三峽工程碾壓混凝土圍堰關(guān)鍵技術(shù)研究與究與應(yīng)用

曹廣晶　王　毅　朱承軍

摘要：三峽工程的關(guān)鍵項(xiàng)目之一一碾壓混凝土圍堰施工工期緊、施工強(qiáng)度大、技術(shù)要求高。針對(duì)這些特點(diǎn)，從設(shè)計(jì)、配合比、施工組織和施工技術(shù)等各方面進(jìn)行優(yōu)化，為快速施工及質(zhì)量保證創(chuàng)造最有利的條件。施工采用全斷面攤鋪碾壓、不間斷連續(xù)上升方式，創(chuàng)造了最高月強(qiáng)度47萬(wàn)m3，最高日強(qiáng)度2.1萬(wàn)m3，最高小時(shí)強(qiáng)度達(dá)到1 265m3等多項(xiàng)碾壓混凝土施工史上的新紀(jì)錄”

關(guān)鍵詞：碾壓混凝土圍堰；關(guān)鍵技術(shù)；研究；三峽I程

1工程特點(diǎn)

三峽工程足當(dāng)今世界亡最大的水電工程，總工期17年。為使工程早日發(fā)揮效益，采用圍堰臨時(shí)擋水方案以保障船閘通航和初期發(fā)電；即在右岸導(dǎo)流明渠截流后修建的土石圍堰保護(hù)下，利用一個(gè)枯水季節(jié)快速建造一座高90m、總方量為110萬(wàn)m3的碾壓混凝土圍堰，與左岸已經(jīng)形成的二期大壩共同承擔(dān)擋水任務(wù)，同時(shí)與與三期下游土石圍堰及混凝土縱向圍堰共同形成三期基坑，以保證右岸大壩和廠(chǎng)房干地施工。它行如下特點(diǎn)：

(1)該項(xiàng)目是控制工期的關(guān)鍵性項(xiàng)目，關(guān)系到三峽工程2003年能否按期實(shí)現(xiàn)通航、蓄水和發(fā)電目標(biāo)。因而，要求該項(xiàng)工程務(wù)必按期完成。

(2)水庫(kù)初期蓄水后，形成124億m3的大水庫(kù)。該項(xiàng)工程。從性質(zhì)上講為圍堰，屬臨時(shí)工程，但實(shí)際上相當(dāng)于規(guī)模很大的碾壓混凝土擋水壩，其質(zhì)量不能有任何放松。

(3)工期緊、施工強(qiáng)度高。施工時(shí)間只有不到5個(gè)月，原計(jì)劃門(mén)澆筑強(qiáng)度為35～38萬(wàn)m3。在狹窄的施工范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)如此高的施工強(qiáng)度，為水電施工史上所罕見(jiàn)。

(4)由于是臨時(shí)工程，對(duì)今后工程的正常運(yùn)行有影響，因此施工時(shí)必考慮今后拆除要求。這無(wú)疑將增加了施工難度。

為了滿(mǎn)足上述要求，必須在設(shè)計(jì)和施工等各個(gè)方面有所突破，為快速施工及質(zhì)量保證創(chuàng)造最有利的條件。

2 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述

三期碾壓混凝土圍堰為全斷面碾壓混凝土結(jié)構(gòu)，上游面4m為防滲層，最大底寬107m，圍堰軸線(xiàn)全K為580m，不設(shè)縱縫，只在上游面每隔40m，設(shè)永久橫縫，在永久橫縫中間設(shè)誘導(dǎo)縫，這樣除局邪地方外，可以全斷面攤鋪碾壓，為快速施工創(chuàng)造最有利的條件。

簡(jiǎn)化了混凝土的標(biāo)號(hào)。原設(shè)計(jì)共有兩個(gè)不同級(jí)別的混凝土。施工過(guò)程中根據(jù)實(shí)際情況改為單一級(jí)配的混凝土。

上游面防滲層采用加漿混凝土，即在碾壓混凝上千加入水泥漿，使之變成為類(lèi)似常態(tài)混凝土，增強(qiáng)混凝土防滲性能。

廊道的存在會(huì)影響施工進(jìn)度，經(jīng)過(guò)反復(fù)論證，將上層廊道與爆破拆除廊道合并，這樣突破了規(guī)范規(guī)定的上下層廊道之間的距離為20～30m的規(guī)定，因而上下層之間排水孔的施工必須非常謹(jǐn)慎。

3配合比設(shè)計(jì)

