白溪水库工程建设以来,指挥部依靠科学管理,全面深入开展创新竞赛和合理化建议活动,并将之作为深挖潜力、发挥工程最大效益、降低工程造价有效控制投资的一条重要途径来抓。由于领导重视,组织得力,制度完善,指挥部在科技创新和设计优化方面取得了显著成效。
一、科技创新
白溪公司大力倡导科技创新,为工程投资控制和提高工程质量奠定了良好的基础。主要 科技创新 项目如下:
1、指挥部承担并协作完成《聚丙烯纤维混凝土在水利工程中的应用研究》科研项目,其成果达国际先进水平,填补了国内在这方面的空白。
在混凝土面板堆石坝工程中,防止面板裂缝和提高混凝土变形能力,一直是设计和施工需要解决的关键性技术问题。白溪水库一期面板砼,采用高强度普通混凝土, 22块面板,面积为23763m 2 (12113m 3 ),完成后经检查,发现有21条裂缝公布在7块面板上,其中裂缝宽度小于0.15mm的10条,0.15mm-0.2mm5条,0.2mm-0.3mm3条,0.3mm-0.4mm3条,深度在0.12mm-0.15 mm之间。虽然所发生裂缝在同类工程属中等偏少,但总不理想,因此对水库水位变动区的二期面板的防裂限缝更显重要,经建设单位会同参建中方,共同研究,决定采用聚丙烯纤维混凝土以防止或裂缝,改善结构长期工作性能,提高变形能力和耐久性,但这种砼在水利工程的应用尚停留在试验阶段,尤其在混凝土面板堆石坝工程的应用尚为空白,为慎重计,经报请水利部批准立项,开展《聚丙烯纤维混土在水利工程中的应用研究》的科技创新研究项目。
经课题组参加单位的共同努力下,其成果令人满意,达到了预期要求。对二期面板砼性能测试:按聚丙烯纤维掺入量 1.2kg/m 3 的砼进行试验检测,与同标号强度的砼比较,其抗冲磨度提高58%,极限引申率提高11%,抗冲能力提高4.8倍,抗拉强度提高4%,弹性模量降低,韧性增加,仅抗压强度略降。二期面板33块计面积25537平方米,11000立方米,只检查出8条裂缝,分布在4块面板上,裂缝宽度0.1mm的一条,0.15mm3条,0.2mm-0.25mm的2条,0.3mm的2条,裂缝深度在0.8mm-0.12mm之间,与一期面板相比,在防裂限裂有十分明显的提高。
上述成果经水利部国际合作与科技司在 2001年4月主持召开该项目科技成果鉴定会上,一致认为:这种新材料砼“在白溪水库二期面板上首次全面成功地试验研究和应用,防裂效果明显,有利于提高面板的耐久性和延长混凝土面板的工作寿命,并得到十分宝贵的施工经验,填补了国内这方面的空白”,认为“在水工砼方面,例如堆石坝的砼面板,有较高抗冻、坑渗以及抗冲耐磨要求的砼中,有广泛的推广应用价值。”并认为“本课题的研究成果《聚丙烯纤维混凝土在水利工程中的应用研究》总体上达到国际先进水平,其中聚丙烯纤维混凝土在堆石坝面板中的应用,达到国际领先水平。”同年5月,由中国水利学会主持的全国性推广会议上介绍和推广,目前,已在全国大型水利工程广泛应用。2003年该课题获浙江省2002年度科技创新进步奖三等奖,宁波市2002年度科技创新进步奖二等奖。
2 、原来“串联式工序组合”优化为“并联式工序组合,千方百计增加工作面”。指挥部根据际施工情况,合理调整施工方案。通过对上游围 的“先截流后筑坝”,“先筑坝后闭气”的传统工序,优化为“未断流先筑围坝两端,一断流抢堵龙口”,及时将高压喷防渗芯墙改为塑性砼防渗芯墙,克服基础漂石含量高,成孔困难因素,争取时间。在对上游趾板槽开挖处理同时,对大坝下游右岸区域进行预填筑。大坝预填筑从 1998 年 5 月开始至 1998 年 9 月 28 日围坝截流时,预填筑区达到 EL92m 高程,均完成方量 57 万方,缓解了截流后施工压力节省时间近 2 个月。最终,枢纽工程克服了大坝基础崩塌体开挖,四次溢洪道危岩体处理等因素影响,如期竣工,并提前 6 个月蓄水,提前 5 个月发电。增添相应的开挖、装载、运输、碾压设备,实行不间断的流水作业,并按需要预堆一定数量备料和选可用的砂砾石作坝体堆石料以减 轻开挖强度 。
