三峽大壩混凝土施工案例

1、三峽大壩混凝土施工案例作者：日期：2三峽工程大壩混凝土快速施工新技術(shù)1. 三峽工程大壩混凝土施工特點(diǎn)三峽水利樞紐是開(kāi)發(fā)和治理長(zhǎng)江的關(guān)鍵性骨干工程。是中國(guó)、 也是世界最大的水利樞紐工程。 三峽工程具有防洪、發(fā)電、航運(yùn)等巨大的綜合效益，建成后對(duì)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展將產(chǎn)生巨大的影響。 樞紐主要建筑物由大壩、 水電站和通航建筑物等三大部分組成。攔河大壩為混凝土重力壩，最大壩高181m。水電站采用壩后式廠房，總裝機(jī)容量1 820 萬(wàn) kW 。根據(jù)三峽工程建設(shè)方案，三峽工程大壩混凝土施工主要有以下特點(diǎn)。(1) 工程量巨大。 三峽工程混凝土工程總量為2 800 萬(wàn) m3，是長(zhǎng)江葛洲壩工程的2.5 倍，為世界上

2、已建最大的巴西伊泰普工程的2 倍。第二階段工程1 860 萬(wàn) m3 混凝土中，廠壩工 程 1 200萬(wàn) m3。(2) 高峰強(qiáng)度高， 高峰期持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。 首先，樞紐工程年澆筑高峰強(qiáng)度特高， 最高達(dá) 548萬(wàn) m3，最大月強(qiáng)度 55.35 萬(wàn) m3，其中第二階段廠壩工程年最高強(qiáng)度達(dá)400 萬(wàn) m3，最高月強(qiáng)度達(dá) 45 萬(wàn) m3，強(qiáng)度在 40 萬(wàn) m3 左右的月份將持續(xù) 9 10個(gè)月。金屬結(jié)構(gòu)安裝以及其它項(xiàng)目的施工強(qiáng)度高，大壩和廠房各類閘門(mén)、埋件及鋼管等共約14.8萬(wàn) t，年高峰強(qiáng)度約 5 萬(wàn) t，而且安裝與混凝土施工同步進(jìn)行，相互干擾很大。其它工序如開(kāi)挖、清基交面、固接灌漿、接縫灌漿等無(wú)論總量，或

3、是施工強(qiáng)度也都是國(guó)內(nèi)外水電建設(shè)史上罕見(jiàn)的。 其次，夏季澆筑基礎(chǔ)約束區(qū)混凝土強(qiáng)度高。 工程的特點(diǎn)，決定了必須要在夏季大量澆筑約束區(qū)混凝土，這既是一個(gè)施工組織難題，也是重大的技術(shù)和質(zhì)量控制難題。第三，初期混凝土施工強(qiáng)度高。大壩下部倉(cāng)面面積大，從滿足大壩均勻、連續(xù)上升，間歇期盡可能短的角度，必須要做到高強(qiáng)度。而初期則由于主要澆筑設(shè)備形成需要時(shí)間、操作熟練需要有個(gè)過(guò)程，使這一矛盾十分突出。(3) 施工干擾大、施工技術(shù)要求高、難度大。施工干擾大，一是工程施工過(guò)程中，各種工序交叉或平行作業(yè)，相互之間干擾很大；二是由于工程巨大，必須分幾個(gè)標(biāo)段施工，各承包商之間在界面交接、設(shè)備使用、進(jìn)度協(xié)調(diào)等方面必然存在大量

4、分歧，干擾很大。(4) 施工技術(shù)要求高、難度大。長(zhǎng)江洪水峰高、量大、水深；施工期通航要求高，第二階段工程施工期間，導(dǎo)流明渠要通航，使左、右岸分割不能支援，這些都給施工安排帶來(lái)困難。2.大壩混凝土快速施工帶來(lái)的技術(shù)難題(1) 在當(dāng)時(shí)情況下，國(guó)內(nèi)已有的澆筑手段如大型門(mén)塔機(jī)、纜式起重機(jī)等，均難以滿足施工強(qiáng)度要求；如果增加數(shù)量，按國(guó)內(nèi)類似水平推算，需120 余臺(tái)， 施工場(chǎng)地又布置不下。同時(shí)，與傳統(tǒng)澆筑手段相應(yīng)的傳統(tǒng)施工工藝也難以滿足施工強(qiáng)度和質(zhì)量要求。加之三峽大壩結(jié)構(gòu)復(fù)雜、 混凝土的標(biāo)號(hào)、 級(jí)配種類繁多， 給混凝土快速施工更增加了復(fù)雜性和難度。(2) 為滿足三峽混凝土強(qiáng)度需要， 必須設(shè)計(jì)和建設(shè)當(dāng)今國(guó)內(nèi)

