浅谈柬埔寨甘再水电站设计优化的实践

'22皇甫拴劳．柬埔寨甘再水电站设计优化的实践文章编号：1006-2610(2011)s2—0022—05柬埔寨甘再水电站设计优化的实践皇甫拴劳(中国水利水电建设工程咨询西北公司，西安710065)摘要：根据甘再水电站工程实际情况，在理论分析并参考工程经验的基础上，优化大坝施工导流、大坝混凝土温控设计；在混凝土配合比中以石灰岩石粉代替粉煤灰；抬高反调节堰堰基。通过专业化的项目管理，节约工程投资超亿元，取得了较好的技术经济效益。关键词：设计；优化；甘再水电站中图分类号：TV61文献标识码：APracticeondesignoptimizationofKamchayhydropowerstationHUANGPUShuan-lao(No~hwestWaterandHydropowerEngineeringConsulting&SupervisionCompany，Xian710065，China)Abstract：AccordingtotheactualengineeringconditionsofKamchayhydropowerstationinCambodia，andbasedonthetheoreticalanaly—sisandwithreferencetoengineeringexperience，thedesignofdamconstructiondiversionanddamconcretetemperaturecontrolisopti—mized．Inconcretemix，flyashisreplacedbylimestonepowder，andthefoundationofre-regulationweirisraised．Throughprofessionalprojectmanagement，goodtechnicalandeconomicbenefitsareobtainedwithover100millionYuanRMBinvestmentsaved．Keywords：design；optimization；Kamchayhydropowerstation17．7亿in。。1工程概况水库正常蓄水位150in，校核洪水位151．88m，2006年4月8日温家宝总理同柬埔寨王国总死水位130m。水库总库容7．18亿m。，其中有效库理洪森在金边举行了象征性开工仪式，揭开了中国容3．27亿m，为不完全年调节水库。该工程的主第1个投资国外水电站BOT项目的序幕，业主中国要任务是发电，总装机容量为194．1MW，年平均发水电建设集团公司以项目融资开始EPC(设计、采电量为4．98亿kWh。购、施工)过程。在其全新管理理念下，中国水利水工程处于热带雨林地区，又兼有海洋性气候，年电建设工程咨询西北公司按约承担了甘再水电站平均气温26．9℃，年内月平均温度仅差3．4。径EPC工程管理任务。流量及设计洪水见表1和表2。1．1水文与气象表120年逐月平均流量表柬埔寨甘再水电站位于柬埔寨王国西南的贡布月份径流／(m3·s)月份径流／(·s)省(Kampot)境内的甘再(Kamchay)河干流上，距该l4．38176．923．29107．5河人海口15km。坝址距首都金边约150km。流域35．71067．2位于纬度10。40～11。05和经度103。50～104。104l6．21l33．9534．7129．5之间。坝址控制流域面积709km，占全流域面积670．7年均54．2的86．25％，多年平均流量54．2113／s，年径流量7115．8收稿日期：2011-08-221．2枢纽布置作者简介：皇甫拴劳(1952一)，男，西安市人，高级工程师，从事按照充分利用资源、注重生态平衡的原则布置水利水电工程项目管理工作．枢纽如下：①主电站PH1系统由首部重力坝、引水 西北水电·2011年·增刊223洞及PH1电站组成。碾压混凝土重力坝坝高114月月平均流量不足10m／s，而6—10月月平均流量m，坝顶设5孑L有闸开敞式溢洪道；引水洞长约1．767．2～176．9m／s，设计单机流量54．