“無縫”交響曲——寫在三峽蓄水156米之際

　　由于水泥水化熱的作用，水泥加水及其它骨料混合拌制成混凝土，必然先升溫，待達(dá)到一定的溫度后冷縮，致使混凝土可能因溫度應(yīng)力出現(xiàn)裂縫。主要有三種原因：1、混凝土澆筑初期，產(chǎn)生大量的水化熱，由于混凝土是熱的不良導(dǎo)體，水化熱積聚在混凝土內(nèi)部不易散發(fā)，常使混凝土內(nèi)部溫度上升，而混凝土表面溫度為室外溫度，這就形成了內(nèi)外溫差，這種內(nèi)外溫差在混凝土凝結(jié)初期產(chǎn)生的拉應(yīng)力當(dāng)超過混凝土抗壓強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致混凝土裂縫；2、在拆模以后，因氣溫驟降等原因引起混凝土表面溫度降低過快，也會(huì)導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生；3、當(dāng)混凝土達(dá)到最高溫度后，熱量逐漸散發(fā)而達(dá)到使用溫度或最低溫度，與最高溫度差值所形成的溫差，在基礎(chǔ)部位同樣導(dǎo)致裂縫。

　　三峽工程混凝土澆筑需求量之巨大為世界之最，高強(qiáng)度施工貫穿始終。即使在夏季高溫季節(jié)，混凝土施工也得照常進(jìn)行。向裂縫挑戰(zhàn)，成為三峽工程大壩澆筑主攻目標(biāo)。防止大壩因溫度應(yīng)力出現(xiàn)危害性裂縫，是三峽工程施工尤其是夏季施工必須關(guān)注的關(guān)鍵技術(shù)，更何況要實(shí)現(xiàn)比原計(jì)劃提前8個(gè)月澆筑到頂?shù)哪繕?biāo)，需要實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度快速澆筑，混凝土溫度控制的第一道關(guān)口至關(guān)重要。

　　第一樂章：二次風(fēng)冷骨料技術(shù)把住第一關(guān)

　　國(guó)內(nèi)外常規(guī)的混凝土預(yù)冷技術(shù)為水冷骨料加上風(fēng)冷保溫，最后加片冰拌和混凝土，俗稱“三冷法”。然而，不可避免帶來的問題是，占地面積大，工藝環(huán)節(jié)多，運(yùn)行操作復(fù)雜，冷量損耗大，材料出口溫度不穩(wěn)定，且工程投資大，運(yùn)行費(fèi)用高，還會(huì)產(chǎn)生危害環(huán)境的廢水。三峽工程夏季高峰時(shí)低溫混凝土生產(chǎn)強(qiáng)度每小時(shí)1720立方米，骨料平均溫度高達(dá)28度多，而溫控要求生產(chǎn)7度的低溫混凝土，這意味著四種骨料的冷卻終溫必須達(dá)到0度左右。如此之大的生產(chǎn)強(qiáng)度和溫差幅度，若采用“三冷法”，需要很大的場(chǎng)地，需要很復(fù)雜的工藝。這在地處山區(qū)、施工場(chǎng)地狹窄的三峽工地不僅不經(jīng)濟(jì)，還幾乎無法實(shí)施。

　　據(jù)長(zhǎng)江委設(shè)計(jì)院施工制冷專家龍慧文介紹，該院在三峽工程重點(diǎn)項(xiàng)目中研究了“混凝土二次風(fēng)冷骨料技術(shù)”，打破了常規(guī)預(yù)冷方式，首創(chuàng)了“二次風(fēng)冷骨料技術(shù)”。通過多次試驗(yàn)及實(shí)際運(yùn)用表明，創(chuàng)新的工藝流程產(chǎn)生極為可觀的效益：一是利用地面二次篩分所設(shè)骨料倉(cāng)兼作一次冷卻倉(cāng)，將傳統(tǒng)的水冷骨料改為風(fēng)冷骨料，同等生產(chǎn)能力下可減少占地面積80%，又可節(jié)約投資，同時(shí)無影響環(huán)境的廢水產(chǎn)生；二是通過上料膠帶機(jī)將一次風(fēng)冷后的骨料直接送入二次風(fēng)冷倉(cāng)，保證連續(xù)生產(chǎn)和連續(xù)冷卻；三是最后加入片冰拌和混凝土，預(yù)冷混凝土溫度可穩(wěn)定地達(dá)到7度。