配合比設(shè)計(jì)原則是在滿(mǎn)足強(qiáng)度要求的前提下，盡可能少用水泥，多摻用粉煤灰。施工中采用三級(jí)配90d齡期150號(hào)的混凝土，抗?jié)B標(biāo)號(hào)為50號(hào)，抗凍標(biāo)號(hào)為8。選用525＃中熱水泥、—級(jí)粉煤灰、花崗巖人工骨料。經(jīng)過(guò)室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)，在摻JG—3或ZB—lA高效減水劑的情況下，確定的施工配合比的用水量為83kg/m3，水泥用量為75kg/m3。

4施工

由于工期緊，決定采用全斷面通倉(cāng)碾壓方案，參照國(guó)內(nèi)外施工經(jīng)驗(yàn)及施工機(jī)械的情況。并經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，最終選擇壓實(shí)層厚30cm，連續(xù)上升的方案。

4.1混凝土攤鋪方式

最大的倉(cāng)面面積達(dá)19 000m2，按照壓實(shí)層厚30Cm，層間間歇6h的要求，入倉(cāng)強(qiáng)度必須達(dá)到950m3/L。針對(duì)如此高強(qiáng)度的要求，方案比較時(shí)研究了通倉(cāng)平層連續(xù)鋪筑上升和通倉(cāng)斜層鋪筑上升兩種方式。經(jīng)過(guò)施工過(guò)程仿真分析，平層鋪筑法在拌和系統(tǒng)供料強(qiáng)度能保證的情況下，有利于高強(qiáng)度快速施工。故選用了平層鋪筑上升方式?？杀韧▊}(cāng)斜鋪筑縮短1.5個(gè)月。

4.2碾壓混凝土運(yùn)輸入倉(cāng)方式及設(shè)備配置

不分縱縫，可以最大限度地簡(jiǎn)化倉(cāng)面，但最大倉(cāng)面面積達(dá)到19000m2，施工上如果要做到連續(xù)上升，按層厚30Cm，層間間歇6h計(jì)算，小時(shí)強(qiáng)度要求達(dá)到50m3。因此，如何保證混凝土的連續(xù)高強(qiáng)度的供應(yīng)，選擇什么樣的人倉(cāng)方式及相應(yīng)的設(shè)備配置對(duì)于保證工程進(jìn)度及質(zhì)量至關(guān)重要。

要滿(mǎn)足這一要求，首先要在初凝時(shí)間上取得突破。根據(jù)施工規(guī)范要求：混凝土從拌和加水到碾壓完畢的歷時(shí)不宜超過(guò)2h，美國(guó)甚至規(guī)定該歷時(shí)為45mm。經(jīng)過(guò)室內(nèi)及現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)試驗(yàn)，最后確定摻用JG3或ZB—1A高效減水外加劑，使初凝時(shí)間延長(zhǎng)為20～23h。

RCC人倉(cāng)方式根據(jù)該圍堰施工場(chǎng)地狹窄、道路難布置、施工工期緊等特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)綜合比較，考慮到在土石方填量最小、上部施工方案來(lái)得及銜接的情況下，選用碾壓混凝土圍堰高程90m以下全部以自卸汽車(chē)直接入倉(cāng)，高程90～115m以自卸汽車(chē)為主、塔(頂)帶機(jī)為輔入倉(cāng)，高程115m以上以塔帶機(jī)為主、倉(cāng)內(nèi)汽車(chē)轉(zhuǎn)料為輔的方案。

汽車(chē)入倉(cāng)關(guān)鍵問(wèn)題有三：一是人倉(cāng)之前必須把汽車(chē)沖洗干凈，絕對(duì)不允許污物入倉(cāng)；二是入倉(cāng)口的倒換和碾壓過(guò)渡的處理；三是倉(cāng)內(nèi)的行使路線(xiàn)、指揮、卸料等各個(gè)環(huán)節(jié)必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格規(guī)劃，以便使整個(gè)施工組織有序進(jìn)行。

4.3混凝土拌和系統(tǒng)配置

結(jié)合后面大壩和廠(chǎng)房施工，共布置兩個(gè)系統(tǒng)，4座自落式拌和樓(2座4X4.5m3，2座4X3m3)，可以滿(mǎn)足1000m3／h的供應(yīng)要求。一個(gè)系統(tǒng)直接由汽車(chē)接料運(yùn)至倉(cāng)內(nèi)，另一個(gè)系統(tǒng)先由皮帶機(jī)運(yùn)到堰后一轉(zhuǎn)料平臺(tái)，然后由自卸汽車(chē)轉(zhuǎn)運(yùn)入倉(cāng)，縮短汽車(chē)運(yùn)距約1.5km。

