三峽水利樞紐是目前世界上規(guī)模最大的混凝土建筑物

三峽水利樞紐是目前世界上規(guī)模最大的混凝土建筑物，混凝土總量近2800萬m3除滿足穩(wěn)定性要求外，還需要滿足泄洪、發(fā)電、航運等方面的特殊要求，具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工強度高、技術(shù)標準高等特點。為保證混凝土質(zhì)量,采取了假設(shè)干新技術(shù)、新工藝。本文全面論述了三峽工程混凝土工程所采取的設(shè)計、施工及管理措施。關(guān)鍵詞三峽工程混凝土新技術(shù)三峽工程概述長江三峽水利樞紐是開發(fā)和治理長江的關(guān)鍵性骨干工程，具有防洪、發(fā)電、航運等巨大的綜合效益。三峽大壩壩址位于湖北省宜昌市境內(nèi)。大壩控制流域面積100萬km2，總庫容393億m3。樞紐主要由攔河大壩、水電站、通航建筑物等三大局部組成。大壩為混凝土重力壩，最大壩高181m。水電站為壩后式，安裝有26臺700MW的水輪發(fā)電機組，總裝機容量18,200MW,年平均發(fā)電量84.7TW?h。通航建筑物包括永久船閘和垂直升船機，永久船閘為雙線五級連續(xù)梯級船閘，可通過萬噸級船隊；升船機為單線一級垂直提升式，一次可通過一艘3,000噸級的客貨輪。三峽工程采用分期導(dǎo)流方式，分三期進行施工，總工期需17年。第一期工程5年〔1993?1997〕，以實現(xiàn)大江截流為標志；第二期工程6年〔1998?2003〕，以實現(xiàn)首批機組投入運行和永久船閘開始通航為標志；第三期工程6年〔2003?2021〕，以全部土建工程完工和全部機組投入運行為標志。工程自1993年開始施工準備，工程完全按照預(yù)定方案順利實施，目前已進入二期工程收尾階段。主要工程量如下：土石方開挖10,283萬m3；土石方填筑3,198萬m3；混凝土2,794萬m3；鋼筋萬t；金屬結(jié)構(gòu)萬t。三峽大壩混凝土的特點2.1混凝土量巨大，施工強度極高。三峽工程混凝土總量近2800萬m3，二期工程施工強度更為突出，1999、2000和2001年三年分別澆筑混凝土458萬m3,548萬m3和402萬m3,連續(xù)三年遠遠超過原蘇聯(lián)古比雪夫電站創(chuàng)造的364萬m3的世界紀錄。2.2結(jié)構(gòu)復(fù)雜。三峽大壩不是普通實體擋水大壩由于長江洪峰量大，加上分期導(dǎo)流要求，泄洪壩段共設(shè)三層泄洪孔口，使得壩體結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜，而且導(dǎo)流底孔和為深孔的高速水流流速均達30m/s以上，體形要求和外表平整度要求極高，給施工以及質(zhì)量控制帶來極大難度。2.3混凝土溫控難度大。大壩混凝土屬大體積混凝土，必須采取嚴格的溫控措施，保證大壩不出現(xiàn)危害性裂縫。要嚴格控制混凝土內(nèi)部最高溫升、上下層溫差、根底溫差、混凝土內(nèi)外溫差。而且三峽地區(qū)夏季炎熱，溫控難度尤其大。2.4耐久性要求特別高。這是由于三峽大壩的特殊重要性，大壩混凝土的抗凍性要求：內(nèi)部混凝土D100、外部到達D250，抗?jié)B要求內(nèi)部要到達S8，外部要到達S10〔10&m/s〕。2.5有些特殊部位要求采用有特殊要求的混凝土。如蝸殼周圍、鋼管底部等不易澆筑的部位要采用高流態(tài)、自密實混凝土，圍堰防滲墻采用能適應(yīng)較大變形、彈模低的柔性混凝土。混凝土配合比設(shè)計三峽大壩混凝土是用大壩基坑和船閘開挖出來的新鮮巖石作骨料，巖性為閃云斜長花崗巖，這種巖石具有較高的抗壓強度〔100MPa以上〕，但是其拉壓比小，骨料中含有較多的云母，破碎過程中容易產(chǎn)生隱性節(jié)理，而且易產(chǎn)生泌水。因此，給最大限度的減少水泥用量，優(yōu)化配合比，盡可能減少水化熱帶來了極大的困難。