三峡工程坝工建设

1、三峡工程坝工建设摘要：三峡坝区气温骤降频繁， 夏季高温持续时间长， 对混凝土温控有特殊要求；在进行混凝土配合比设计和混凝 土施工时，除满足混凝土标号及抗冻、抗渗、极限拉伸值等 主要设计指标外，还应满足混凝土匀质性指标。为有效防止 大坝上、下游面产生裂缝，在大坝上、下游面采用苯板及时 跟进保温。为了确保大坝进水口段等异型断面混凝土的保温 效果，采用了现场喷涂聚氯酯材料发泡保温。这些新型保温 材料的效果相当好，经冬季的考验，多次检查混凝土表面均 未发现裂缝。三峡大坝混凝土温控设计、施工工艺的实践表 明，三峡工程坝工技术应用非常成功，工程质量、进度均得 到有效控制，满足工程建设需要。关键词：三峡工程

2、；坝工；温控；设计；施工 中图分类号： TV741 文献标识码： B1 概述长江三峡水利枢纽工程具有防洪、发电和航运等综合效 益，枢纽工程位于长江三峡西陵峡中段的湖北省宜昌三斗坪 镇，距葛洲坝水利枢纽约 40km 。坝址多年平均径流量为 4500 亿m3,多年平均流量14300m3/s。三峡水利枢纽工程包括： 大坝、水电站厂房、 通航建筑物和茅坪溪防护大坝等建筑物。 其中位于河床上的大坝为混凝土重力坝，坝顶高程 185m， 最大坝高181m，坝轴线全长2309.47m。河床中部的泄流坝 段长483m，分为23个坝段，每个坝段长 21m。泄流坝段共 布置 23 个深孔和 22 个表孔。为满足三期

3、导流及截流和围堰 发电期间泄洪的需要，在表孔的正下方跨缝布置 22 个临时 导流底孔，后期回填混凝土封堵。三峡工程混凝土总量高达 2794万m3,其中大坝混凝土 量为 1610 万 m3。 2006 年 5 月大坝全线浇筑至坝顶设计高程 185m，工期提前约一年。2 混凝土温控设计2.1 确定混凝土主要设计指标 针对不同结构、不同部位开展混凝土设计。如针对大坝的水上水下部位、内部及外部、基础约束区、孔口、支墩部 位、厂房水上水下结构等不同部位， 调整混凝土标号、 级配、 水胶比、粉煤灰掺量等设计指标。2.2 坝体稳定温度场 根据库水温、下游年均水温、气温、地温等边界条件计算泄洪坝段及厂房坝段典

4、型坝段的平均稳定温度。2.3 温控标准2.3.1 基础允许温差 大坝、电站厂房基础允许温差分别按约束条件控制浇筑 块体型。碾压混凝土浇筑块基础允许温差参照常规混凝土基 础允许温差加严 2-3C。2.3.2 上下层温差标准 当下层混凝土龄期超过 28d 成为老混凝土时，其上层混 凝土浇筑应控制上、下层温差，对连续上升坝段且浇筑高 度0.5L（浇筑块长边尺寸）时，允许老混凝土面上下各个范围 内上层混凝土最高平均温度与新混凝土开始浇筑时下层实 际平均温度之差不大于 17 C；浇筑块侧面长期暴露时，或上层混凝土高度3，其中大坝混凝土量为1610万m3，三峡工程能否按照总进度的要求 达到计划目标， 大坝

5、混凝土施工是关键。 按照控制进度要求， 最高年浇筑强度达到 500万m3,最高月浇筑强度要达到 40 万m3,日最高浇筑量达到 2.0万m3以上。大坝施工的难点 是：泄洪坝段设有溢流表孔、深孔和导流底孔三层孔口；厂 房坝段布置有电站进水口和排砂孔口,且有内径为 12.4m 的 钢衬钢管混凝土压力管道,结构复杂；三峡坝区气温骤降频 繁,夏季高温持续时间长,对混凝土温控有特殊要求；混凝 土浇筑与金属结构和机组埋件安装、 以及与固结灌浆、 帷 幕灌浆、接缝灌浆并行作业的相互干扰。大坝混凝土施工质 量要求高，施工难度大，因此必须采用成套先进的混凝土快 速施工新技术，才能保证工程的质量和工期。经过施工手

