三峽工程壩工建設(shè)

1、三峽工程壩工建設(shè)摘要：三峽壩區(qū)氣溫驟降頻繁， 夏季高溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)， 對(duì)混凝土溫控有特殊要求；在進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)和混凝 土施工時(shí)，除滿足混凝土標(biāo)號(hào)及抗凍、抗?jié)B、極限拉伸值等 主要設(shè)計(jì)指標(biāo)外，還應(yīng)滿足混凝土勻質(zhì)性指標(biāo)。為有效防止 大壩上、下游面產(chǎn)生裂縫，在大壩上、下游面采用苯板及時(shí) 跟進(jìn)保溫。為了確保大壩進(jìn)水口段等異型斷面混凝土的保溫 效果，采用了現(xiàn)場(chǎng)噴涂聚氯酯材料發(fā)泡保溫。這些新型保溫 材料的效果相當(dāng)好，經(jīng)冬季的考驗(yàn)，多次檢查混凝土表面均 未發(fā)現(xiàn)裂縫。三峽大壩混凝土溫控設(shè)計(jì)、施工工藝的實(shí)踐表 明，三峽工程壩工技術(shù)應(yīng)用非常成功，工程質(zhì)量、進(jìn)度均得 到有效控制，滿足工程建設(shè)需要。關(guān)鍵詞：三峽工程

2、；壩工；溫控；設(shè)計(jì)；施工 中圖分類號(hào)： TV741 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B1 概述長(zhǎng)江三峽水利樞紐工程具有防洪、發(fā)電和航運(yùn)等綜合效 益，樞紐工程位于長(zhǎng)江三峽西陵峽中段的湖北省宜昌三斗坪 鎮(zhèn)，距葛洲壩水利樞紐約 40km 。壩址多年平均徑流量為 4500 億m3,多年平均流量14300m3/s。三峽水利樞紐工程包括： 大壩、水電站廠房、 通航建筑物和茅坪溪防護(hù)大壩等建筑物。 其中位于河床上的大壩為混凝土重力壩，壩頂高程 185m， 最大壩高181m，壩軸線全長(zhǎng)2309.47m。河床中部的泄流壩 段長(zhǎng)483m，分為23個(gè)壩段，每個(gè)壩段長(zhǎng) 21m。泄流壩段共 布置 23 個(gè)深孔和 22 個(gè)表孔。為滿足三期

3、導(dǎo)流及截流和圍堰 發(fā)電期間泄洪的需要，在表孔的正下方跨縫布置 22 個(gè)臨時(shí) 導(dǎo)流底孔，后期回填混凝土封堵。三峽工程混凝土總量高達(dá) 2794萬m3,其中大壩混凝土 量為 1610 萬 m3。 2006 年 5 月大壩全線澆筑至壩頂設(shè)計(jì)高程 185m，工期提前約一年。2 混凝土溫控設(shè)計(jì)2.1 確定混凝土主要設(shè)計(jì)指標(biāo) 針對(duì)不同結(jié)構(gòu)、不同部位開展混凝土設(shè)計(jì)。如針對(duì)大壩的水上水下部位、內(nèi)部及外部、基礎(chǔ)約束區(qū)、孔口、支墩部 位、廠房水上水下結(jié)構(gòu)等不同部位， 調(diào)整混凝土標(biāo)號(hào)、 級(jí)配、 水膠比、粉煤灰摻量等設(shè)計(jì)指標(biāo)。2.2 壩體穩(wěn)定溫度場(chǎng) 根據(jù)庫(kù)水溫、下游年均水溫、氣溫、地溫等邊界條件計(jì)算泄洪壩段及廠房壩段典

4、型壩段的平均穩(wěn)定溫度。2.3 溫控標(biāo)準(zhǔn)2.3.1 基礎(chǔ)允許溫差 大壩、電站廠房基礎(chǔ)允許溫差分別按約束條件控制澆筑 塊體型。碾壓混凝土澆筑塊基礎(chǔ)允許溫差參照常規(guī)混凝土基 礎(chǔ)允許溫差加嚴(yán) 2-3C。2.3.2 上下層溫差標(biāo)準(zhǔn) 當(dāng)下層混凝土齡期超過 28d 成為老混凝土?xí)r，其上層混 凝土澆筑應(yīng)控制上、下層溫差，對(duì)連續(xù)上升壩段且澆筑高 度0.5L（澆筑塊長(zhǎng)邊尺寸）時(shí)，允許老混凝土面上下各個(gè)范圍 內(nèi)上層混凝土最高平均溫度與新混凝土開始澆筑時(shí)下層實(shí) 際平均溫度之差不大于 17 C；澆筑塊側(cè)面長(zhǎng)期暴露時(shí)，或上層混凝土高度3，其中大壩混凝土量為1610萬m3，三峽工程能否按照總進(jìn)度的要求 達(dá)到計(jì)劃目標(biāo)， 大壩