5、外最大規(guī)模的人工砂石料和混凝土、制冷生產(chǎn)系統(tǒng)以及與之相配套設(shè)施及管理。(3)三峽工程是千年大計(jì)、國(guó)運(yùn)所系，必須從原材料及混凝土的各環(huán)節(jié)高度重視三峽工程混凝土的質(zhì)量和耐久性，要求高性能的混凝土。(4)第二階段混凝土澆筑高峰持續(xù)三年，而本地區(qū)夏季持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，不利混凝土澆筑， 溫控防裂問(wèn)題異常突出， 為確保夏季混凝土的照常施工，特別是基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)部位的混凝土。以往各工程所采取的單項(xiàng)或多項(xiàng)溫控措施聯(lián)用都已經(jīng)不能滿足施工要求，必須采取全過(guò)程、 全方位、高標(biāo)準(zhǔn)大容量的綜合溫控措施，盡可能減少一般性表面裂縫，避免產(chǎn)生危害性的基本貫穿性3裂縫。 (5)傳統(tǒng)的混凝土澆筑倉(cāng)位安排采取人工調(diào)度方法，大多靠經(jīng)驗(yàn)主觀判

6、斷，隨意性較大，不能滿足大規(guī)模高強(qiáng)度施工需求。因此，必須采取科學(xué)排倉(cāng)方法和現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)，保證混凝土連續(xù)、高效、均衡地施工。上述幾方面的問(wèn)題，正是三峽大壩混凝土快速施工必須攻克的關(guān)鍵難題。 十分顯然， 如果這些難題不能在三峽工程施工中按期攻克，勢(shì)必嚴(yán)重拖延工程的建設(shè)工期， 使國(guó)家蒙受巨大的政治影響和經(jīng)濟(jì)損失。為此，我們抓住混凝土快速施工關(guān)鍵技術(shù)研究這一課題，進(jìn)行立項(xiàng)并在工程施工前期和施工過(guò)程中開(kāi)展系統(tǒng)科技攻關(guān)。3 三峽大壩混凝土施工的關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新三峽工程混凝土總量達(dá)332 800 萬(wàn) m，其中第二階段工程為1 860 萬(wàn) m，工程量巨大，施工強(qiáng)度特高， 高峰期持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。 同時(shí)金屬結(jié)構(gòu)安裝及其

7、它項(xiàng)目的施工強(qiáng)度也非常高，施工期有通航要求， 施工干擾大。 三峽工程是國(guó)運(yùn)所系的民族工程，技術(shù)要求高， 質(zhì)量要求嚴(yán)，因而在施工技術(shù)上必須有重大突破和創(chuàng)新。三峽工程大壩混凝土快速施工新技術(shù)研究和實(shí)踐的主要技術(shù)突破和創(chuàng)新點(diǎn)如下。3.1 創(chuàng)造了水電施工混凝土澆筑強(qiáng)度的世界記錄經(jīng)過(guò)充分反復(fù)論證， 選定以塔帶機(jī)為主、輔以大型門(mén)塔機(jī)和纜機(jī)的綜合施工方案。從傳統(tǒng)常規(guī)的吊罐澆筑系統(tǒng)升華為混凝土連續(xù)澆筑的系統(tǒng)， 由各混凝土拌和樓通過(guò)皮帶機(jī)系統(tǒng)輸送到塔帶機(jī)直接入倉(cāng)澆筑，澆筑速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了常規(guī)方式。 1999 年 2001 年是三峽第二階段工程混凝土澆筑持續(xù)高峰年，年混凝土33澆筑強(qiáng)度均在 400 萬(wàn) m 以上，