另外，由于對混凝土質(zhì)量要求中，又特別突出了耐久性問題，因此，在混凝土配合比設(shè)計中，各種技術(shù)指標相互制約，必須與溫度控制要求矛盾進行全面平衡和優(yōu)化，這是一個十分復(fù)雜的技術(shù)難題。為此做了大量的試驗研究工作，所采取的主要措施有：3.1優(yōu)選混凝土原材料，高摻優(yōu)質(zhì)粉煤灰主要選用525#中熱水泥，并盡可能多摻粉煤灰。如壩內(nèi)混凝土最大可摻量可達40%~45%，結(jié)構(gòu)混凝土可摻20%。水泥熟料中的MgO~5%，使混凝土具有微膨脹性，補償混凝土降溫階段體積收縮，減少混凝土裂縫。采用I級粉煤灰，并堅持將I級粉煤灰作為功能材料摻用。摻用I級粉煤灰可取代局部水泥，而且由于I級粉煤灰具有減水效果，可降低混凝土用水量，利用I級粉煤灰的微珠效應(yīng)，還可大大改善混凝土的和易性。I級粉煤灰具體參數(shù)如下：細度方孔篩余量）W12%,需水量比＜95%,燒失量W5%,含水量W1%.三氧化硫含量W3%。3.2米用高效減水劑為有效解決花崗巖人工骨料混凝土用水量高的難題，選用了與其他原材料有良好適應(yīng)性，且減水率在18%以上、其他指標滿足國標一等品的高效減水劑，這是降低混凝土用水量的一個非常重要的措施，為配制高性能大壩混凝土創(chuàng)造了條件。3.3堅持在混凝土中全部摻引氣劑。這是提高混凝土工作性、保證三峽大壩混凝土耐久性和使用壽命的重要措施。另外為了防止發(fā)生堿骨料反響，嚴格限制原材料的堿含量和混凝土總堿量。限制中熱水泥的堿含量小于0.6%；粉煤灰堿含量小于%；混凝土總堿量小于3。在混凝土配合比的設(shè)計中，堅持采用縮小水膠比、并增加粉煤灰摻量的技術(shù)路線。水膠比是影響混凝土強度和耐久性的重要因素，水膠比越小，混凝土孔隙率越小，強度越高，耐久性越好。優(yōu)化后的三峽壩體外部混凝土水膠比小于，水位變化區(qū)＜0.45,內(nèi)部混凝土不大于0.55，高速水流區(qū)小于0.35。由于采用了多項技術(shù)措施，優(yōu)選出的混凝土配合比使混凝土具有優(yōu)越的性能。例如混凝土內(nèi)部抗凍性可達D250以上、水變區(qū)可達D300以上。四級配混凝土用水量由原來的110kg/m3降至85kg/m3，同時降低了大體積混凝土的絕熱溫升和干縮，提高了抗裂性、體積穩(wěn)定性和耐久性等，并使混凝土具有良好的施工和易性和經(jīng)濟性。在查知骨料種類的配合比中，以花崗巖作骨料的大壩混凝土最低用水量為100kg/m3。三峽大壩混凝土采用90天齡期強度設(shè)計，其主要指標如表1。表1三峽工程大混凝土設(shè)計主要指標表使用部位設(shè)計標號水灰（膠）比最大骨料抗凍性抗?jié)B性極限拉伸值—Ho^粉煤灰最大摻量〔0%】總堿含量〔kg/m3）大壩內(nèi)部R15o#o5515o-D_S?4o-45大壩根底9。R2oo#_Q15o1oo-D8_S?_^5大壩外部9oR2oo#15o15oD1oS1o?3o控混凝土施工方案合理的施工方案是施工進度和混凝土施工質(zhì)量的根本保證。根據(jù)三峽二期廠壩工程的施工特點，經(jīng)過綜合比擬后，最后選擇了以塔帶機為主、擺塔式纜機和高架門機〔塔機〕為輔的施工方案。該方案的優(yōu)點是，可以將混凝土垂直運輸和水平運輸結(jié)合起來，實現(xiàn)從拌和樓至澆筑倉面混凝土的連續(xù)供給，到達快速、連續(xù)、高強度施工的目的。實踐證明，正是由于這一方案的正確選擇，才保證了連續(xù)三年的高強度施工。5混凝土溫度控制溫度控制是大壩混凝土質(zhì)量控制的重點和難點。由于三峽氣候條件非常特殊，每年的3~11月〔根底約束區(qū)〕，長達9個月的時間里，都要進行溫度控制。設(shè)計要求混凝土出機口溫度必須到達7°C，澆筑溫度不超過12°C，并且要通過通水冷卻等措施，削減最高溫度。溫度控制實際上是一個系統(tǒng)工程，從混凝土的制備，到澆筑過程，以及后期的冷卻，每一個環(huán)節(jié)都必須進行全面的、有效的控制。溫度控制方面，主要要求和措施如下。