5、混凝土施工是關(guān)鍵。 按照控制進(jìn)度要求， 最高年澆筑強(qiáng)度達(dá)到 500萬m3,最高月澆筑強(qiáng)度要達(dá)到 40 萬m3,日最高澆筑量達(dá)到 2.0萬m3以上。大壩施工的難點(diǎn) 是：泄洪壩段設(shè)有溢流表孔、深孔和導(dǎo)流底孔三層孔口；廠 房壩段布置有電站進(jìn)水口和排砂孔口,且有內(nèi)徑為 12.4m 的 鋼襯鋼管混凝土壓力管道,結(jié)構(gòu)復(fù)雜；三峽壩區(qū)氣溫驟降頻 繁,夏季高溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),對(duì)混凝土溫控有特殊要求；混凝 土澆筑與金屬結(jié)構(gòu)和機(jī)組埋件安裝、 以及與固結(jié)灌漿、 帷 幕灌漿、接縫灌漿并行作業(yè)的相互干擾。大壩混凝土施工質(zhì) 量要求高，施工難度大，因此必須采用成套先進(jìn)的混凝土快 速施工新技術(shù)，才能保證工程的質(zhì)量和工期。經(jīng)過施工手

6、段的多方案比較，在充分論證的基礎(chǔ)上，打 破常規(guī)汽車水平運(yùn)輸、起重機(jī)垂直吊運(yùn)的澆筑辦法，決定選 用以塔式皮帶機(jī)連續(xù)輸送澆筑為主，輔以大型門塔機(jī)和纜機(jī) 的綜合施工方案。從混凝土拌合工廠生產(chǎn)出的混凝土直接用 皮帶機(jī)，經(jīng)由可自升高度的皮帶機(jī)棧橋、供給塔式皮帶機(jī) （Rotec 塔帶機(jī) ） 直接澆筑到大壩各施工塊體， 進(jìn)行連續(xù)的混凝 土澆筑施工。該系統(tǒng)由各混凝土拌和樓通過皮帶機(jī)將混凝土 輸送到塔帶機(jī)直接入倉(cāng)澆筑，集水平和垂直運(yùn)輸為一身，具 有連續(xù)澆筑、生產(chǎn)率高、可實(shí)現(xiàn)混凝土澆筑工廠化生產(chǎn)的特 點(diǎn)。從傳統(tǒng)常規(guī)的吊罐澆筑升華為混凝土一條龍連續(xù)生產(chǎn)工 藝。既避免了施工過程地面和空中的施工作業(yè)干擾，保證了 安全，

7、又大大超過了常規(guī)的施工速度。與大壩快速施工相配 套的優(yōu)化的混凝土配合比、高效的制冷溫控工藝、倉(cāng)面的振 搗工藝以及計(jì)算機(jī)信息控制系統(tǒng)，都達(dá)到了一個(gè)新的水平， 并同時(shí)建立起一整套快速施工工藝和管理體系。三峽大壩二期混凝土澆筑從 1996 年開始， 1999 年到 2001 年連續(xù) 3 年特高強(qiáng)度混凝土施工， 單臺(tái)塔帶機(jī)的最高月 澆筑強(qiáng)度達(dá)6.47萬m3/月，瞬時(shí)達(dá)強(qiáng)度200m3/ h 240m3 /h，平均強(qiáng)度80m3/h 150m3/h,年澆筑量均在 400萬m3以上，三年共澆筑混凝土 1409萬m3，其中2000年創(chuàng)造 了混凝土澆筑強(qiáng)度年 548萬m3、月55.35萬m3、日2.2萬 m3 的