8、2000 年最高混凝土澆筑強(qiáng)度達(dá)548 萬(wàn) m，月最高混凝土澆筑331 409強(qiáng)度 55.35 萬(wàn) m，日最高混凝土澆筑強(qiáng)度2.2 萬(wàn) m，連續(xù)三年混凝土澆筑總量高達(dá)333萬(wàn) m。遠(yuǎn)超過(guò)了由古比雪夫水電站創(chuàng)造的年澆筑313 萬(wàn) m、月澆筑 38.9萬(wàn) m 和日澆筑 1.93萬(wàn) m 的世界最高水平，創(chuàng)造了新的世界記錄。與混凝土快速施工相配套的還有砂石料特高強(qiáng)度生產(chǎn)及供應(yīng)。為實(shí)現(xiàn)砂石料的特高強(qiáng)度生產(chǎn)和供應(yīng)， 采用了國(guó)際先進(jìn)的生產(chǎn)加工成套設(shè)備， 充分利用基坑開(kāi)挖石碴料等有效措施，首創(chuàng)了巴馬克 9000 與棒磨機(jī)聯(lián)合制砂新工藝，有效地保證了混凝土施工需要。4圖 1 三峽第二階段大壩混凝土快速施工布置3

9、.2 創(chuàng)立了一整套混凝土快速施工工藝和質(zhì)量保證體系塔帶機(jī)可實(shí)現(xiàn)混凝土生產(chǎn)工廠化和混凝土水平垂直運(yùn)輸?shù)囊惑w化，具有連續(xù)澆筑、 生產(chǎn)率高的特點(diǎn)。 三峽工程大壩共布置 6 臺(tái)塔帶機(jī)，每臺(tái)理論設(shè)計(jì)生產(chǎn)率可達(dá)420m3/h ，這是在世界水電建設(shè)史上前所未有的。為了與選定的特高強(qiáng)度澆筑方案相配套，確?；炷翝仓M(jìn)度和質(zhì)量，建立了一整套新的施工工藝和現(xiàn)代施工管理體系，包括建立健全質(zhì)量保證體系，全面推行倉(cāng)面工藝設(shè)計(jì)，制定一整套嚴(yán)密的澆筑施工工藝，配備與入倉(cāng)強(qiáng)度相匹配的倉(cāng)面資源，形成了具有三峽工程特色的混凝土快速施工工法，創(chuàng)造了塔帶機(jī)澆筑四級(jí)配和一個(gè)倉(cāng)號(hào)多品種混凝土的首例?；炷辽a(chǎn)輸送澆筑計(jì)算機(jī)綜合監(jiān)控系統(tǒng)，

10、是在大型水利水電工程施工中融入現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)的一次創(chuàng)新， 實(shí)現(xiàn)了混凝土施工全過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控、動(dòng)態(tài)調(diào)整和優(yōu)化調(diào)度，開(kāi)創(chuàng)了大型水電工程項(xiàng)目立足于自主技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了施工計(jì)算機(jī)綜合監(jiān)控。混凝土澆筑施工計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)針對(duì)混凝土澆筑的復(fù)雜狀況，對(duì)施工方案和施工計(jì)劃進(jìn)行更科學(xué)的選擇和安排，突破了傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)決策模式，有助于大幅度提高混凝土施工效率。3.3首創(chuàng)二次風(fēng)冷骨料新技術(shù)三峽工程采用二次風(fēng)冷骨料技術(shù)為國(guó)內(nèi)外首創(chuàng)，它解決了混凝土制冷系統(tǒng)規(guī)模大，施工場(chǎng)地不足， 系統(tǒng)難以布置的困難，節(jié)省了大量施工用地及工程投資。 該技術(shù)高效可靠， 為三峽工程快速優(yōu)質(zhì)施工提供了重要保證，為混凝土預(yù)冷工程提供了一項(xiàng)先進(jìn)可靠的新技術(shù)。混

11、凝土生產(chǎn)系統(tǒng)采用了二次風(fēng)冷技術(shù)，5 個(gè)系統(tǒng)9 座拌和樓，夏季月生產(chǎn)低溫混凝土可達(dá)45 萬(wàn) m3，其配置的制冷容量大大低于原有的制冷方法。經(jīng)過(guò) 1999年 2001 年 3 個(gè)夏季高峰的運(yùn)行，實(shí)測(cè)混凝土出機(jī)口平均溫度為6.85 ，小于 7合格率均在 80%以上，確保了混凝土的生產(chǎn)質(zhì)量。3.4混凝土原材料及配合比優(yōu)化達(dá)到一流水平混凝土原材料采用具有微膨脹性能的中熱 525#硅酸鹽水泥； 選用品質(zhì)優(yōu)良的高效減水劑；在混凝土中將級(jí)粉煤灰作為功能材料摻用；采用縮小水膠比加大粉煤灰摻量的技術(shù)路線；限制原材料的堿含量和混凝土總堿量，滿足了三峽混凝土耐久性的特殊要求?；炷僚浜媳认冗M(jìn)。 用花崗巖人工骨料的大壩

