三峽工程碾壓混凝土圍堰關鍵技術研究與究與應用

曹廣晶　王　毅　朱承軍

摘要：三峽工程的關鍵項目之一一碾壓混凝土圍堰施工工期緊、施工強度大、技術要求高。針對這些特點，從設計、配合比、施工組織和施工技術等各方面進行優(yōu)化，為快速施工及質量保證創(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)造了最高月強度47萬m3，最高日強度2.1萬m3，最高小時強度達到1 265m3等多項碾壓混凝土施工史上的新紀錄”

關鍵詞：碾壓混凝土圍堰；關鍵技術；研究；三峽I程

1工程特點

三峽工程足當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，采用圍堰臨時擋水方案以保障船閘通航和初期發(fā)電；即在右岸導流明渠截流后修建的土石圍堰保護下，利用一個枯水季節(jié)快速建造一座高90m、總方量為110萬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擋水任務，同時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房干地施工。它行如下特點：

(1)該項目是控制工期的關鍵性項目，關系到三峽工程2003年能否按期實現(xiàn)通航、蓄水和發(fā)電目標。因而，要求該項工程務必按期完成。

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

(3)工期緊、施工強度高。施工時間只有不到5個月，原計劃門澆筑強度為35～38萬m3。在狹窄的施工范圍內，實現(xiàn)如此高的施工強度，為水電施工史上所罕見。

(4)由于是臨時工程，對今后工程的正常運行有影響，因此施工時必考慮今后拆除要求。這無疑將增加了施工難度。

為了滿足上述要求，必須在設計和施工等各個方面有所突破，為快速施工及質量保證創(chuàng)造最有利的條件。

2 設計簡述

三期碾壓混凝土圍堰為全斷面碾壓混凝土結構，上游面4m為防滲層，最大底寬107m，圍堰軸線全K為580m，不設縱縫，只在上游面每隔40m，設永久橫縫，在永久橫縫中間設誘導縫，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。

簡化了混凝土的標號。原設計共有兩個不同級別的混凝土。施工過程中根據(jù)實際情況改為單一級配的混凝土。

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，使之變成為類似常態(tài)混凝土，增強混凝土防滲性能。

廊道的存在會影響施工進度，經(jīng)過反復論證，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慎。

3配合比設計

配合比設計原則是在滿足強度要求的前提下，盡可能少用水泥，多摻用粉煤灰。施工中采用三級配90d齡期150號的混凝土，抗?jié)B標號為50號，抗凍標號為8。選用525＃中熱水泥、—級粉煤灰、花崗巖人工骨料。經(jīng)過室內和現(xiàn)場生產(chǎn)性試驗，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碾壓方案，參照國內外施工經(jīng)驗及施工機械的情況。并經(jīng)現(xiàn)場試驗，最終選擇壓實層厚30cm，連續(xù)上升的方案。

4.1混凝土攤鋪方式

最大的倉面面積達19 000m2，按照壓實層厚30Cm，層間間歇6h的要求，入倉強度必須達到950m3/L。針對如此高強度的要求，方案比較時研究了通倉平層連續(xù)鋪筑上升和通倉斜層鋪筑上升兩種方式。經(jīng)過施工過程仿真分析，平層鋪筑法在拌和系統(tǒng)供料強度能保證的情況下，有利于高強度快速施工。故選用了平層鋪筑上升方式。可比通倉斜鋪筑縮短1.5個月。

4.2碾壓混凝土運輸入倉方式及設備配置

不分縱縫，可以最大限度地簡化倉面，但最大倉面面積達到19000m2，施工上如果要做到連續(xù)上升，按層厚30Cm，層間間歇6h計算，小時強度要求達到50m3。因此，如何保證混凝土的連續(xù)高強度的供應，選擇什么樣的人倉方式及相應的設備配置對于保證工程進度及質量至關重要。

要滿足這一要求，首先要在初凝時間上取得突破。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不宜超過2h，美國甚至規(guī)定該歷時為45mm。經(jīng)過室內及現(xiàn)場反復試驗，最后確定摻用JG3或ZB—1A高效減水外加劑，使初凝時間延長為20～23h。

RCC人倉方式根據(jù)該圍堰施工場地狹窄、道路難布置、施工工期緊等特點，經(jīng)過綜合比較，考慮到在土石方填量最小、上部施工方案來得及銜接的情況下，選用碾壓混凝土圍堰高程90m以下全部以自卸汽車直接入倉，高程90～115m以自卸汽車為主、塔(頂)帶機為輔入倉，高程115m以上以塔帶機為主、倉內汽車轉料為輔的方案。

汽車入倉關鍵問題有三：一是人倉之前必須把汽車沖洗干凈，絕對不允許污物入倉；二是入倉口的倒換和碾壓過渡的處理；三是倉內的行使路線、指揮、卸料等各個環(huán)節(jié)必須經(jīng)過嚴格規(guī)劃，以便使整個施工組織有序進行。

4.3混凝土拌和系統(tǒng)配置

結合后面大壩和廠房施工，共布置兩個系統(tǒng)，4座自落式拌和樓(2座4X4.5m3，2座4X3m3)，可以滿足1000m3／h的供應要求。一個系統(tǒng)直接由汽車接料運至倉內，另一個系統(tǒng)先由皮帶機運到堰后一轉料平臺，然后由自卸汽車轉運入倉，縮短汽車運距約1.5km。