　　混凝土二次風(fēng)冷骨料技術(shù)為國(guó)內(nèi)外首創(chuàng)，與常規(guī)技術(shù)相比，除占地減少外，還降低能耗31%，減少投資32%，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用39%。因而，三峽二期工程中節(jié)約投資近1億元，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)1.16億元。其工藝技術(shù)及配套的地面調(diào)節(jié)風(fēng)冷倉(cāng)冷風(fēng)機(jī)等獲得一項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利、兩項(xiàng)國(guó)家實(shí)用新型專利等三項(xiàng)技術(shù)專利，其中“混凝土二次風(fēng)冷骨料技術(shù)”獲湖北省技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)。在三峽工程建設(shè)過程中，此項(xiàng)技術(shù)改變了以往業(yè)內(nèi)人士認(rèn)定風(fēng)冷骨料只能保溫且效率低的觀點(diǎn)，打破了國(guó)內(nèi)外認(rèn)定混凝土出機(jī)口溫度難以達(dá)到7度以下的定論，三峽工程低溫混凝土出機(jī)口溫度可達(dá)到5度。

　　“三峽混凝土預(yù)冷二次風(fēng)冷骨料工藝”創(chuàng)新成果一鳴驚人，該技術(shù)作為一項(xiàng)高效、節(jié)能、環(huán)保的新技術(shù)全面替代了常規(guī)混凝土預(yù)冷工藝，得以在全國(guó)水電建設(shè)中全面迅速推廣，如繼三峽工程之后的龍灘、小灣、構(gòu)皮灘、彭水、景洪、南水北調(diào)中線丹江口大壩加高等國(guó)內(nèi)大中型水電項(xiàng)目，巴基斯坦、埃塞俄比亞、沙特、蘇丹等國(guó)外工程也相繼使用。

　　正是有了混凝土出機(jī)口溫度過硬的把關(guān)技術(shù)“打底”，當(dāng)三峽三期工程加大混凝土連續(xù)澆筑量，澆筑層厚由1.5米～2米調(diào)整為3米時(shí)，高質(zhì)量地保證了連續(xù)澆筑的混凝土用量。

　　第二樂章：控制過程面面俱到

　　混凝土澆筑到位后的溫控措施與材料出倉(cāng)溫度控制同等重要，是挑戰(zhàn)裂縫的第二道戰(zhàn)線。長(zhǎng)江設(shè)計(jì)院技術(shù)人員沖出“裂縫無法避免”的傳統(tǒng)思維模式，在三峽三期工程中對(duì)此從技術(shù)保障層面作了較大的改進(jìn)，其復(fù)雜精細(xì)程度、周密措施可謂史無前列，正如人們所形容的“像呵護(hù)嬰兒那樣”養(yǎng)護(hù)冷熱相交的混凝土。