12、四級(jí)配混凝土在塔帶機(jī)為主的運(yùn)輸澆筑方式情況下，其用水量?jī)H為90kg/m3 左右，并能滿足高性能大壩混凝土的要求。3.5首次全面實(shí)施全過(guò)程綜合溫控技術(shù)三峽工程大壩柱狀塊尺寸大，基礎(chǔ)溫差標(biāo)準(zhǔn)高，溫控措施要求嚴(yán)格。為此，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(guò)程、 全方位、 高標(biāo)準(zhǔn)、 大容量的綜合溫控技術(shù)，以確?；炷潦┕べ|(zhì)量。尤其是高溫季節(jié)塔帶機(jī)快速高強(qiáng)度澆筑壩體約束區(qū)混凝土，在國(guó)內(nèi)外為首次， 沒(méi)有可借鑒的施工經(jīng)驗(yàn)及有關(guān)計(jì)算分析方法確定混凝土運(yùn)輸過(guò)程中溫度回升率。對(duì)此，建立新的計(jì)算模型采用差分法求解， 解決了混凝土溫度回升計(jì)算的難題。 三峽工程各建筑物孔洞多， 結(jié)構(gòu)復(fù)

13、雜，混凝土溫控防裂難度大， 更增加了研究的難度。 壩區(qū)氣溫驟降頻繁， 混凝土表面防裂難度大。所采用的大柱狀塊溫差標(biāo)準(zhǔn)及綜合溫控防裂措施的規(guī)模和難度，均超過(guò)國(guó)內(nèi)外其它己建和在建工程的水平。通過(guò)實(shí)施全過(guò)程綜合溫控措施，減少了裂縫的產(chǎn)生。三峽第二階段工程3 年連續(xù)高強(qiáng)度施工共完成混凝土澆筑1 400 余萬(wàn) m3,未發(fā)現(xiàn)危害性貫穿裂縫，大壩工程表面裂縫的最大出現(xiàn)機(jī)率僅為0.16 條 / 萬(wàn) m3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于三峽工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（TGPS）的 0.5 條 / 萬(wàn) m3的控制標(biāo)準(zhǔn)。54 與國(guó)內(nèi)外水平的綜合比較國(guó)外在 20 世紀(jì)前 70 年，水電開(kāi)發(fā)迅猛。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)， 200m以上的高混凝土壩就達(dá) 20 多座，

14、進(jìn)人 20 世紀(jì) 80 年代后，國(guó)外在建大型水電站不多，規(guī)模也較小。在建的大型工程主要分布于第三世界委內(nèi)瑞拉、印度、阿根廷等。在傳統(tǒng)的混凝土重力壩施工方面，除繼續(xù)采用柱狀分塊、棧橋門(mén)機(jī)或纜機(jī)運(yùn)輸，冷卻水管散熱和縱縫灌漿的一整套施工工藝外，通倉(cāng)薄層澆筑的方法也得到發(fā)展，在日本大河內(nèi)施工中采用的先通倉(cāng)澆筑， 再用切縫機(jī)切出橫縫也屬此類方法。在混凝土澆筑強(qiáng)度方面，國(guó)外高混凝土壩最高月澆筑強(qiáng)度水平較高的有：美國(guó)大古力壩 37.83萬(wàn) m，巴西、巴拉圭合建的伊泰普大壩3334.8 萬(wàn) m，古比雪夫壩38.9 萬(wàn) m。年澆筑強(qiáng)度較高的前幾333位有伊泰普壩 304 萬(wàn) m，大古力壩260 萬(wàn) m，德沃歇克

15、壩221 萬(wàn) m，古比雪夫壩曾達(dá)到 313 萬(wàn) m3。我國(guó)從20 世紀(jì) 50 年代末 60 年代初開(kāi)工興建一批 100m級(jí)的高混凝土壩，隨后，葛洲壩、烏江渡、潘家口、龍羊峽、東江、隔河巖、水口、二灘等一批大型工程相繼興建，在混凝土施工技術(shù)方面，20 世紀(jì) 50 60 年代許多工作都存在“三邊”現(xiàn)象，多采用半機(jī)械化工作，施工不能成龍配套，效率較低。進(jìn)入70年代后，積極吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，一批新設(shè)備、新技術(shù)、新工藝、新材料廣泛在工程上使用，施工生產(chǎn)水平逐步提高。在混凝土澆筑強(qiáng)度方面，最高月澆筑強(qiáng)度水平較高的有：葛洲壩24 萬(wàn) m3，二灘33324.5 萬(wàn) m。最高年澆筑強(qiáng)度水平較高的有三門(mén)峽96 萬(wàn)

