浇筑6 层碾压混凝土，和大坝临时挡水断面达到同一高程。 d) 大坝全断面碾压混凝土。2010 年9 月上旬至10 月中旬，大坝全断面碾压混凝土施工，从EL311. 5 ～ EL326. 5m，共浇筑5 层碾压混凝土。 e) 大坝全断面碾压混凝土。2010 年10 月中旬至2011年3 月下旬，大坝全断面碾压混凝土施工，从EL326. 5 ～EL358. 2 m，因为是冬季，气温较低，不需采用温控措施。 3. 2 高温季节碾压混凝土施工采取的温控措施 碾压混凝土坝和常态混凝土坝一样，混凝土在凝结硬化过程中都产生大量水化热，为了防止坝体产生温度裂缝，施工时都需要采取相应的温控措施。本工程设计要求在旬平均气温小于22℃的时段按照自然温度浇筑混凝土，其余旬平均气温大于22℃的时间需在混凝土中埋置高密度塑料冷却水管并通河水强迫降温，控制混凝土最高温度不超过38℃。 本工程2010 年4 月底开始碾压混凝土施工，期间气温已超过22℃，按照温控计算要求，坝体碾压混凝土采用埋设冷却水管通水冷却的温控措施，施工中按照设计要求进行冷却水管埋设，实施情况如下: a) 冷却水管采用导热高密聚乙烯塑料管( HDPE) ，管外径为32 mm，管壁厚度不大于2. 1 mm，管材承受破坏内水静压力不小于2 MPa，拉伸屈服应力≥20 MPa，纵向回缩率不大于3%，在温度20 ℃，时间1 h，环向应力11. 8 MPa 和在温度80 ℃，时间60 h，环向应力4. 9 MPa 作用下均不破裂、不渗漏，热传导系数不小于k = 0. 46 W/( m·k) ，满足引用标准GB/T13663． 2—2005《给水用聚乙烯( PE) 管材》“高密度聚乙烯管”有关要求。 b) 冷却水管层距0. 9 m( 铅直方向) 、管距1. 5 m( 水平方向) ，第一层距建基面0. 6 m。平面上平行或垂直坝轴线埋设，外侧与坝体周边( 上、下游面，左、右侧永久缝) 距离为0. 8 m。遇到孔洞部位绕开布置，水管接头用胶粘法联结。单根冷却水管长度( 通水进口到出口之间沿程) 不超过250m。 c) 冷却水管埋置时，按摊铺条带分别埋设，一般一次埋设宽度与摊铺宽度相同; 平仓机摊铺时，人工将混凝土沿水管覆盖，避免履带直接作用在水管上。 d) 冷却水管用12 mm 制作的“U”形钢筋固定牢靠，固定“U”形钢筋间距1 m。“U”形固定钢筋单根总长26 cm，弯头内半径2 cm，两头打尖( 45 ℃尖角) 以利于压入混凝土中固定。 e) 混凝土浇筑10 h 后，开始对水管通河水，通水流速约为1. 0 m/s。通水期间，每天定期测量冷却水的进出口温度，直到进出口冷却水的温差较小，稳定在1 ～ 2 ℃时，停止通水冷却。 f) 为了确定碾压混凝土适宜的通水冷却时长，在冷却水管连续通水15、30、45 d 时，分别闷管24 h 后测量水温，测温数据显示在15 d 内进出口的温差在2 ～ 6 ℃， 30 d 后，冷却水管的进出口水温温差在1 ～ 2 ℃， 45 d 后，冷却水管的进出口水温温差也在1 ～ 2 ℃。 g) 埋设的测温计显示通水15 d 内混凝土温度下降明显， 15 ～ 30 d 混凝土温度下降幅度较小并趋于稳定， 30 ～ 45 d混凝土温度基本稳定，45 d 后停止通水后混凝土温度回升微小。 3. 3 大坝临时挡水断面施工 3. 3. 1 大坝临时挡水断面施工设计优化背景 那比水电站碾压混凝土坝底高程为EL290. 00 m，底宽为58 m，坝顶高程为EL358. 50 m，坝顶宽为10 m。基坑上游为土石围堰，堰顶高程为EL310. 00 m，挡水标准为枯水期5年一遇洪水。工程进度为2010 年3 月份坝基开挖完毕，3月下旬开始浇筑基础找平层常态混凝土及大坝基础固结灌浆，4 月底开始碾压混凝土施工，在6 月中旬汛期来临前大坝需碾压到EL311. 00 m，碾压混凝土工程量约为8 万m3 ，由于时间紧迫，汛前大坝全面碾压到EL310. 00 m 难以完成。 