通过上述措施,大坝在截流后的 15个月内完成填筑方量256.6万立方米,平均月强度17.1万立方米,特别是1999年2月至5月的四个月时间,共填筑128.91万立方米,月平均强度32.32万立方米,最高一月达46.7万立方米,是全国同类坝型中之最。在1999年5月27日,大坝全断面填高到120.5米高程,在第一年度汛期达到能挡50年一遇洪水的施工期防洪标准。在同年8月15日,大坝全断面达到130米高程,能挡200年一遇洪水的防洪能力,创造了“截流后第一年汛期挡水坝体最高和全断面填筑”两项国内记录,其施工质量:合格率100%,优良率82%,整个大坝为优良单位工程。这意味着: ①、提前6个月下闸蓄水和提前5个月并网发电由可能变为现实,对照“初设”要求,5个月共多发电3023万千瓦小时,获得1435万元经济效益。②、为下一步不断优化设计和处理突发事件赢得了必要的宝贵时间。例如:在开挖、填筑中,溢洪道左岸突然发生塌方而不得不停工处理;又如溢洪道泄洪闸门弧形门提高的“优化设计”建议,虽然效益明确,但嫌为时过晚,但由于前期赶工抢得了时间,仍有可以进行设计修改、出图,进行模型试验,改变施工计划的时间,既优化了设计,又能如期竣工。③、提高了拦河坝的整体质量,避免了因坝体不够高而过水造成的损失和高低断面接合面处理时造成的一些麻烦。④、为加快建设堆石面板高坝提供有用的经验,提高了堆石面板高坝的推广价值。⑤、由于提前蓄水,辅以下游筑堰拦截区间来水,缓解了下游失水段用水困难。
二、优化设计
指挥部大力倡导实施优化方案和采纳合理化建议,组织参建各方以及国内知名水利工程专家,针对工程设计方案、施工组织措施、施工工艺和工序持续深入开展优化和合理化建议。 通过数十项设计和管理优化,工程有效实现了节省投资,提前发挥了工程效益 ,设计优化降低造价约4300万元,增加工程收益约2400万元,共计逾6700万元。 主要项目如下:
1、坝体利用砂砾石填筑
坝基左岸崩积层和残坡积层,由于渗漏系数较小,含泥量偏大,决定予以挖除,导致石方填筑缺口累计达 70万m 3 ,鉴于目前在建的几座高面板堆石坝,全部或部份利用砂砾石进行填筑,并取得了较好经济效益的成功经验,因此,在白溪水库大坝下游次堆石区水上部份、高于下游最高水位1.8m部位,增加砂砾石填筑区,增加砂砾料上坝64.5万方。与原设计不足料源从备用料场开采方案相比,降低造价约930万元,并可提高填筑强度,提高下游行洪能力。
2、砂砾料开采施工方案优化
白溪水 库工程建设所需混凝土骨料,原投标施工方案需从大坝下游 6~7公里的砂砾料场将毛料运输至大坝下游右岸施工企业辅助区筛分系统,筛分后将超径料和多余料运输至弃渣场弃掉。该施工方案砂砾石弃渣运输费用占该项目工程总费用比例很大,并要求筛分系统有较多砂砾料堆放场地,同时大量的砂砾石运输将对交通公路造成较大的损坏。
针对原获得混凝土骨料的施工方案主要存在将超径料和多余料重复运输,同时要求有较大的砂砾石堆放场地和弃渣场地并对公路造成损坏的缺点,经论证优化,建议在下游砂砾料场布置预筛分系统,将超径料和多余料现场剔除并就地回填,由此可减少砂砾料堆放量和运渣量,不仅降低了工程造价,同时解决了坝 下施工企业辅助区筛分系统堆放场地不足的问题,减少弃渣场征地,减小了砂砾石运输对交通公路的破坏。经测算,新方案可减少弃料运输 15万方,减少弃渣征地50000m 2 ,节省投资510万元。