6、段的多方案比较，在充分论证的基础上，打 破常规汽车水平运输、起重机垂直吊运的浇筑办法，决定选 用以塔式皮带机连续输送浇筑为主，辅以大型门塔机和缆机 的综合施工方案。从混凝土拌合工厂生产出的混凝土直接用 皮带机，经由可自升高度的皮带机栈桥、供给塔式皮带机 （Rotec 塔带机 ） 直接浇筑到大坝各施工块体， 进行连续的混凝 土浇筑施工。该系统由各混凝土拌和楼通过皮带机将混凝土 输送到塔带机直接入仓浇筑，集水平和垂直运输为一身，具 有连续浇筑、生产率高、可实现混凝土浇筑工厂化生产的特 点。从传统常规的吊罐浇筑升华为混凝土一条龙连续生产工 艺。既避免了施工过程地面和空中的施工作业干扰，保证了 安全，

7、又大大超过了常规的施工速度。与大坝快速施工相配 套的优化的混凝土配合比、高效的制冷温控工艺、仓面的振 捣工艺以及计算机信息控制系统，都达到了一个新的水平， 并同时建立起一整套快速施工工艺和管理体系。三峡大坝二期混凝土浇筑从 1996 年开始， 1999 年到 2001 年连续 3 年特高强度混凝土施工， 单台塔带机的最高月 浇筑强度达6.47万m3/月，瞬时达强度200m3/ h 240m3 /h，平均强度80m3/h 150m3/h,年浇筑量均在 400万m3以上，三年共浇筑混凝土 1409万m3，其中2000年创造 了混凝土浇筑强度年 548万m3、月55.35万m3、日2.2万 m3 的

8、世界最高纪录，所浇混凝土质量均满足设计要求。4 混凝土温控三峡工程大坝柱状块尺寸大，基础温差标准高。加上坝 区气温骤降频繁，混凝土表面防裂难度大，温控措施要求严 格。为此，三峡工程在广泛分析国内外工程已采取单项或多 项温控措施现状的基础上，首次实施全过程、全方位、高标 准、大容量的综合温控技术。4.1 优化混凝土配合比采取的主要技术路线：在混凝土中掺引气剂和高效减水 剂；把粉煤灰当作改性功能材料应用于混凝土中；采取缩小 水胶比增加粉煤灰掺量的技术路线进行配合比设计；采用有 微膨胀的水泥以减少混凝土收缩变形；限制原材料的碱含量 和混凝土总碱量；限制水泥表面积减少温度和干缩裂缝；合 理调整水泥中S

9、O。含量保证混凝土凝结时间正常；控制拌 和时间、振捣时间及总胶材用量解决仓面骨料分离、泌水问 题。自 1995 年开始开展工作大坝混凝土配合比设计及试验 研究工作，主要包括混凝土原材料优选试验、混凝土配合比选择试验、混凝土性能试验以及校核试验。经过近 10 个单 位历时 3 年大量深入细致、全面的试验研究，优选出了三峡 工程第二阶段混凝土配合比，在大坝混凝土施工中，三峡工 程首次使用了性能优良的 l 级粉煤灰和高效减水剂，并优化 了混凝土配合比。为了节约水泥，改善混凝土的性能，特别 是提高混凝土的耐久性，在混凝土配合比设计时采取了选用 品质优良的高效缓凝减水剂、全面掺用引气剂、掺用优质粉 煤灰

10、等技术措施。探讨了水胶比、粉煤灰掺量对混凝土的单 位用水量、抗压强度、抗拉强度、抗冻性能的影响规律。使 优化的大坝混凝土配合比具有单位用水量小、水泥用量少、 耐久性好等特点。为满足三峡混凝土温控和耐久性的特殊要 求，经大量试验选用非碱活性花岗岩人工骨料，并严格限制 水泥熟料中碱含量小于 0.5， 要求混凝土中总碱量 3，在混 凝土中掺用 I 级粉煤灰。由于 I 级粉煤灰微珠含量高，可作 为一种功能材料，大大改善混凝土的和易性，减少用水量， 并可抑制碱活性反应，节省水泥用量，减少混凝土温度裂缝 和干缩；选用品质优良的高效减水剂，通过与 I 级粉煤灰联 合掺用，使花岗岩人工骨料配制的四级配混凝土用