8、世界最高紀(jì)錄，所澆混凝土質(zhì)量均滿足設(shè)計(jì)要求。4 混凝土溫控三峽工程大壩柱狀塊尺寸大，基礎(chǔ)溫差標(biāo)準(zhǔn)高。加上壩 區(qū)氣溫驟降頻繁，混凝土表面防裂難度大，溫控措施要求嚴(yán) 格。為此，三峽工程在廣泛分析國(guó)內(nèi)外工程已采取單項(xiàng)或多 項(xiàng)溫控措施現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，首次實(shí)施全過程、全方位、高標(biāo) 準(zhǔn)、大容量的綜合溫控技術(shù)。4.1 優(yōu)化混凝土配合比采取的主要技術(shù)路線：在混凝土中摻引氣劑和高效減水 劑；把粉煤灰當(dāng)作改性功能材料應(yīng)用于混凝土中；采取縮小 水膠比增加粉煤灰摻量的技術(shù)路線進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)；采用有 微膨脹的水泥以減少混凝土收縮變形；限制原材料的堿含量 和混凝土總堿量；限制水泥表面積減少溫度和干縮裂縫；合 理調(diào)整水泥中S

9、O。含量保證混凝土凝結(jié)時(shí)間正常；控制拌 和時(shí)間、振搗時(shí)間及總膠材用量解決倉(cāng)面骨料分離、泌水問 題。自 1995 年開始開展工作大壩混凝土配合比設(shè)計(jì)及試驗(yàn) 研究工作，主要包括混凝土原材料優(yōu)選試驗(yàn)、混凝土配合比選擇試驗(yàn)、混凝土性能試驗(yàn)以及校核試驗(yàn)。經(jīng)過近 10 個(gè)單 位歷時(shí) 3 年大量深入細(xì)致、全面的試驗(yàn)研究，優(yōu)選出了三峽 工程第二階段混凝土配合比，在大壩混凝土施工中，三峽工 程首次使用了性能優(yōu)良的 l 級(jí)粉煤灰和高效減水劑，并優(yōu)化 了混凝土配合比。為了節(jié)約水泥，改善混凝土的性能，特別 是提高混凝土的耐久性，在混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)采取了選用 品質(zhì)優(yōu)良的高效緩凝減水劑、全面摻用引氣劑、摻用優(yōu)質(zhì)粉 煤灰

10、等技術(shù)措施。探討了水膠比、粉煤灰摻量對(duì)混凝土的單 位用水量、抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗凍性能的影響規(guī)律。使 優(yōu)化的大壩混凝土配合比具有單位用水量小、水泥用量少、 耐久性好等特點(diǎn)。為滿足三峽混凝土溫控和耐久性的特殊要 求，經(jīng)大量試驗(yàn)選用非堿活性花崗巖人工骨料，并嚴(yán)格限制 水泥熟料中堿含量小于 0.5， 要求混凝土中總堿量 3，在混 凝土中摻用 I 級(jí)粉煤灰。由于 I 級(jí)粉煤灰微珠含量高，可作 為一種功能材料，大大改善混凝土的和易性，減少用水量， 并可抑制堿活性反應(yīng)，節(jié)省水泥用量，減少混凝土溫度裂縫 和干縮；選用品質(zhì)優(yōu)良的高效減水劑，通過與 I 級(jí)粉煤灰聯(lián) 合摻用，使花崗巖人工骨料配制的四級(jí)配混凝土用

11、水量由 110kg/m3減少為85kg/ m3左右，解決了花崗巖人工骨料 混凝土用水量高的難題，同時(shí)減少了水泥用量、減輕了大體 積混凝土溫控防裂負(fù)擔(dān)，降低了混凝土的絕熱溫升和干縮，提高了混凝土抗裂性、體積穩(wěn)定性和耐久性等，同時(shí)使混凝 土具有良好的施工和易性；采用縮小水膠比增加粉煤灰摻量 的技術(shù)路線，從而更有效提高混凝土的耐久性；采用有補(bǔ)償 收縮性能的 525# 中熱大壩水泥， 以減少混凝土收縮變形， 減 少混凝土產(chǎn)生裂縫的風(fēng)險(xiǎn)。4.2 混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)及二次風(fēng)冷技術(shù) 三峽工程低溫混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)是世界上已建及在建工 程中規(guī)模最大、溫控要求最嚴(yán)的混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)。要求夏季 生產(chǎn)出機(jī)口溫度為 7C的低溫

12、混凝土，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為 1720m3/ h，設(shè)計(jì)夏季高峰月混凝土澆筑強(qiáng)度為44萬m3。針對(duì)三峽工程的特殊性及混凝土預(yù)冷工藝的要求，經(jīng)反 復(fù)試驗(yàn)研究后首次將二次風(fēng)冷骨料技術(shù)應(yīng)用于三峽工程。為 了控制混凝土出機(jī)口溫度，三峽工程在葛洲壩二次水冷試驗(yàn) 的基礎(chǔ)上，采取了骨料二次風(fēng)冷技術(shù)，并加入少量碎冰，生 產(chǎn)出了 7 C混凝土。骨料(夏天一般為22 C 26 C )第一次經(jīng) 過4 C 6 C的冷風(fēng)預(yù)冷45min 60min ,冷卻后骨料溫度 達(dá)到4C 8C；骨料進(jìn)入拌和樓后，再次經(jīng)過8C 12C 的冷風(fēng)預(yù)冷30min 45 min，骨料溫度可達(dá)2 +2 C,然后 定量輸入攪拌罐并加入適量冰 (30 50