5I13／s(相当km，洞径7．6m；PH1电站装机180MW(3x60MW)于年均流量)，发电日期不仅取决于施工的关键线混流立式发电机组；②PH2电站由开敞式无闸溢流路工期，而且取决于蓄水至发电水位的历时，更取决堰、泄洪冲砂闸及河床贯流式机组厂房组成，其功能于当地电网的形成。是利用日调节水库，装4台贯流式机组(总装机10．(4)中国水利水电建设集团公司对此BOT开1MW)，既发电又均匀向甘再河下游供大于10m／s发项目，对外是EPC概念，内部实行集约化管理。的生态流量；③PH3电站设在大坝后，主功能是以3业主和施工单位既是合同关系，又是上下级关系，合～5113．／s的流量对大坝至PH1厂房段的河段供水，同管理与行政管理并行，管理模式不同于中国国内保持生态平衡，附带发电，装机4．0MW的立式混流的其他水电项目。机组。2大坝施工导流设计枢纽工程量为：土石方开挖195万m，混凝土160万rn，金结安装2450t，钢筋制安1．6万t。投标阶段，大坝施工导流推荐左岸导流洞方案表2分期设计洪水成果表／(m·s)(洞线长约557m，土石方开挖8．2万m，造价约3100万元人民币)。由于坝基不可预见的地质条件使设计工作反复，准备阶段延长而压缩了施工期，再开挖导流洞将影响总工期，为此进一步优化改为河床导流底孔导流方案，此方案包括导流底孔、上下游导流明渠及上下游CSG围堰(按枯季洪水标准设1．3里程碑计划与关键路线计)。此导流方案为河床分期导流，不做高围堰。工程里程碑计划为2007年9月18日开工，理由如下：①此大坝为碾压混凝土坝，且雨季基本2008年3月15日左岸砂石系统、拌合系统投人运不施工，汛期可在临时坝面过洪。虽然天然河床宽行，2008年l1月截流，2009年10月PH2机组发电，度不到100m，但开挖后可达150m以上，适合于河2011年4月1日导流底孔下闸蓄水，2011年年底床左右岸分期导流，施工导流布置见图1。②根据PH1第1台机组发电。风险设计理念进一步分析第1年度汛，以底孑L结构关键路线：右岸河床开挖一导流底孔形成一截形成纵向导墙，7—10月左侧河床泄洪，右岸河床应流一左岸坝基开挖一左岸及上部混凝土碾压一坝顶碾压至洪水位以上。即使当右河床上升不高，纵向溢洪道弧门安装一蓄水及发电。导墙汛期翻水，损失极小，可在11月截流。1．4工程实施的特点设计单位创新设计了上下游CSG围堰(1．2万(1)坝址区年降雨1910Ill1／1，其中5一l0月份m混凝土)，2007年5月20日设计审查会上，管理降雨1533．9mm，占全年的80％，此期间施工困难，部根据围堰使用1a的情况及工程在初期缺少混凝大体积混凝土每年施工时间约6_8个月，每年6—土骨料的经验，建议改为土石围堰。2008年汛期10月碾压混凝土施工强度很低。前，砂石加工系统未形成，柬围当地仅有日产200～(2)柬埔寨属欠发达国家，市场不发育，劳务技300t的小生产系统供料，只有集中力量浇筑导流底能低，电站施丁的资源配置(机械、技工、物资等)大孔，利用左岸开挖料加高上下枯水期土石围堰。11部分从中国国内组织，它不同于中国国内的开系统，月18日截流，底孑L过水，简易的上下游土石堰挡水。而是一个闭系统，故总进度计划要按“综合平衡，留至2009年6月3日翻水，混凝土坝面高程49ITI过有余地”的原则安排，尽可能地在旱季均衡施工；设水。汛后简单修复土石堰后大坝继续浇筑，2010年计一采供一施工安装周期也长于中国国内；遵照柬已由大坝挡水。国劳工法，建设所需普工及部分技工需在当地培养。通过优化，同原导流洞方案相比可节约约2100(3)由于降雨的不均衡引起甘再河流量呈旱雨万元；同底孔加CSG围堰相比可节约约200万元。2季变化，多年平均流量54．2m／s，12月至翌年3较大节约了工程投资。 24皇甫拴劳．柬埔寨甘再水电站设计优化的实践图1束埔寨甘再水电站施工导流布置图再水电站一个主要技术难题。参考国外大坝使用石3碾压混凝土使用石粉的研究粉的经验，建议在甘再水电站大坝碾压混凝土中使甘再水电站混凝土大坝160万m，91％是碾压用石粉代替粉煤灰。