　　據(jù)長(zhǎng)江設(shè)計(jì)院施工處副總工程師范五一介紹，在研究措施的過程中，考慮到三期施工澆筑層厚大于二期，防止裂縫的難度加大，于是，分三個(gè)思路進(jìn)行，一是對(duì)可能影響溫控的各個(gè)方面作了全面分析計(jì)算，實(shí)現(xiàn)混凝土高強(qiáng)度施工溫控理論計(jì)算水平的突破。如采用有限元仿真分析計(jì)算，首次對(duì)塔帶機(jī)、皮帶機(jī)等設(shè)備快速運(yùn)送混凝土溫度回升進(jìn)行了詳細(xì)的觀測(cè)、分析研究，計(jì)算出準(zhǔn)確的溫度回升率；在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，對(duì)多種材料的保溫效果進(jìn)行計(jì)算，提出針對(duì)性措施。二是改變傳統(tǒng)基礎(chǔ)固結(jié)灌漿澆筑3米壓重混凝土的方式，采用壩基澆筑找平混凝土封閉后進(jìn)行固結(jié)灌漿，避免了低溫季節(jié)基礎(chǔ)薄塊出現(xiàn)裂縫的風(fēng)險(xiǎn)，提前進(jìn)行“無蓋重”固結(jié)灌漿，形成人造整體基巖，防止壩塊長(zhǎng)時(shí)間間歇而遇寒潮沖擊產(chǎn)生裂縫。三是從結(jié)構(gòu)優(yōu)化創(chuàng)新入手，以適應(yīng)全年高強(qiáng)度施工。如合理進(jìn)行澆筑區(qū)的分縫分塊，減少容易出現(xiàn)裂縫的縱縫；優(yōu)化混凝土標(biāo)號(hào)，將原來一個(gè)澆筑倉(cāng)中有6～7個(gè)混凝土標(biāo)號(hào)簡(jiǎn)化為最多3種標(biāo)號(hào)；預(yù)先對(duì)可能出現(xiàn)裂縫部位采取結(jié)構(gòu)措施，如在長(zhǎng)間歇面澆筑最后一個(gè)坯層（表層）的混凝土中摻入增加抗拉力的聚丙烯纖維，并改進(jìn)大壩上游面（迎水面）鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)的方式，既能減小裂縫風(fēng)險(xiǎn)又大大降低成本。

　　設(shè)計(jì)人員貫徹長(zhǎng)江委設(shè)計(jì)院倡導(dǎo)的以質(zhì)量為核心的精細(xì)設(shè)計(jì)理念，計(jì)算3米層厚混凝土澆筑時(shí)，對(duì)可能防范混凝土裂縫的各項(xiàng)溫控措施進(jìn)行了反復(fù)研究，實(shí)行區(qū)別對(duì)待的動(dòng)態(tài)措施，制定了極為詳細(xì)的技術(shù)方案。

　　——在摸透塔帶機(jī)、皮帶機(jī)運(yùn)送混凝土溫度回升率的前提下，對(duì)材料出口溫度、澆筑覆蓋時(shí)間作出硬性規(guī)定，并強(qiáng)調(diào)做好運(yùn)輸澆筑過程中的遮陽(yáng)保溫工作，把握澆筑時(shí)機(jī)錯(cuò)開正午時(shí)間，同時(shí)加強(qiáng)溫度監(jiān)測(cè)。

　　——為削減混凝土最高升溫，分初、中、后三期冷卻，對(duì)不同標(biāo)號(hào)的混凝土進(jìn)行“個(gè)性化”通水，如高標(biāo)號(hào)區(qū)加密布置冷卻水管，在初期實(shí)行大流量循環(huán)通水；高溫季節(jié)分別進(jìn)行初、中期通水，并將初期通水時(shí)間延長(zhǎng)5～10天，將傳統(tǒng)的中期冷卻溫度降低2度；9月份（入秋后）則初、中期冷卻連續(xù)進(jìn)行；其它時(shí)間中期通水提前10天開始，越冬溫度比原來也降低2度。

　　——在不同部位預(yù)見性實(shí)行不同保溫養(yǎng)護(hù)材料。首次將聚苯乙烯泡沫板等定型的新型材料用于三期大壩上、下游永久暴露面進(jìn)行保溫；臨時(shí)暴露面仍采用原用的聚乙烯塑料卷材外套彩條布作保溫材料；在孔口異型部位采用噴液態(tài)的聚氨酯保溫。良好的保溫效果產(chǎn)生擴(kuò)散作用。目前，國(guó)內(nèi)正在施工的水電工程已借鑒此項(xiàng)技術(shù)措施。