13、kg / m3)予以拌和，生 產(chǎn)出滿足設(shè)計(jì)要求的預(yù)冷混凝土。4.3 現(xiàn)場(chǎng)溫控防裂技術(shù)4.3.1 廠房工程首次全面系統(tǒng)埋設(shè)冷卻水管右岸廠房混凝土標(biāo)號(hào)較高，水泥用量大(181 kg m3)，水化溫升較高。為控制澆筑塊最高溫度，在左岸 14#機(jī)成功 經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，全面埋設(shè)冷卻水管初期削峰，并實(shí)施中期通 水，使混凝土內(nèi)部溫度降至22 C后越冬。4.3.2 推行“個(gè)性化通水”方案 高標(biāo)號(hào)、高流態(tài)及泵送混凝土的溫控防裂難度大，通過加密、加層布置冷卻水管，并在混凝土升溫期實(shí)施大流量通 制冷水(25 - 35 升/ min)，待最高溫度出現(xiàn)后改成小流量通 水(18 - 20 升/ min)，既大幅削減了混凝土

14、內(nèi)部最高溫度， 又防范了混凝土在降溫期冷卻過速而開裂的風(fēng)險(xiǎn)，很好地解 決了大摻量膠材混凝土的溫控防裂難問題。三期大壩工程在 2005 年 6- 9 月高溫季節(jié)實(shí)現(xiàn)了超常規(guī)的快速施工：大壩甲 塊大面積采用了 3m 升層，進(jìn)度較原來采用 2m 升層時(shí)幾乎 加快了一半，這為大壩 2006年 5月到頂，繼而在 2006年汛 后提前一年蓄水至高程 156m、廠房提前一年完建打下了良 好的基礎(chǔ)。4.3.3 脫離基礎(chǔ)約束區(qū)混凝土高溫季節(jié)采用制冷水冷 卻為了控制混凝土內(nèi)部最高溫度，緩解中期通水的壓力， 對(duì)脫離基礎(chǔ)約束區(qū)的大壩、廠房混凝土，在高溫季節(jié)也采用了通制冷水冷卻。在削減最高溫度的同時(shí)，確保中期通水于11

15、 月中旬將混凝土溫度降到設(shè)計(jì)溫度，滿足了越冬要求。4.3.4 建立了天氣、溫度控制、間歇期三項(xiàng)預(yù)警制度 天氣預(yù)警主要包括三個(gè)方面：高溫與氣溫驟降預(yù)警、降 雨預(yù)警、雷電大風(fēng)預(yù)警。高溫預(yù)警敦促加強(qiáng)澆筑溫度控制； 氣溫驟降預(yù)警敦促加強(qiáng)保溫工作；降雨天氣預(yù)警便于合理控 制開倉(cāng)與否，以及澆筑倉(cāng)號(hào)的雨天應(yīng)對(duì)措施；雷電大風(fēng)預(yù)警 則敦促加強(qiáng)設(shè)備管理，從而確保澆筑強(qiáng)度與質(zhì)量。溫度控制預(yù)警主要內(nèi)容包括：混凝土出機(jī)口溫度及骨料是否冷透預(yù)警、實(shí)際澆筑溫度距設(shè)計(jì)允許值 2-3C預(yù)警、混 凝土最高溫度距設(shè)計(jì)允許值 2-3 C預(yù)警。一旦報(bào)警，立即采 取相應(yīng)措施糾正。特別是拌和樓砸石測(cè)溫，通制冷水冷卻采 用總量控制與單套管路抽查相結(jié)合的管理辦法保證混凝土 最高溫度不超標(biāo)，都比較徹底地堵住了管理上可能存在的漏 洞。層間間歇期預(yù)警。低溫季節(jié)防止混凝土倉(cāng)面裂縫的基本 原則是短間歇、均勻快速上升。即建臺(tái)帳統(tǒng)計(jì)每一倉(cāng)混凝土 的間歇期，并在規(guī)定的覆蓋時(shí)間前3