11、水量由 110kg/m3减少为85kg/ m3左右，解决了花岗岩人工骨料 混凝土用水量高的难题，同时减少了水泥用量、减轻了大体 积混凝土温控防裂负担，降低了混凝土的绝热温升和干缩，提高了混凝土抗裂性、体积稳定性和耐久性等，同时使混凝 土具有良好的施工和易性；采用缩小水胶比增加粉煤灰掺量 的技术路线，从而更有效提高混凝土的耐久性；采用有补偿 收缩性能的 525# 中热大坝水泥， 以减少混凝土收缩变形， 减 少混凝土产生裂缝的风险。4.2 混凝土生产系统及二次风冷技术 三峡工程低温混凝土生产系统是世界上已建及在建工 程中规模最大、温控要求最严的混凝土生产系统。要求夏季 生产出机口温度为 7C的低温

12、混凝土，设计生产能力为 1720m3/ h，设计夏季高峰月混凝土浇筑强度为44万m3。针对三峡工程的特殊性及混凝土预冷工艺的要求，经反 复试验研究后首次将二次风冷骨料技术应用于三峡工程。为 了控制混凝土出机口温度，三峡工程在葛洲坝二次水冷试验 的基础上，采取了骨料二次风冷技术，并加入少量碎冰，生 产出了 7 C混凝土。骨料(夏天一般为22 C 26 C )第一次经 过4 C 6 C的冷风预冷45min 60min ,冷却后骨料温度 达到4C 8C；骨料进入拌和楼后，再次经过8C 12C 的冷风预冷30min 45 min，骨料温度可达2 +2 C,然后 定量输入搅拌罐并加入适量冰 (30 50

13、kg / m3)予以拌和，生 产出满足设计要求的预冷混凝土。4.3 现场温控防裂技术4.3.1 厂房工程首次全面系统埋设冷却水管右岸厂房混凝土标号较高，水泥用量大(181 kg m3)，水化温升较高。为控制浇筑块最高温度，在左岸 14#机成功 经验的基础上，全面埋设冷却水管初期削峰，并实施中期通 水，使混凝土内部温度降至22 C后越冬。4.3.2 推行“个性化通水”方案 高标号、高流态及泵送混凝土的温控防裂难度大，通过加密、加层布置冷却水管，并在混凝土升温期实施大流量通 制冷水(25 - 35 升/ min)，待最高温度出现后改成小流量通 水(18 - 20 升/ min)，既大幅削减了混凝土

14、内部最高温度， 又防范了混凝土在降温期冷却过速而开裂的风险，很好地解 决了大掺量胶材混凝土的温控防裂难问题。三期大坝工程在 2005 年 6- 9 月高温季节实现了超常规的快速施工：大坝甲 块大面积采用了 3m 升层，进度较原来采用 2m 升层时几乎 加快了一半，这为大坝 2006年 5月到顶，继而在 2006年汛 后提前一年蓄水至高程 156m、厂房提前一年完建打下了良 好的基础。4.3.3 脱离基础约束区混凝土高温季节采用制冷水冷 却为了控制混凝土内部最高温度，缓解中期通水的压力， 对脱离基础约束区的大坝、厂房混凝土，在高温季节也采用了通制冷水冷却。在削减最高温度的同时，确保中期通水于11

15、 月中旬将混凝土温度降到设计温度，满足了越冬要求。4.3.4 建立了天气、温度控制、间歇期三项预警制度 天气预警主要包括三个方面：高温与气温骤降预警、降 雨预警、雷电大风预警。高温预警敦促加强浇筑温度控制； 气温骤降预警敦促加强保温工作；降雨天气预警便于合理控 制开仓与否，以及浇筑仓号的雨天应对措施；雷电大风预警 则敦促加强设备管理，从而确保浇筑强度与质量。温度控制预警主要内容包括：混凝土出机口温度及骨料是否冷透预警、实际浇筑温度距设计允许值 2-3C预警、混 凝土最高温度距设计允许值 2-3 C预警。一旦报警，立即采 取相应措施纠正。特别是拌和楼砸石测温，通制冷水冷却采 用总量控制与单套管路抽查相结合的管理办法保证混凝土 最高温度不超标，都比较彻底地堵住了管理上可能存在的漏 洞。层间间歇期预警。低温季节防止混凝土仓面裂缝的基本 原则是短间歇、均匀快速上升。即建台帐统计每一仓混凝土 的间歇期，并在规定的覆盖时间前3