3、拦污栅平台布置
初步设计阶段,拦污栅启闭机与闸门启闭机均布置在岸塔式闸门井的顶部,拦污栅检修平台高程 165m。后经研讨优化,决定将闸门井向下游移位,同时考虑白溪水库污物较少,引水洞进口高程设置较低,拦污栅检修及清理的机会不多,故将拦污栅检修平台高度降至▽145m,以减小地面岸塔结构高度。设计优化后节省投资200万元。
4、发电支洞优化设计
原设计引水发电隧洞岔管段原设计为钢结构,在电厂下游侧打一连通洞用于钢岔管运输,造价较高。实际施工中发现,岔管附近岩石新鲜完整,无密集节理地质构造,无大渗漏可能性,在相仿条件下,国内外其他工程中,已有大量高水头、大直径的钢筋砼岔管运行的先例,因此,技施阶段将钢岔管改为钢筋混凝土岔管,取消连通洞,由此降低造价 191万元。
5、导 流隧洞封堵闸门型式
原设计导流隧洞进口为单孔,封堵闸门为单扇钢筋混凝土闸门,经计算单扇混凝土门自重达700多吨,施工单位现有起重设备满足不了沉放要求,若将之改为钢闸门,需增加投资100多万元,若改为叠梁门,梁间止水效果较差,经分析比较,最终决定在进水口设置一个中墩,进水口由单孔改为双孔,将单扇闸门改为两扇闸门,相比钢门方案降低造价约100万元。
6、垫层料轧制优化
原设计要求垫层料的粗料采用洞碴料加工而成,细料采用河砂,按照设计级配要求进行掺配。由于洞碴料数量上满足不了需要,而白溪河床天然砂砾石风化含量少,质地坚硬,经现场试验验证,利用轧制后的砾石与河砂掺配,天然休止角接近40度,大于坝上游坡角35.5 0 (1:1.4),完全满足垫层料的技术要求,故施工阶段垫层料的粗骨料改用超径砂砾石轧制。经测算节约费用135万元,将70%用于补助施工单位成本增加,实际节省40万元。
7、导流洞围岩处理方案优化
原设计导流洞 洞身全断面设置锚筋、喷锚支护,该方案费用高,工期长。实际导流洞洞身岩石完整性好,为此,设计修改为根据围岩实际情况,局部取消锚筋喷锚,由此降低工程造价约 100万元。
8、溢洪道底板混凝土减厚设计优化
原设计溢洪道底部衬砌厚度为 70cm,规范要求为30~70 cm。因溢洪道底板基础为新鲜完整基岩,经指挥部验算后提出,设计单位校核后,将溢洪道0+85~0+320段底板混凝土衬砌厚度修改为55cm,节省投资50万元。
9、空压机电动改油动优化
原设计溢洪道开挖施工用空压机为电动空压机,根据实际工作面情况,设计修改为油动空压机,在提高其布置机动性的同时,节省接线工程、燃料动力费用价差 258万元,扣除补给施工单位人工费增加145万元,节省投资113万元。
10 、电厂开关柜设计优化
原设计电厂开关柜断路器为少油断路器,额定短开断电流为 40KA ,经设计优化,将其修改为 SF6 断路器,额定电流为 25KA ,由此降低工程造价 160 万元。
11 、下游挡水堤侧堰优化增加收益
原设计挡水堤溢流堰布置在挡水堤河床段中部,堰顶高程为 EL84.7m ,考虑引水工程向宁波供水将滞后几年,为提高向宁波供水前发电水头,设计优化为侧堰方案,堰顶高程为 EL73.3m 。方案实施后平均增加发电水头 11 米,年均增加发电 651 万度,供水前 4 年半增加发电 2930 万度,增加收益 1465 万元。
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