為了保證混凝土內(nèi)部溫度，主體建筑物根底約束區(qū)或重要結(jié)構(gòu)部位除冬季12?2月采用自然溫度入倉外，其它季節(jié)出機口溫度不超過7°C。為了到達這一要求，在混凝土生產(chǎn)過程中，采用了二次風(fēng)冷骨料、加冰和冷水拌和等技術(shù)和工藝措施。如此大規(guī)模地生產(chǎn)7C，以及采用二次風(fēng)冷骨料技術(shù)在國內(nèi)外并不多見，后者更是如此。在一次風(fēng)冷骨料倉，骨料平均冷卻終溫從常溫降至6?8oc。經(jīng)二次風(fēng)冷后，骨料平均冷卻終溫可達-2oc?Ooc。運行實踐說明二次風(fēng)冷效果顯著，生產(chǎn)運行穩(wěn)定，為生產(chǎn)7oc混凝土提供了保證。在生產(chǎn)7oc混凝土?xí)r，還需摻加-8oc冰40?50kg，以及所需數(shù)量的2oc冷卻水，經(jīng)二期工程的生產(chǎn)實踐證明，7oc預(yù)冷混凝土生產(chǎn)工藝流程先進合理，合格率一般都在85%以上，為廠壩混凝土溫度控制提供了保障。壩體分縫分塊主要根據(jù)壩體結(jié)構(gòu)特點和要求、澆筑能力、溫度控制要求并參照工程施工經(jīng)驗等因素確定。經(jīng)溫度應(yīng)力分析和從施工條件、國內(nèi)柱狀塊施工有較成熟經(jīng)驗考慮，為更可靠地保證大壩平安運行，大壩縱向分二條縱縫方案，泄洪壩段最長壩塊控制在44米。合理安排混凝土施工程序和施工進度是防止根底貫穿裂縫、減少外表裂縫的主要措施之一。為此，設(shè)計要求，根底約束區(qū)和重要結(jié)構(gòu)部位混凝土在規(guī)定的間歇其內(nèi)連續(xù)均勻上升，不得出現(xiàn)薄層長間歇，根底約束區(qū)混凝土宜在低溫季節(jié)施工，相鄰塊、相鄰壩段高差符合設(shè)計允許的高差要求。其余局部根本做到短間歇連續(xù)上升。二期工程大體積混凝土主要部位允許最高溫度見表2:表2廠房壩段及左非12#—8#壩段壩體設(shè)計允許最高溫度單位:C部位區(qū)域月份12?6?8泄洪壩段根底約束區(qū)23?2431?34脫離根底約束區(qū)23?2435?37廠房壩段根底約束區(qū)23?2431?35脫離根底約束區(qū)23?2435?38—左非溢流壩段—根底約束區(qū)2434?35降低混凝土最高溫度，首先控制澆筑溫度，主要從降低混凝土出機口溫度，養(yǎng)護運輸途中和倉面溫度上升兩方面著手，夏季澆筑混凝土，除混凝土機口溫度必須達7°C外，應(yīng)嚴格控制混凝土運輸時間和倉面澆筑坯層覆蓋前的暴露時間，并要求混凝土運輸途中和倉面設(shè)置必要的保溫措施，使預(yù)冷混凝土的澆筑溫度比機口溫度上升率不大于〔澆筑溫度不大于12?14C〕。降低水化熱溫升主要靠采用發(fā)熱量低的中熱硅酸鹽水泥和低熱礦渣硅酸鹽水泥，選擇較優(yōu)骨料級配和摻適量粉煤灰、外加劑，以減少水泥用量和延緩水化熱發(fā)散速率，并綜合采取合理控制層厚、間歇期和通水冷卻等措施。在混凝土澆筑溫度與當時外界氣溫相近情況下，為較充分利用澆筑層頂面散熱的有利因素，層厚可根據(jù)溫控、澆筑能力、結(jié)構(gòu)和立模等條件調(diào)整。夏季一般采用?，春、秋、冬季可適當加厚。對大壩部位如層厚大于2m，除滿足溫控條件外還需具備相應(yīng)的澆筑能力。通水冷卻是混凝土溫度控制有效措施之一，通水冷卻分三期進行。初期通水是削減澆筑層水化熱溫升，采用6?8C的制冷水，通水時間10?15天，在混凝土收倉12小時內(nèi)開始通水，單根水管通水流量不小于18升/分。中期通水是削減壩體內(nèi)外溫差，每年9月初開始對當年5?8月澆筑的大體積混凝土塊體、10月初對當年4月及9月澆筑的大體積混凝土塊體、11月初對當年10月澆筑的大體積混凝土塊體進行中期通水，削減壩體內(nèi)外溫差。后期通水是使混凝土柱狀塊到達穩(wěn)定溫度，以便進行接縫灌漿。5.6流水養(yǎng)護對新澆混凝土進行及時、持續(xù)地養(yǎng)護，對混凝土強度的正常增長和防止混凝土外表干縮裂縫有重要意義，并對混凝土的散熱降溫有很大幫助。