三峽大壩混凝土快速施工方案及工藝研究

      摘要：三峽主體工程的混凝土總量達2800萬m3，其中大壩混凝土約2000萬m3。大壩混凝土施工是三峽工程能否按照總進度的要求達到計劃目標的關鍵。根據(jù)總進度安排，其年最高澆筑量要達到500萬m3，月最高要達到40萬m3，日最高應達到2.0萬m3以上。經(jīng)過對施工手段的多方案比較分析，在充分論證的基礎上，決定選用以塔式皮帶機連續(xù)輸送澆筑為主，輔以大型門塔機和纜機的綜合施工方案。在倉面工藝設計中，采用了平澆法和臺階法，同時，改革傳統(tǒng)工藝，提出并運用塔（頂）帶機新工藝。

1 概述

　　三峽工程大壩為混凝土重力壩，最大壩高181m，樞紐工程混凝土澆筑總量達2800萬m3。如此巨大的混凝土工程施工總量，導致了三峽工程混凝土施工澆筑的高強度施工。

1.1 混凝土施工強度

　　三峽工程混凝土澆筑高峰集中在第二階段工程，其混凝土澆筑總量達1860萬m3。根據(jù)施工進展及總進度的安排，1998年為118萬m3，1999年為458萬m3，2000年為548萬m3，2001年為403萬m3，2002年計劃完成142萬m3。施工高峰時段主要集中在1999～2001年三年間，其中，以2000年的混凝土澆筑強度為最高，要求年最高澆筑量達到500萬m3，月最高達到40萬m3，日最高達到2.0萬m3以上。

1.2 混凝土施工手段

　　根據(jù)對澆筑強度和施工場地分析，采用傳統(tǒng)的門塔機澆筑施工手段是不能滿足澆筑強度要求的，必須尋找新型高強度的澆筑手段。

　　另外，大型門塔機澆筑方案從拌和樓出機口到澆筑倉，均采取間歇式給料方式，供料的中轉環(huán)節(jié)多，供料效率低下，多座拌和樓與多座門塔機再與多個澆筑倉之間生產(chǎn)組合錯綜復雜，易于錯料，更增加了施工管理的難度。

1.3 混凝土施工工藝

　　三峽大壩沿縱向分若干壩段，沿壩段分若干壩塊，沿壩塊分幾十個升層，每個升層又分若干澆筑層。一個升層即構成混凝土的一個澆筑倉位。一個混凝土倉的施工全過程是從兩個同步進行的流程開始的，一個流程是混凝土澆筑的倉面準備；另一個流程是混凝土生產(chǎn)及運輸，當兩個流程匯集到一起時，便形成倉面混凝土澆筑流程，緊后的流程則是混凝土護理。如此循環(huán)推進，三峽第二階段工程高峰期大壩施工部位將出現(xiàn)20多個倉面同步澆筑的景象。

　　由此可見，采用傳統(tǒng)的混凝土澆筑工藝如散裝鋼模板，人工手持式振搗等已遠不能滿足如此高強度和十分復雜的混凝土澆筑需要，必須相應采取新的施工倉面配套和施工工藝。

2 大壩混凝土快速施工布置及方案

　　以塔(頂)帶機為主，輔以大型門塔機和纜機的施工方案總體思路是：塔帶機澆筑一條龍作業(yè)，生產(chǎn)效率高，適應于連續(xù)高強度的混凝土施工，承擔混凝土澆筑的主要任務；配備大型門塔機、纜機等作為輔助設備，負責金結安裝、備倉、倉面設備轉移和澆筑部分混凝土等任務，避免因塔(頂)帶機的工況轉換而影響效率。拌和能力的配備留有一定余地，以利塔（頂）帶機效率的充分發(fā)揮。塔(頂)帶機供料線布置為一機一帶，確保塔（頂）帶機運行的可靠性。

2.1 混凝土拌和設備

　　4個混凝土拌和系統(tǒng)，共7座攪拌樓，常態(tài)常溫混凝土總生產(chǎn)能力為1960m3/h。各拌和樓均能生產(chǎn)7℃冷混凝土。

　?。?）布置在基坑下游79m高程拌和系統(tǒng)設置2座4×4.5m3自落式拌和樓，每座樓生產(chǎn)能力為320m3/h。此系統(tǒng)主要供應泄洪壩5#～23#壩段混凝土澆筑。