倉(cāng)內(nèi)設(shè)備配置，共配備16臺(tái)BW一202AD和DD一110型號(hào)的振動(dòng)碾，13臺(tái)不同型號(hào)的平倉(cāng)機(jī)和推土機(jī)。采用先靜壓2遍，再有振碾壓8遍。防滲層壓實(shí)度按98％控制，其它部位要求到達(dá)97％。

4.4道路布置

根據(jù)地形條件、人倉(cāng)強(qiáng)度等因素，共布置有5條道路，隨著倉(cāng)面的升高，道路逐漸減少。高程90m以下圍堰下游兩側(cè)各布置1條道路，高程90～115m僅在右側(cè)布置1條道路，高程115m以上取消道路。人倉(cāng)道路采取全斷面填筑，下部填方量大、路面寬的部位布置多條車(chē)道，道路半幅填筑上升，每次上升60cm，半幅車(chē)輛通行，互相交替隨堰體上升逐漸抬高。人倉(cāng)口路面寬度始終保證在20～24m。在距人倉(cāng)口前30m范圍填干凈碎石脫水路面，上鋪鋼欄柵。

4．5塔(頂)帶機(jī)布置

堰體澆至高程90m后，塔帶機(jī)開(kāi)始投人使用。兩臺(tái)塔帶機(jī)布置在下游側(cè)，可覆蓋大部分倉(cāng)面范圍并澆至堰頂。根據(jù)三峽二期工程經(jīng)驗(yàn)，塔帶機(jī)采用“1樓1線(xiàn)1機(jī)”方式，即1臺(tái)塔帶機(jī)配1條供料線(xiàn)，直接連接到右岸高程150m拌和系統(tǒng)，該拌和系統(tǒng)任意1個(gè)樓均可向兩臺(tái)塔帶機(jī)供料，方便靈活，保證率高。

4.6模板選擇

模板對(duì)施工影響巨大。要做到連續(xù)不問(wèn)歇上升，要求模板拆裝速度快、穩(wěn)定性好，拆裝時(shí)對(duì)倉(cāng)面干擾小。經(jīng)研究圍堰迎水面選用國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用的懸臂翻升鋼模板，立模面積4.44萬(wàn)m2。背水面采用臺(tái)階預(yù)制混凝土模板及臺(tái)階組合鋼模板，預(yù)制塊長(zhǎng)2m、寬1m、高0.6m，立模面積2.9萬(wàn)m2。

4.7廊道快速施工

圍堰設(shè)有兩層廊道，分別為高程40m的基礎(chǔ)廊道和高程107.5m的爆破廊道。廊道均采用混凝土預(yù)制件，寬2.5m，頂高3m，每節(jié)長(zhǎng)1m。為了不影響正常施工進(jìn)度，采取預(yù)埋L360槽鋼形成安裝槽，并且不拆除?；炷翝仓晾鹊赖装搴罅⒓从闷?chē)吊進(jìn)行預(yù)制廊道吊裝。廊道就位后，兩側(cè)對(duì)稱(chēng)澆筑混凝土，離邊線(xiàn)50cm范圍內(nèi)澆筑改性混凝土，防止碾壓機(jī)械擠壓致使廊道變形。一個(gè)20m長(zhǎng)的堰塊用時(shí)約3h，未影響層間的直接鋪筑，滿(mǎn)足了快速施工的要求。

5施工過(guò)程中的主要質(zhì)量控制措施

5.1防滲層的工藝措施

圍堰迎水側(cè)4m寬設(shè)置防滲層，采用二級(jí)配碾壓混凝上。其中上游側(cè)50cm寬度范圍內(nèi)加凈漿成為變態(tài)混凝土，并摻水泥基滲透防水劑。

防滲層層面鋪灑凈漿，并及時(shí)覆蓋、平倉(cāng)和壓實(shí)混凝土。上游側(cè)50cm寬度范圍內(nèi)改性混凝土采取挖槽摻灑加漿，并振搗密實(shí)．對(duì)挖槽的深度與寬度、凈漿比重、加漿量和振搗方式進(jìn)行嚴(yán)格控制，混凝土攤鋪后30min內(nèi)挖槽、灑漿完畢，灑漿10min后開(kāi)始振搗，并在30min內(nèi)振搗完畢。

改性混凝土與碾壓混凝土結(jié)合部位搭接寬度按不小于20Cm控制，采用先碾壓混凝土、后改性混凝土的順序施工，結(jié)合部位要求認(rèn)真振搗后再補(bǔ)碾。