16、 m，葛洲壩 203 萬(wàn) m，二灘212 萬(wàn) m3。三峽工程樞紐設(shè)計(jì)混凝土總量為3個(gè)階段施工，其中，第二2 800 萬(wàn) m，分為 3階段大壩混凝土工程是控制第二階段的主要項(xiàng)目，1998 年進(jìn)入第二階段工程混凝土33給出了施工后，其混凝土年強(qiáng)度都在 400 萬(wàn) m 以上，最高年強(qiáng)度達(dá)548 萬(wàn) m。表 1三峽工程與國(guó)內(nèi)外大型工程混凝土澆筑強(qiáng)度比較。綜上所述，在大壩混凝土快速施工的強(qiáng)度水平方面，國(guó)外混凝土澆筑最高年、月、日記錄為古比雪夫大壩所創(chuàng)造，分別為333313 萬(wàn) m、38.9萬(wàn) m 和1.9 萬(wàn) m。國(guó)內(nèi)混凝土澆筑的最高年、月強(qiáng)度為二灘工程所創(chuàng)造，分別為33212 萬(wàn) m、24.5 萬(wàn) m

17、，最高日強(qiáng)度為葛洲壩工程的3月、日澆筑強(qiáng)1.69 萬(wàn) m。而三峽工程大壩混凝土最高年、333度分別達(dá) 548 萬(wàn) m、 55.35萬(wàn) m、2.2 萬(wàn) m， 1999 年 2001 年 3 年的年強(qiáng)度在 40033萬(wàn) m 以上，月均澆筑強(qiáng)度達(dá)39 萬(wàn) m，連續(xù)三年破世界紀(jì)錄。在大壩混凝土澆筑方案和配套工藝方面，國(guó)外如墨西哥惠特斯水電工程大壩已采用了3 臺(tái)以內(nèi)小規(guī)模的塔帶機(jī)澆筑方案及其倉(cāng)面配套工藝。國(guó)內(nèi)沿用傳統(tǒng)的大型門(mén)塔機(jī)或纜機(jī)等澆筑方案及其傳統(tǒng)的以人工為主的倉(cāng)面工藝，澆筑施工中，所配備的機(jī)械設(shè)備和人員都比較多。而三峽工程大壩采用6 臺(tái)大規(guī)模塔（頂）帶機(jī)，并獨(dú)創(chuàng)了一整套快速施工工藝，同時(shí)，研究開(kāi)發(fā)

18、并實(shí)施混凝土生產(chǎn)輸送澆筑綜合監(jiān)控系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)，使工程機(jī)械化、自動(dòng)化程度和綜合施工管理水平大幅度提高。在混凝土拌和制冷生產(chǎn)工藝方面，國(guó)內(nèi)外實(shí)施7低溫混凝土工程的代表有伊泰普和葛洲壩工程，但它們都只采用了水冷 +風(fēng)冷 +冰的工藝，不僅占地較大，而且造價(jià)較高。而三峽工程首創(chuàng)二次風(fēng)冷 +冰新工藝， 在有效地解決系統(tǒng)規(guī)模大，施工場(chǎng)地不足， 系統(tǒng)難以布置的難題的同時(shí)，還節(jié)省了大量施工用地和工程投資。在混凝土原材料及配合比優(yōu)化方面，混凝土用水量多少直接反應(yīng)了混凝土配合比的設(shè)計(jì)水平和特性。國(guó)內(nèi)外161 座大壩混凝土配合比參數(shù)表明，以花崗巖作骨料的大壩混凝土最低用水量為100kg/m3，而6三峽工程經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的混凝土用水量?jī)H 90kg/m3 左右，且混凝土各項(xiàng)性能均滿足大壩高性能混凝土的要求。在大壩混凝土溫度控制和防裂技術(shù)方面，國(guó)內(nèi)外資料僅見(jiàn)有單項(xiàng)溫控措施或幾種溫控措施聯(lián)用的報(bào)道，更沒(méi)有