　　功夫不負(fù)苦心人，區(qū)別對(duì)待季節(jié)、混凝土成分、部位、間歇期，采取不同布置、工藝等措施，盡可能細(xì)致入微，整套方案終于取得了良好的回報(bào)。

　　第三樂章：人性化管理主動(dòng)服務(wù)

　　向創(chuàng)造無縫大壩目標(biāo)挺進(jìn)，是三峽工程參建各方共同的心愿。因此，三期工程實(shí)行了一系列特別的管理和監(jiān)控模式，對(duì)直接影響大壩澆筑溫度控制的氣溫、監(jiān)測(cè)溫度、間歇期實(shí)行預(yù)警制度。

　　為此，三峽總公司氣象預(yù)報(bào)中心開通了天氣預(yù)報(bào)短信服務(wù)，每天向業(yè)主、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等有關(guān)人員發(fā)布?xì)庀笮畔?，尤其關(guān)注高溫、氣溫驟降、降雨、雷電大風(fēng)預(yù)警，以科學(xué)安排生產(chǎn)。

　　明確澆筑溫度允許值預(yù)警要求，當(dāng)混凝土澆筑升溫過快，且連續(xù)3個(gè)測(cè)試點(diǎn)超溫實(shí)行停倉(cāng)制度，尤其是初期水化溫升過快時(shí)，敦促現(xiàn)場(chǎng)采取加大通水量、倉(cāng)面流水養(yǎng)護(hù)、優(yōu)化配合比等措施。

　　即使在澆筑“黃金期”的低溫季節(jié)，也要控制住澆筑層層間歇期，區(qū)別不同部位制定7～10天不等的預(yù)警，使壩體整體均勻薄層連續(xù)上升。

　　在通水冷卻過程中，監(jiān)理人員均實(shí)行通水口旁站式監(jiān)理，保證控制溫度到位。

　　三峽右岸大壩累計(jì)澆筑混凝土400多萬(wàn)立方米，由業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工四方組成裂縫檢查小組，聯(lián)合進(jìn)行檢查，同時(shí)邀請(qǐng)國(guó)務(wù)院三峽樞紐工程質(zhì)量檢查專家組工作組住宜昌代表指導(dǎo)并參與檢查，迄今未發(fā)現(xiàn)裂縫。國(guó)務(wù)院三峽工程質(zhì)量檢查專家組組長(zhǎng)潘家錚院士參加檢查后感慨：“四百幾十萬(wàn)立方米的混凝土中硬是沒有發(fā)現(xiàn)一條裂縫。不僅上游面沒有，下游面、幾千個(gè)澆筑倉(cāng)面也沒有；不僅結(jié)構(gòu)性斷裂沒有，表面、淺層裂縫也沒有；不僅寬的裂縫沒有，細(xì)的、發(fā)絲般的裂縫也沒有。今天，我們可以宣布，三峽三期工程中所施工的右岸大壩是一座沒有裂縫的大壩，是精品工程，三峽建設(shè)者們譜寫了壩工史上的記錄，創(chuàng)造了建筑史上的奇跡！”“這一實(shí)踐使我們知道，大壩確實(shí)可以做到不裂，溫控和防裂的理論是正確的?！边@發(fā)自內(nèi)心的贊嘆聲，代表了專家們的心聲。

　　裂縫并非攻不可破。找準(zhǔn)關(guān)鍵技術(shù)的突破口，采取靈活機(jī)智的防范措施，多重管理加以保障，勇于自主創(chuàng)新，奇跡誕生于2006年秋天的三峽大壩。這項(xiàng)具有轟動(dòng)效應(yīng)的成果在國(guó)內(nèi)外產(chǎn)生了極其深遠(yuǎn)的影響，它體現(xiàn)了三峽建設(shè)者主動(dòng)創(chuàng)新的潛力可以產(chǎn)生超出預(yù)測(cè)的能量，它的成功宣告了混凝土施工一個(gè)新時(shí)代的到來。