倉內設備配置，共配備16臺BW一202AD和DD一110型號的振動碾，13臺不同型號的平倉機和推土機。采用先靜壓2遍，再有振碾壓8遍。防滲層壓實度按98％控制，其它部位要求到達97％。

4.4道路布置

根據(jù)地形條件、人倉強度等因素，共布置有5條道路，隨著倉面的升高，道路逐漸減少。高程90m以下圍堰下游兩側各布置1條道路，高程90～115m僅在右側布置1條道路，高程115m以上取消道路。人倉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道，道路半幅填筑上升，每次上升60cm，半幅車輛通行，互相交替隨堰體上升逐漸抬高。人倉口路面寬度始終保證在20～24m。在距人倉口前30m范圍填干凈碎石脫水路面，上鋪鋼欄柵。

4．5塔(頂)帶機布置

堰體澆至高程90m后，塔帶機開始投人使用。兩臺塔帶機布置在下游側，可覆蓋大部分倉面范圍并澆至堰頂。根據(jù)三峽二期工程經(jīng)驗，塔帶機采用“1樓1線1機”方式，即1臺塔帶機配1條供料線，直接連接到右岸高程150m拌和系統(tǒng)，該拌和系統(tǒng)任意1個樓均可向兩臺塔帶機供料，方便靈活，保證率高。

4.6模板選擇

模板對施工影響巨大。要做到連續(xù)不問歇上升，要求模板拆裝速度快、穩(wěn)定性好，拆裝時對倉面干擾小。經(jīng)研究圍堰迎水面選用國內外廣泛應用的懸臂翻升鋼模板，立模面積4.44萬m2。背水面采用臺階預制混凝土模板及臺階組合鋼模板，預制塊長2m、寬1m、高0.6m，立模面積2.9萬m2。

4.7廊道快速施工

圍堰設有兩層廊道，分別為高程40m的基礎廊道和高程107.5m的爆破廊道。廊道均采用混凝土預制件，寬2.5m，頂高3m，每節(jié)長1m。為了不影響正常施工進度，采取預埋L360槽鋼形成安裝槽，并且不拆除。混凝土澆筑至廊道底板后立即用汽車吊進行預制廊道吊裝。廊道就位后，兩側對稱澆筑混凝土，離邊線50cm范圍內澆筑改性混凝土，防止碾壓機械擠壓致使廊道變形。一個20m長的堰塊用時約3h，未影響層間的直接鋪筑，滿足了快速施工的要求。

5施工過程中的主要質量控制措施

5.1防滲層的工藝措施

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

防滲層層面鋪灑凈漿，并及時覆蓋、平倉和壓實混凝土。上游側50cm寬度范圍內改性混凝土采取挖槽摻灑加漿，并振搗密實．對挖槽的深度與寬度、凈漿比重、加漿量和振搗方式進行嚴格控制，混凝土攤鋪后30min內挖槽、灑漿完畢，灑漿10min后開始振搗，并在30min內振搗完畢。

改性混凝土與碾壓混凝土結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，結合部位要求認真振搗后再補碾。

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說對下限沒有嚴格規(guī)定，以不陷碾為原則。實際施工過程中通常情況下按3s左右控制，陰雨天氣按4～6s控制。通過現(xiàn)場施工發(fā)現(xiàn)，VC值低不僅砂漿豐富，可碾性好，壓實度容易滿足要求，而且對防止骨料分離起到重要的作用。

5.3塔帶機運輸碾壓混凝土的質量保證措施

塔帶機可以實現(xiàn)從拌和樓至倉面直接布料，關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、適當增加膠凝材料，配合比見表1。供料線運輸時保證送料連續(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。對小范圍的骨料分離，輔以人工分散集中骨料。

6圍堰拆除設計

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

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，預埋藥室均采用預制構件，汽車運至倉內、吊車安裝到位。通過精心組織，未影響圍堰高強度連續(xù)上升。

該圍堰于2002年12月16日開始澆筑．2003年4月16日澆至堰頂，施工歷時4個月。施工過程中，2003年元月達到48萬m3的澆筑紀錄，最大日強度2.1萬m3，最大月上升27m，最大連續(xù)上升高度57.5m。鉆孔取芯及進水后的觀測情況表明，施工質量優(yōu)良，這一關鍵性項目在施工技術上已經(jīng)取得了重大突破。

但是，圍堰運行半年多后，在兩個高程出現(xiàn)了幾乎橫貫全長的水平裂縫。經(jīng)過對施工記錄、內部觀測資料進行分析，結合仿真計算，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，施工過程中由于下雨，中間停歇了一段時間，致使覆蓋時間達到14h左右，恢復澆筑采用灑凈漿的方式；同時，內部觀測資料顯示，運行半年后內部溫度仍在最高溫度34.5℃，而此時上游江水溫度僅為8℃左右。

通過對裂縫成因分析，提醒我們在以后碾壓混凝土施工中應注意如下問題：

(1)設計中盡量不要出現(xiàn)常態(tài)與碾壓混凝土混合的問題，必須采用常態(tài)混凝土時，可考慮采用改性混凝土。

(2)碾壓混凝土連續(xù)上升對施工進度有利，但是，如何解決溫度問題，應引起高度重視。

(3)對出現(xiàn)間歇時間過長，但又沒有超過初凝時間的層面，采用灑凈漿恢復澆筑的處理方式應在試驗的基礎上確定。