　?。?）布置在左岸廠房壩段上游面90m高程拌和系統(tǒng)設置2座拌和樓。4×6m3自落式拌和樓生產(chǎn)能力為320m3/h，4×3m3自落式拌和樓生產(chǎn)能力為240m3/h。此系統(tǒng)主要供應泄洪壩段1#～5#壩段、導墻壩段及左廠壩段11#～14#壩段混凝土。

　　（3）布置在左非泄洪流壩段下游120m高程拌和系統(tǒng)設置2座4×3m3自落式拌和樓，生產(chǎn)能力為2×240m3/h。此系統(tǒng)主要供應左非泄洪流壩段及左廠1#～10#壩段混凝土。

　?。?）布置在左岸進廠房公路左側82m高程拌和系統(tǒng)設置1座4×3m3自落式拌和樓，生產(chǎn)能力為240m3/h。此系統(tǒng)主要供應左岸廠房混凝土。

2.2 混凝土澆筑設備

　　主要設備有6臺塔(頂)帶機，塔帶機與拌和樓連接的6條總長3800m的膠帶混凝土輸送線，4臺胎帶機，7臺MQ2000型高架門機，2臺25t擺塔式纜索起重機，1臺K1800型塔式起重機，1臺MQ6000型門機，2臺300t履帶吊。

　?。?）泄洪壩段 在壩軸線下游76m順壩軸線方向布置4臺塔帶機，主要用于該部位的混凝土澆筑，在壩軸線下游121 m順壩軸線45m高程的軌道上布置1臺K—1800型塔吊和1臺MQ2000型高架門機。其工作任務是，前期協(xié)助混凝土施工，后期以吊裝金屬結構為主。
?。?）廠房壩段 壩軸線下游44 m順軸線布置2臺頂帶機，主要用于左廠7#～14#壩段混凝土澆筑，壩軸線下游65m順軸線120m高程的施工棧橋上布置2臺MQ2000型門機，專門用于輸水壓力鋼管和水輪發(fā)電機埋設件的吊裝。

　?。?）廠房部位 在廠房下游面距壩軸線195m的30m高程順壩軸線方向的軌道上布置4臺MQ2000型高架門機，用于左岸廠房部位的混凝土施工。

　　（4）纜索起重機的布置 2臺擺塔式纜索起重機為廠壩第二階段工程施工提供了一個空中走廊，主塔設在左非泄洪8#壩段185m高程上，副塔設在導流明渠縱向圍堰壩段160m高程頂部，跨度1416m，在壩軸線長度方向可控制整個廠壩第二階段工程的長度，寬度可控制從壩軸線以上15m至壩軸線以下65m，即2臺纜機可控制上下游方向80m寬度且在工作區(qū)域?qū)挾确较蛳嗷ゴ罱?0m。

　　（5）公用設備 第二階段工程廠壩部分分3個標段，由3個施工企業(yè)負責施工。4臺胎帶機、2臺300t履帶吊等業(yè)主擁有的移動性強的設備不固定在一個標段使用，根據(jù)施工需要可靈活調(diào)配。

3 大壩混凝土快速施工倉面配套及工藝

　　采用塔(頂)帶機澆筑混凝土，其澆筑強度將成倍地提高，因此，對澆筑倉面各項資源配置無論是容量還是數(shù)量都將明顯增加，對倉面組織管理水平的要求也將顯著提高。

3.1塔（頂）帶機澆筑的倉面配套

3.1.1倉面設備配套

　　(1)平倉機：一般每1個塔(頂)帶機澆筑倉配置1臺平倉機和平倉鏟，死角部位輔以人工平倉振搗。

　　(2)振搗機：對于素混凝土或鋼筋不太多的混凝土澆筑倉，通常配備1臺8頭平倉振搗機加3～4部手持式振搗棒或者1臺5頭平倉振搗機加4～5部手持式振搗棒。對于鋼筋非常密集或有水平鋼筋網(wǎng)和過流面等比較特殊的倉位，振搗要求比較高，一般不配平倉振搗機，直接配5～8部手持式振搗棒用人工振搗。