在混凝土澆筑收倉12h內(nèi)，必須進行流水養(yǎng)護，連續(xù)養(yǎng)護時間不得少于混凝土設(shè)計齡期。大壩和廠房的上下游面及長期暴露的混凝土側(cè)面，應(yīng)做為重點進行連續(xù)流水養(yǎng)護，使混凝土始終保持濕潤狀態(tài)。外表保護是防止混凝土外表裂縫發(fā)生的重要措施。三峽大壩和電站廠房暴露面大，壩區(qū)的氣溫驟降又很頻繁，混凝土外表保護顯得尤為重要，特別是根底約束區(qū)、上游面及其它重要結(jié)構(gòu)部位，要作為防護的重點。對于永久暴露面,10?4月份澆筑的混凝土，拆模后立即設(shè)永久保溫層；5?9月份澆筑的混凝土，10月初設(shè)永久保溫層。每年入秋（9月底），將導(dǎo)流底孔等所有孔洞進行封閉。當日平均氣溫在2?3天內(nèi)連續(xù)下降超過6°C時,28天齡期內(nèi)混凝土外表必須進行外表保溫。低溫季節(jié)（如拆模后混凝土外表溫降可能超過6?8C）,以及氣溫驟降期間，推遲拆模時間，否那么在拆模后立即進行外表保護。保溫材料要選擇效果好且便于施工的材料。保溫后混凝土外表等效放熱系數(shù)應(yīng)滿足要求:大體積混凝土0WC;導(dǎo)流底孔、深孔、尾水管、排漂孔及排沙孔等結(jié)構(gòu)混凝土，0WC。從三峽的實踐看，外表保溫對于防止混凝土的裂縫極為關(guān)鍵，對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜部位的混凝土，即便是澆筑幾年以后，也要特別注意在不利的氣侯條件下，嚴格保溫。三峽工程從開工伊始就有到達一流質(zhì)量的明確的目標要求。并在實踐中逐步形成了一整套具有特色的管理體系、方法和措施。質(zhì)量監(jiān)督和管理體系三峽工程的質(zhì)量管理體系是在合同制、監(jiān)理制的根底上，結(jié)合我國的實際情況而逐漸形成的，既有合同的、技術(shù)的、管理方面的因素，也有行政的因素。實踐證明，在我國市場經(jīng)濟建設(shè)初期，各種法制的因素尚不完善，企業(yè)的質(zhì)量意識、信譽意識都不是很強的情況下，這是一種非常有效的方式。具體來說，這種體系構(gòu)成如下：施工承包單位的質(zhì)量體系必須健全：行政首長負責(zé)制，質(zhì)量體系的垂直領(lǐng)導(dǎo)制，三個層次的檢查制，各種實驗手段、測量手段都必須齊備。監(jiān)理單位的檢查監(jiān)督：監(jiān)理對施工全過程進行監(jiān)督，包括原材料檢查、施工方案的審查批準、重要部位旁站等，監(jiān)理有權(quán)對不合格或不負責(zé)任的承包商質(zhì)檢人員進行處理，有權(quán)進行質(zhì)量的獎勵或處分的認定，監(jiān)理都有獨立的試驗室和相應(yīng)的測量檢查手段。業(yè)主的總體協(xié)調(diào)和抽檢制度。三峽總公司在現(xiàn)場組建了技術(shù)力量很強的試驗中心、金結(jié)中心、測量中心、平安監(jiān)測中心和水情中心等機構(gòu)，對工程質(zhì)量進行抽檢、監(jiān)督，并提供現(xiàn)場技術(shù)支持。另外三峽總公司還牽頭成立了參建各方參加狗'三峽工程質(zhì)量管理委員會〃，定期對工程質(zhì)量情況進行評價，通過典型事例進行表揚和批評，有效地促進了質(zhì)量的提高。為加強對三峽工程質(zhì)量的監(jiān)督，國務(wù)院三峽工程建設(shè)委員會于1999年6月成立了以錢正英為組長、張光斗為副組長的“三峽樞紐工程質(zhì)量檢查專家組〃，因為專家組既有很高的技術(shù)權(quán)威，又有很強的行政色彩，有力地促進了三峽質(zhì)量提高。質(zhì)量檢測標準三峽工程是千年大計，而且很多方面均超出現(xiàn)行標準，因此，三峽總公司在現(xiàn)有國家標準的根底上，結(jié)合三峽工程的具體情況，頒發(fā)了70多項三峽質(zhì)量標準，隨著工程進展還將陸續(xù)制定其它標準。三峽工程質(zhì)量標準源于國家標準和合同