大坝上游土石围堰为非过水围堰，若洪水来临前大坝低于围堰高程，将存在洪水漫过围堰的风险，造成基坑被淹，淹没损失和汛后大坝、厂房基坑的清理工程量都是巨大的。为了安全度汛，参建各方提出了上、下游围堰加固防护和大坝浇筑临时挡水断面两个方案。经过技术、经济比较，研究决定浇筑大坝混凝土临时挡水断面，断面尺寸约为大坝设计断面的1 /3( 横断面) ，混凝土浇筑方量约为3. 0 万m3 ，这样可以大大减少混凝土浇筑工程量。在2010 年6 月中旬将大坝临时断面浇筑到EL311. 50 m，满足防洪度汛要求。临时挡水断面见图1。 3. 3. 2 大坝临时挡水断面施工 大坝基础找平层混凝土浇筑后的高程为EL290. 80 m，临时挡水断面底部宽度约为22 m，分为7 个浇筑层，每层3m 厚，顶部高程为EL311. 50 m，上游面坡比1∶ 0. 15，下游面布置成台阶，每个台阶往上游侧收缩1. 5 m，以方便模板架立，下游面模板设置键槽，立面布置插进筋，以加强与下游坝体的结合。临时挡水断面碾压混凝土从4 月底开始施工，碾压混凝土采用自卸车直接入仓，到6 月中旬完成，满足了汛期挡水要求。 4· 三期蓄水方案 一期蓄水位EL327. 00 m，在大坝导流孔施工完成，具备过流条件后进行; 二期蓄水位EL342. 5. 00 m，在大坝溢流坝段浇筑完成并具备过流条件下进行; 三期蓄水到设计高程。 4. 1 一期蓄水 2010 年12 月26 日，导流洞下闸封堵，开始一期蓄水。一期蓄水位为大坝导流孔底板高程EL326. 5 m。导流孔设置在8 号坝段( 城门洞型，宽6. 6 m，底部EL326. 5 m，顶部EL332. 8 m) 。导流孔底板高程根据引水系统进水口底板高程EL330. 00 m 和枯水期防洪标准下水位不超过进水口底板来确定。一期下闸蓄水时工程形象面貌: a) 大坝全断面碾压浇筑至EL336. 0 m，大坝导流孔形成，具备过流条件，消力池EL302. 00m 以下混凝土工程完成，具备过水条件。 b) 厂房尾水闸门已下闸，具备挡水功能。 c) 导流洞进水口( 封堵) 闸门已安装并调试完毕，具备下闸封堵条件。 一期下闸蓄水后，大坝导流孔过流，为导流洞的上、下游堵头封堵，引水发电洞龙抬头的下弯段及3 个支管段提供了干地施工条件，从而为提前发电奠定了基础。 4. 2 二期蓄水 2011 年3 月21 日，大坝二期导流孔顺利下闸封堵，开始大坝二期蓄水，二期蓄水到大坝溢流堰顶EL342. 50 m。该高程满足水轮机最低发电水头要求。二期下闸蓄水时工程形象面貌: a) 大坝全断面碾压浇筑至EL351. 0 m，引水系统进水口闸门及启闭设备安装完成，导流洞上下游堵头封堵完成。 b) 溢流坝段检修闸门、弧形闸门的门槽底坎已安装完成，所有检修闸门门槽均安装完成6 m 高度。 c) 厂房1 号水轮机组安装完成。 d) 导流孔闸门安装完成，具备下闸条件。 二期蓄水后，溢流堰过流。溢流坝段设计了3 个过流孔，溢流坝过流期间弧形闸门的安装是个难题。为此，弧形闸门采用分两个阶段安装的方案。溢流坝段的检修闸门设计为上下两榀拼接而成，每榀6 m 高。首先将检修闸门上下两榀分别安装到溢洪道1、3 号孔挡水，溢洪道中孔做为溢流过水通道，单榀6 m 高度能够满足施工时段的设计挡水标准，为弧形闸门安装提供了必要的条件; 其次，在1、3 号弧形闸门安装完毕，具备启闭条件后，将检修闸门提起安装到中孔，再进行中孔弧形闸门的安装。 4. 3 三期蓄水 在大坝溢洪道弧形闸门，启闭机安装完毕，具备挡水条件下，蓄水到设计水位是为三期蓄水。 5· 结语 广西田林县那比水电站工程于2009 年12 月底开工，2011 年3 月份第一台机组投产发电，创造了中等规模水电站工程16 个月机组投产发电的速度，取得良好的经济效益。施工过程中采取的多项设计优化方案，采用的多项施工技术措施，可供类似水电站工程建设借鉴。
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