　　(3)噴霧機：在高溫季節(jié)澆筑混凝土時，每倉配備2～3部搖擺式噴霧機。

3.1.2倉面人員配套

　　(1)施工人員應按照倉位情況進行合理配置，一般素混凝土倉、少筋混凝土倉配備8～12人，多筋混凝土倉、水平鋼筋網(wǎng)倉、過流面混凝土倉配備11～16人。

　　(2)倉面配備值班木工、鋼筋工、預埋工、電工和止水專職人員。各工序值班、帶班人員至少1名到位，并掛標識牌。

　　(3)倉面上配置專人分散集中的粗骨料。 

3.1.3 倉面工具配套

　　(1)每個澆筑倉至少配置2桶、2瓢、3鍬用以倉面處理。

　　(2)為防止混凝土澆筑過程中的骨料分離及骨料集中現(xiàn)象，每個澆筑倉至少配備2把專用耙

　　(3)配備2～3只真空吸水管，用以隨時吸除倉面的混凝土泌水或集水。

　　(4)配備2臺灑水器，用以收倉后對倉面灑水養(yǎng)護。

3.1.4 其它器材設施配套

　　(1) 在混凝土開倉前，保證風、水、電通暢。

　　(2) 采用平鋪澆筑法施工時，澆筑倉應準備保溫被待用，隨著平倉振搗的進展，及時覆蓋保溫被，保溫被之間應有10cm的搭接長度，以確保保溫效果。

　　(3) 雨季施工時，倉面配有彩條布和鋼筋等材料，搭設活動防雨棚等。

3.1.5倉面組織管理

　　為保證塔帶機澆筑混凝土一條龍正常運行，需建立一個組織嚴密、運行高效、信息反饋及時的倉面組織管理系統(tǒng)。

　　（1）綜合協(xié)調(diào)系統(tǒng)：對混凝土一條龍施工提供技術、質(zhì)量、安全、機電設備保障，確定拌和樓、澆筑手段及開倉時間，協(xié)調(diào)澆筑過程中出現(xiàn)的各種矛盾，組織處理突發(fā)事情。

　?。?）澆筑系統(tǒng)（倉面指揮）：倉面指揮由澆筑隊長擔任，負責澆筑倉面的組織指揮，對倉位的要料、下料、平倉振搗、溫控、排水等負責，確?；炷翝仓|(zhì)量。

　?。?）操作系統(tǒng)：由調(diào)度室負責組織、協(xié)調(diào)，確保各操作系統(tǒng)正常運行，拌制合格的混凝土，并使混凝土準確、快速入倉。

3.2倉面工藝設計

3.2.1設計原則

　　倉面條帶布置要盡量簡化，標號切換次數(shù)盡可能少，塔帶機運行線路要短且易于操作，整個下料過程要易于實現(xiàn)，資源配置要充分，來料流程要優(yōu)化。
3.2.2 澆筑方法及強度要求

　　(1)平澆法：該方法適合于塔帶機高強度、快速運送混凝土的特點,在低溫季節(jié)，除倉面鋼筋特別多、結構特別復雜部位外，均采用平澆法澆筑。在高溫季節(jié)對于倉面面積小于500m2采用塔帶機入倉時，亦采用平澆法施工，澆筑時鋪層厚度可按照35～55cm下料。

　　(2)臺階法：對于倉面面積大、鋼筋密集、結構復雜的倉位，經(jīng)監(jiān)理批準后可使用臺階法澆筑，以滿足溫控及覆蓋前混凝土不初凝等條件要求。臺階的一次鋪料寬度控制在8～10m以上，接頭部位臺階寬度不小于3～4m。

3.2.3 倉面設計的內(nèi)容

　　倉面設計標準格式包括以下內(nèi)容：

　?、?nbsp;倉面情況，包括倉面所在壩段、壩塊、高程、面積、方量、混凝土級配種類要求，倉位施工特點等；②倉面預計開倉時間、收倉時間、澆筑歷時、入倉強度、供料拌和樓；③倉面資源配置，包括機具、工具、材料、人員數(shù)量要求；④倉面設計圖，圖上標明混凝土分區(qū)線，混凝土種類標號，澆筑順序等；⑤混凝土來料流程表；⑥對倉面特殊部位如止水、止?jié){片周圍、鋼筋密集、過流表面等重要部位指定專人負責混凝土澆筑質(zhì)量工作；⑦對特別重要部位，必須編制專門的施工措施；⑧倉面“澆筑情況評述”，收倉后，由質(zhì)檢人員和監(jiān)理工程師對該倉混凝土澆筑情況進行簡要評述，對可能存在的澆筑質(zhì)量問題提出處理意見。