5.2碾壓混凝土VC值的控制

三峽三期碾壓混凝土圍堰VC規(guī)定為1～8S，可以YU說(shuō)對(duì)下限沒(méi)有嚴(yán)格規(guī)定，以不陷碾為原則。實(shí)際施工過(guò)程中通常情況下按3s左右控制，陰雨天氣按4～6s控制。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)施工發(fā)現(xiàn)，VC值低不僅砂漿豐富，可碾性好，壓實(shí)度容易滿(mǎn)足要求，而且對(duì)防止骨料分離起到重要的作用。

5.3塔帶機(jī)運(yùn)輸碾壓混凝土的質(zhì)量保證措施

塔帶機(jī)可以實(shí)現(xiàn)從拌和樓至倉(cāng)面直接布料，關(guān)鍵是如何防止骨料分離。采取的主要措施有：優(yōu)化混凝土配合比、適當(dāng)增加膠凝材料，配合比見(jiàn)表1。供料線(xiàn)運(yùn)輸時(shí)保證送料連續(xù)、均勻、適量，控制卸料方式、卸料高度和料堆高度。布料與平倉(cāng)交叉作業(yè)，布料在已攤平但未碾壓的層面上，減少骨料分離效果明顯。對(duì)小范圍的骨料分離，輔以人工分散集中骨料。

6圍堰拆除設(shè)計(jì)

由于該圍堰只是臨時(shí)擋水發(fā)電，待右岸電站發(fā)電時(shí)，必須將堰體上部25m高度范圍內(nèi)拆除。

主要研究深孔梯段爆破拆除、洞室爆破傾倒拆除和洞室爆破滑移拆除三種方案。

經(jīng)綜合比較，選用了洞室爆破傾倒拆除方案，預(yù)埋藥室均采用預(yù)制構(gòu)件，汽車(chē)運(yùn)至倉(cāng)內(nèi)、吊車(chē)安裝到位。通過(guò)精心組織，未影響圍堰高強(qiáng)度連續(xù)上升。

該圍堰于2002年12月16日開(kāi)始澆筑．2003年4月16日澆至堰頂，施工歷時(shí)4個(gè)月。施工過(guò)程中，2003年元月達(dá)到48萬(wàn)m3的澆筑紀(jì)錄，最大日強(qiáng)度2.1萬(wàn)m3，最大月上升27m，最大連續(xù)上升高度57.5m。鉆孔取芯及進(jìn)水后的觀(guān)測(cè)情況表明，施工質(zhì)量?jī)?yōu)良，這一關(guān)鍵性項(xiàng)目在施工技術(shù)上已經(jīng)取得了重大突破。

但是，圍堰運(yùn)行半年多后，在兩個(gè)高程出現(xiàn)了幾乎橫貫全長(zhǎng)的水平裂縫。經(jīng)過(guò)對(duì)施工記錄、內(nèi)部觀(guān)測(cè)資料進(jìn)行分析，結(jié)合仿真計(jì)算，確定了裂縫的主要成因。上部高程107.5m處的裂縫，由于該處設(shè)有爆破拆除廊道，廊道前澆筑的是常態(tài)混凝土，其上、下、后面均為碾壓混凝土，裂縫出現(xiàn)在常態(tài)與碾壓兩種混凝土交接面處，很明顯是由于兩種混凝土的不同性能引起的；下部高程88m處的裂縫，施工過(guò)程中由于下雨，中間停歇了一段時(shí)間，致使覆蓋時(shí)間達(dá)到14h左右，恢復(fù)澆筑采用灑凈漿的方式；同時(shí)，內(nèi)部觀(guān)測(cè)資料顯示，運(yùn)行半年后內(nèi)部溫度仍在最高溫度34.5℃，而此時(shí)上游江水溫度僅為8℃左右。

通過(guò)對(duì)裂縫成因分析，提醒我們?cè)谝院竽雺夯炷潦┕ぶ袘?yīng)注意如下問(wèn)題：

(1)設(shè)計(jì)中盡量不要出現(xiàn)常態(tài)與碾壓混凝土混合的問(wèn)題，必須采用常態(tài)混凝土?xí)r，可考慮采用改性混凝土。

(2)碾壓混凝土連續(xù)上升對(duì)施工進(jìn)度有利，但是，如何解決溫度問(wèn)題，應(yīng)引起高度重視。

(3)對(duì)出現(xiàn)間歇時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，但又沒(méi)有超過(guò)初凝時(shí)間的層面，采用灑凈漿恢復(fù)澆筑的處理方式應(yīng)在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上確定。