由中国水电第八工程局有限公混凝土，约需胶材24万t，其中水泥10万t，掺合料司科研设计院进行试验研究，试验成果通过了审查。14万t。经市场调研，碾压混凝土必须采用的Ⅱ级现就主要试验成果及国内外研究使用情况介绍如粉煤灰仅有2个选择地，一是中国田东火电厂，二是下：泰国北部的清迈火电厂，其运至lT地现场的价格超(1)掺石粉碾压混凝土的推荐配合比及物理力过水泥。所以寻找替代粉煤灰的其它掺合料成为甘学性能见表3，4，5。由试验数据可见：表3甘再水电站工程碾压混凝土配合比表抗压强度轴向抗压劈拉强度轴向抗拉极限拉伸值抗拉弹模抗压弹模水灰／MPa／MPa／MPa／MPa(~10一)(×10MPa)(×10MPa)煤灰石粉～7d28d90d28d90d28d90d28d90d28d90d28d90d28d90d1)石粉基本属于惰性材料，代替后对混凝土后料效应接近粉煤灰。期强度发展无显著贡献，对混凝土早期强度的微集2)掺石粉后的混凝土干缩变形与三峡大坝的 西北水电·2011年·增刊225混凝土干缩变形相当，而且干缩同常态混凝土一样表8石粉对胶砂强度影响的检验成果表主要和水灰比相关。该结论同中国国内建材行业的母岩来源石粉来源灰胶砂强度比／％7d14d28d验证结果一致。中国国内研究表明：混凝土干缩应73．975．880．7变在2x10～～6x10之问，本次试验干缩应变值不71．767．564．6灰岩⋯棒磨机制砂：3。073．O72．168．2大。暴露在50％相对湿度空气中，混凝土干燥深度料场雷蒙磨加工一；70．568．O64．5达到7cm需1个月，达到70cIn需10a。坝区空气多年相对平均湿度80％，大坝长期在水下且坝身有(3)同内外标准。石灰石硅酸盐水泥已列入欧渗水，干缩不易发生。洲试行标准ENV一197，属通用水泥。表5混凝土干缩试验成果表中国在1995年制定了石灰石硅酸盐建材行业序混凝土水胶煤灰掺石粉掺王堕堕变!!：：1标准C600—1995，经过多年的使用总结，修订为号种类比量／％N／qo3d7d14d28d60d90dJC600—2002，目前正研究上升到国家标准。2种标准均规定：此种水泥P·L属通用水泥，同普通水泥P·0等同使用。欧洲试行标准ENV一197规定石灰石粉最大掺量30％，比中国标准高5％，且增加亚甲兰吸收值及有机碳含量规定(减少黏土成分对抗冻(2)试验用石粉的性能，见表6，7，8。由表的影响)。中国标准规定：石灰石粉达到CaCO≥可见：75％，A1，0≤2％，比表面积≥350m／kg，就可以1)石粉的细度同粉煤灰、水泥是同一量级(中10％～25％的比例掺入水泥熟料中。国水泥的微粒是20～90m，粉煤灰的筛子是45(4)中围国内研究成果表明石灰石硅酸盐水泥txm，微粒也应是45m以下占大多数。此处石粉有以下特点：45m筛筛余量为34．4％，80tzm筛筛余量为1)塑态混凝土和易性好、泌水降低、标准稠度7．4％)。因而用棒磨机、雷蒙磨均可达到要求。用水量减少；2)石粉的胶砂强度比粉煤灰小，28d强度约小2)硬化混凝土干缩、抗碳化、抗冻同普通硅酸20％。南此可将高炉矿渣称为活性掺合料，粉煤灰盐水泥混凝土相当，抗渗、抗硫酸盐优于普通硅酸盐为半活性掺合料(在碾压混凝土中约20％起活性作水泥混凝土；用)，石粉是准惰性掺合料。3)增加水化物碳铝酸盐，掺人C3A高的水泥3)本次试验用的泰国水泥及当地水泥为纯熟更好。甘再水电站大坝碾压混凝土半掺、全掺时，混料水泥，其28d强度达到64MPa及69MPa，相当于凝土自身体积变形呈膨胀，换成粉煤灰则收缩。中国62．5R水泥的强度，石粉虽对水泥的强度起稀鉴于以上试验及研究，我们逐步在甘再大坝碾释作用，但结果不会低于中国国内32．5R水泥，不压混凝土中使用石粉，由2009年l1月的半掺过渡会影响碾压混凝土的功能强度，这也是该工程使用到2010年的全掺，共使用石粉7．5万t(其中外掺石粉的有利一面。表6石粉化学成分分析表／％4．5万t)，取得较大的经济效益。以上成果说明，甘再水电站大坝碾压混凝土使用石粉代替粉煤灰是可行的，能满足大坝混凝土强度及耐久性要求。巴西有应用成功的先例。甘再大坝已实施应用，为工程节约约3000万元(内外掺合计)。