　　倉面設計由澆筑單位提出，一式六份，經(jīng)監(jiān)理批準后除班長、質(zhì)檢員及監(jiān)理隨身帶外，還應視情況復印送給有關部門（如拌和樓試驗室、塔帶機操作人員等）。

3.3 塔(頂)帶機澆筑新工藝

　　混凝土快速優(yōu)質(zhì)施工，給澆筑工藝提出了更新更高的要求，因此，除對模板工藝、鋼筋工藝、預埋工藝外，對許多傳統(tǒng)工藝進行了改革。
3.3.1供料工藝

　?。?）供料皮帶上設置遮蓋或保溫措施。

　?。?）建立有效的樓(拌和樓)—帶(供料皮帶)—機(塔帶機)—倉(澆筑倉)之間的通訊聯(lián)系或自動監(jiān)控系統(tǒng)。

　　（3）皮帶卸料處設置擋板、卸料導管和刮板，以避免骨料分離和砂漿損失。

　?。?）塔帶機輸送系統(tǒng)裝置沖洗設備，卸料后及時沖洗供料皮帶上所粘附的水泥砂漿。沖洗時采取措施防止沖洗水流入新澆混凝土中。

3.3.2布料工藝

　　(1)布料層面處理：用塔帶機澆筑四級配混凝土時，為便于塔帶機運輸，第一層層面處理一般不采取傳統(tǒng)的水平層面鋪砂漿的方法，而改用小級配混凝土或同強度等級的富砂漿混凝土。具體為：迎水面至排水管前緣區(qū)域，采用20cm厚二級配混凝土；其余部位（包括中塊）采用三級配富砂漿混凝土，層厚為一個澆筑坯層，約40 cm。

　　(2)布料方向與次序：當平澆法澆筑時，迎水面?zhèn)}位鋪料方向與壩軸線平行；上塊澆筑方向從上往下，下塊澆筑方向從下往上，中間倉位視倉面情況確定起始下料點；

　　基巖面、凸凹不平的老混凝土面及斜坡上的倉位，由低到高鋪料；

　　倉內(nèi)采用多種標號混凝土時，原則上先高標號后低標號的下料順序，保證高標號區(qū)達到設計寬度要求；

　　有廊道、鋼管或埋件的部位，卸料時，廊道、鋼管兩側均衡上升，其兩側高差不得超過鋪料的層厚。

　　當采用臺階法澆筑時，從塊體短邊一端向另一端鋪料，邊前進、邊加高，逐步推進并形成明顯的臺階。澆筑壩體迎水面?zhèn)}位時，采取順壩軸線方向鋪料。

　　(3)鋪料厚度與寬度：鋪料厚度視混凝土入倉速度、鋪料允許間隔時間和倉位大小決定。勞動組合、振搗器工作能力等要滿足澆筑的需要，必須保證下層混凝土初凝之前覆蓋上一層混凝土。采用平澆法時，鋪料層厚度一般采用50cm；采用臺階法澆筑時，鋪料層厚度一般采用50cm。對于升層高度1.5m的倉位，鋪料寬度取10～12 m；對于升層高度2.0m的倉位，鋪料寬度取8～10m，臺階寬取2～3m。

3.3.3下料和振搗工藝

　　對沒有鋼筋的倉面，塔帶機下料時，下料導管卸料口距倉面應不大于1.5m，并均勻移動布料，堆料高度不宜大于1.0m，以免骨料分離。布料條帶清晰，并有足夠?qū)挾?。在模板周圍布料時，卸料點與模板的距離保持在1～1.5m，人工分散粗骨料后，再用平倉機將混凝土就位。在止水、止?jié){片和預埋件部位布料時，嚴禁下料導管直接下料，由人工送料填滿。　　在進行水平鋼筋網(wǎng)澆筑層混凝土下料時，盡量降低下料高度，一次卸料的堆料高度控制在50cm以下，澆筑坯層厚度不大于30cm。豎向鋼筋部位卸料時，卸料部位應離開鋼筋0.5～0.8m，并加強人工平倉。

　　臺階法澆筑時，平倉振搗機站在中間（第二層）的臺階上，覆蓋范圍比較理想；平層法澆筑時，平倉機一般站在層面上，緊跟下料接頭，隨時下料，隨時振搗。

　　混凝土澆筑應先平倉后振搗，嚴禁以振搗代替平倉。振搗時間以混凝土粗骨料不再顯著下沉，并開始泛漿為準，以避免欠振或過振。

　　使用塔（頂）帶機澆筑的大倉位，應配置振搗機振搗。使用振搗機時，振搗棒組應垂直插入到混凝土中，振搗完應慢慢拔出；移動振搗棒組，應按規(guī)定間距相接；振搗第一層混凝土時，振搗棒組應距硬化混凝土面5cm。振搗上層混凝土時，振搗棒頭應插入下層混凝土5～10 cm；振搗作業(yè)時，振搗棒頭離模板的距離應不小于振搗棒的有效作用半徑。

3.3.4 養(yǎng)護工藝

　　(1)長期流水養(yǎng)護：根據(jù)現(xiàn)行水工混凝土施工規(guī)范，混凝土澆筑后養(yǎng)護時間一般為14d，重要部位養(yǎng)護到設計齡期；但三峽工程提出了更高的要求，主體工程普遍采取了長期流水養(yǎng)護。針對這一要求，再采用傳統(tǒng)的人工灑水養(yǎng)護工藝已不能滿足要求，必須推行新的養(yǎng)護工藝。

　　旋噴灑水養(yǎng)護適合于28d以內(nèi)的較長間歇期倉面養(yǎng)護。方法是在澆筑倉面按一定間排距d設置360°旋轉式噴水嘴，若噴水嘴噴射幅度為B(m)則取d=0.8 B保持旋噴嘴始終不停地工作，即可做到長流水養(yǎng)護。

　　噴淋管(花管)養(yǎng)護適合于正常上升倉位的四周垂直面或長間歇期倉面養(yǎng)護。方法是沿倉位邊線在模板上口(用于對倉面養(yǎng)護)或支腿(用于對側立面養(yǎng)護)上鋪設花管。所謂花管即在管壁上均勻布鉆一排細孔的口寸鋼管，使用時，將管兩端封堵，水霧通過細孔噴出，灑在養(yǎng)護面上。給花管不停地通水，便可保持長流水養(yǎng)護。

　　(2)倉面覆蓋養(yǎng)護：覆蓋保水養(yǎng)護。該方法適合于大于28 d的長間歇倉面養(yǎng)護。方法是在養(yǎng)護倉面全面覆蓋養(yǎng)護材料，如隔熱被，風化砂或土等，給覆蓋材料浸水并始終保持覆蓋材料處于水飽和狀態(tài)，即可滿足養(yǎng)護要求。

　　覆蓋灑水養(yǎng)護適合于夏季正常上升的倉面養(yǎng)護。由于倉面蒸發(fā)快，僅采取灑水養(yǎng)護不能滿足要求，因此對倉面覆蓋材料灑水養(yǎng)護效果較好。

　　(3)養(yǎng)護組織管理：在三峽混凝土施工中，養(yǎng)護與鋼筋、模板、預埋件和澆筑并駕齊驅(qū)，已經(jīng)成為一項工程。澆筑倉均配置專職養(yǎng)護人員，實行掛牌上崗。養(yǎng)護實施的記錄由養(yǎng)護專業(yè)人員及時記載，并做到真實、詳盡。

4 結論

　　(1)根據(jù)三峽工程混凝土工程量巨大，施工強度特高的特點，混凝土澆筑選定以塔(頂)帶機澆筑手段為主、大型門塔機、纜機澆筑為輔的方案，經(jīng)過1999～2001年三年的工程實施，年澆筑強度均在400萬m3以上，2000年實現(xiàn)了年澆筑548萬m3、月55.35萬m3、日2.2萬m3的一系列世界記錄。

　　(2)為了與選定的快速施工方案相配套，確?；炷翝仓M度和質(zhì)量，相應的施工工藝和倉面配套必須變革。經(jīng)過大量的研究、論證、試驗和實踐，全面推行倉面工藝設計，制定一整套嚴密的澆筑施工工藝，配備與入倉強度相匹配的倉面資源，形成了三峽工程所獨有的混凝土快速施工工法。該施工工法既有工藝硬件的突破，也有管理理念的創(chuàng)新，體現(xiàn)了澆筑工藝與澆筑手段的高度協(xié)調(diào)與融合。