4大坝混凝土温控措施优化源4．1甘再水电站大坝混凝土温控特点甘再水电站大坝是切缝形成的单块重力坝，坝区域年温差仅3．4CC。石灰岩人工骨料热膨胀系数为0．56x10～，掺石粉的混凝土180d仍有22×10 26皇甫拴劳．柬埔寨甘再水电站设计优化的实践～33×10的微胀性应变。kg／m，而反调节堰固灌仅耗灰53kg／m。经测算，由4．2温控优化于堰形优化及抬高建基面，节约混凝土7万m，相应根据使用石灰岩骨料及年温差小的特点确定甘的开挖量也减少了，节约投资4000多万元。再水电站大坝温控采用拌合物不制冷方案，根据实6总结验结果，分析实际受力情况，采用不埋冷却水管，仅需喷雾遮阳、高料堆取料等简单易行的防太阳辐射(1)甘再河流量呈旱雨季变化，枯水时间长且热措施。若以每1TI混凝土22元温控费计，将节约流量小，雨季不施工，碾压混凝土坝坝面可过水，导投资约3300万元。流工程仅考虑第1个旱雨季交接时混凝土施工，故4．3类似工程佐证及实践证明可行性可采用简单的左右岸分期导流方案，同导流洞方案广西平班水电站年气温变幅16℃，碾压混凝土相比，大大节约了投资。绝热温升18．2cIC，混凝土热胀系数0．44~10～，极限(2)理论及试验证明，碾压混凝土中的粉煤灰拉伸值0．59~10～，混凝土裂缝率每万rn混凝土不80％起微集料效应，活性效应仅20％，而采用石粉到0．3条，没有任何温控措施。实践上，甘再水电站代替粉煤灰，其活性及形貌效应消失，微集料效应尤大坝混凝土的温控措施是可行的，实测混凝土裂缝存，强度稍低，但水泥强度高已弥补。这在缺粉煤灰率每万m。混凝土0．22条，低于平板水电站，而且大及其他活性掺合料的地区，经济上节约很多，技术上多裂缝是由于层面间歇期过长引起。可行，甘再大坝使用此配合比，由部分掺石粉过渡到全掺。5抬高反调节堰建基面的优化(3)甘再大坝使用石灰岩骨料，其线胀系数相根据甘再河流量洪枯比大，装机流量也大的现当小引起温差效应小，当地年内月气温变化仅为3．4实情况，为了使主厂房PH1至人海口的流量均衡保℃，温控设计为不制冷；不埋设冷却水管的常温浇持生态。设计了PH2反调节堰及PH2电站，反调节筑，仅采用喷雾遮阳、高料堆取料等防太阳辐射热的堰堰顶高程25m。作用是形成反调节水库，渲泄超简易措施。本工程实践证明效果很好。标准洪水。PH2电站的作用是丰水期大机组同PH1(4)甘再工程为水平层状岩体，倾角小于5。，比同步发电，枯水季小机组保持日内均衡发电。基本照上下河床地质条件，提出反调节堰基面优化，后经设计中反调节堰长200m，最大堰高29m。根据开挖证实而大幅度抬高了堰基高程。节约了投资。地勘资料分析，河道有淤沙，河床坝段最低建基面高(5)对甘再水电站的导流、温控、配合比使用石程一4m。相应的土石方开挖38万1TI，混凝土粉进行了研究及优化，施工期对反调节堰坝基抬高，11．17万m。取得了巨大的经济效益。同时在技术上为热带雨林由于该地区为沉积岩，岩层倾角小于5。，河床地区、缺少粉煤灰地区的工程积累了一定的经验。坡降2％，也不易形成厚的覆盖层，对照坝区开挖仅参考文献：6～7m深，此处要开挖16～17m深，特别是靠右岸[1]水电八局科研院束埔寨甘再水电站混凝土配合比设计实验的PH2开挖后，基岩面较高，达到高程14～15m。报告[R]．2008．河床砂岩层，厚5～8m，完全可作10多m高堰[2]霍冀川．石灰石硅酸盐水泥的研究[J]．矿产综合利用，2000，(6)：41—44．的基础，至于其下的泥岩层，进行固结灌浆。最低建[3]张群．石灰石硅酸盐水泥的应用研究[J]．云南建材，1999，基面抬高到8．51TI。修改了坝面威氏曲线。结果是6(2)：14-17．～10号堰段建基面由原来的高程一3～2m抬高到高[4]张建森，张祖绵．石灰石硅酸盐水泥性能及其水化热研究[J]程13m，7～10m河床堰基由原来的高程一4～5IYI抬水泥，1996，(10)：10—14．高到高程8．5m，减少混凝土浇筑6．7万m。综合固[5]西北勘测设计研究院．柬埔寨甘再水电站枢纽基本设计报告灌资料分析，114m的大坝河床耗灰量为110～150图册『R]．西北勘测设计研究院，2007．'