1.三峽工程概述
長(zhǎng)江三峽水利樞紐是開(kāi)發(fā)和治理長(zhǎng)江的關(guān)鍵性骨干項(xiàng)目,具有防洪、發(fā)電、航運(yùn)等巨大的綜合效益。
三峽大壩壩址位于湖北省宜昌市境內(nèi)。大壩控制流域面積100萬(wàn)km2,總庫(kù)容393億m3。樞紐主要由攔河大壩、水電站、通航建筑物等三大部分組成。大壩為混凝土重力壩,最大壩高181m。水電站為壩后式,安裝有26臺(tái)700 MW的水輪發(fā)電機(jī)組,總裝機(jī)容量18,200 MW,年平均發(fā)電量84.7 TW·h。通航建筑物包括永久船閘和垂直升船機(jī),永久船閘為雙線五級(jí)連續(xù)梯級(jí)船閘,可通過(guò)萬(wàn)噸級(jí)船隊(duì);升船機(jī)為單線一級(jí)垂直提升式,一次可通過(guò)一艘3,000噸級(jí)的客貨輪。
三峽工程采用分期導(dǎo)流方式,分三期進(jìn)行施工,總工期需17年。第一期工程5年(1993~1997),以實(shí)現(xiàn)大江截流為標(biāo)志;第二期工程6年(1998~2003),以實(shí)現(xiàn)首批機(jī)組投入運(yùn)行和永久船閘開(kāi)始通航為標(biāo)志;第三期工程6年(2003~2009),以全部土建工程完工和全部機(jī)組投入運(yùn)行為標(biāo)志。工程自1993年開(kāi)始施工準(zhǔn)備,工程完全按照預(yù)定計(jì)劃順利實(shí)施,目前已進(jìn)入二期工程收尾階段。
主要工程量如下:土石方開(kāi)挖10,283萬(wàn)m3;土石方填筑3,198萬(wàn)m3;混凝土2,794萬(wàn)m3;鋼筋46.30萬(wàn)t;金屬結(jié)構(gòu)25.65萬(wàn)t。
2.三峽大壩混凝土的特點(diǎn)
2.1混凝土量巨大,施工強(qiáng)度極高。三峽工程混凝土總量近2800萬(wàn)m3,二期工程施工強(qiáng)度更為突出,1999、2000和2001年三年分別澆筑混凝土458萬(wàn)m3,548萬(wàn)m3和402萬(wàn)m3,連續(xù)三年遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)原蘇聯(lián)古比雪夫電站創(chuàng)造的364萬(wàn)m3的世界紀(jì)錄。
2.2結(jié)構(gòu)復(fù)雜。三峽大壩不是普通實(shí)體擋水大壩,由于長(zhǎng)江洪峰量大,加上分期導(dǎo)流要求,泄洪壩段共設(shè)三層泄洪孔口,使得壩體結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜, 而且導(dǎo)流底孔和為深孔的高速水流流速均達(dá)30m/s以上,體形要求和表面平整度要求極高,給施工以及質(zhì)量控制帶來(lái)極大難度。
2.3混凝土溫控難度大。大壩混凝土屬大體積混凝土,必須采取嚴(yán)格的溫控措施,保證大壩不出現(xiàn)危害性裂縫。要嚴(yán)格控制混凝土內(nèi)部最高溫升、上下層溫差、基礎(chǔ)溫差、混凝土內(nèi)外溫差。而且三峽地區(qū)夏季炎熱,溫控難度尤其大。
2.4耐久性要求特別高。這是由于三峽大壩的特殊重要性,大壩混凝土的抗凍性要求:內(nèi)部混凝土D100、外部達(dá)到D250,抗?jié)B要求內(nèi)部要達(dá)到S8,外部要達(dá)到S10(10-9cm/s)。
2.5 有些特殊部位要求采用有特殊要求的混凝土。如蝸殼周?chē)、鋼管底部等不易澆筑的部位要采用高流態(tài)、自密實(shí)混凝土,圍堰防滲墻采用能適應(yīng)較大變形、彈模低的柔性混凝土。
3.混凝土配合比設(shè)計(jì)
三峽大壩混凝土是用大壩基坑和船閘開(kāi)挖出來(lái)的新鮮巖石作骨料,巖性為閃云斜長(zhǎng)花崗巖,這種巖石具有較高的抗壓強(qiáng)度(100MPa以上),但是其拉壓比小,骨料中含有較多的云母,破碎過(guò)程中容易產(chǎn)生隱性節(jié)理,而且易產(chǎn)生泌水。因此,給最大限度的減少水泥用量,優(yōu)化配合比,盡可能減少水化熱帶來(lái)了極大的困難。另外,由于對(duì)混凝土質(zhì)量要求中,又特別突出了耐久性問(wèn)題,因此,在混凝土配合比設(shè)計(jì)中,各種技術(shù)指標(biāo)相互制約,必須與溫度控制要求矛盾進(jìn)行全面平衡和優(yōu)化,這是一個(gè)十分復(fù)雜的技術(shù)難題。為此做了大量的試驗(yàn)研究工作,所采取的主要措施有:
3.1 優(yōu)選混凝土原材料,高摻優(yōu)質(zhì)粉煤灰
、僦饕x用525#中熱水泥,并盡可能多摻粉煤灰。如壩內(nèi)混凝土最大可摻量可達(dá)40%~45%,結(jié)構(gòu)混凝土可摻20%。水泥熟料中的MgO含量控制在3.5~5%,使混凝土具有微膨脹性, 補(bǔ)償混凝土降溫階段體積收縮,減少混凝土裂縫。
②采用I級(jí)粉煤灰,并堅(jiān)持將Ⅰ級(jí)粉煤灰作為功能材料摻用。摻用Ⅰ級(jí)粉煤灰可取代部分水泥,而且由于Ⅰ級(jí)粉煤灰具有減水效果,可降低混凝土用水量,利用Ⅰ級(jí)粉煤灰的微珠效應(yīng),還可大大改善混凝土的和易性。Ⅰ級(jí)粉煤灰具體參數(shù)如下:細(xì)度(0.045mm方孔篩余量)≤12%,需水量比≤95%,燒失量≤5%,含水量≤1%.三氧化硫含量≤3%。
3.2 采用高效減水劑
為有效解決花崗巖人工骨料混凝土用水量高的難題,選用了與其他原材料有良好適應(yīng)性,且減水率在18%以上、其他指標(biāo)滿足國(guó)標(biāo)一等品的高效減水劑,這是降低混凝土用水量的一個(gè)非常重要的措施,為配制高性能大壩混凝土創(chuàng)造了條件。
3.3堅(jiān)持在混凝土中全部摻引氣劑。這是提高混凝土工作性、保證三峽大壩混凝土耐久性和使用壽命的重要措施。
另外為了防止發(fā)生堿骨料反應(yīng),嚴(yán)格限制原材料的堿含量和混凝土總堿量。限制中熱水泥的堿含量小于0.6%;粉煤灰堿含量小于1.5%;混凝土總堿量小于2.5kg/m3。
在混凝土配合比的設(shè)計(jì)中,堅(jiān)持采用縮小水膠比、并增加粉煤灰摻量的技術(shù)路線。水膠比是影響混凝土強(qiáng)度和耐久性的重要因素,水膠比越小,混凝土孔隙率越小,強(qiáng)度越高,耐久性越好。優(yōu)化后的三峽壩體外部混凝土水膠比小于0.5,水位變化區(qū)<0.45,內(nèi)部混凝土不大于0.55,高速水流區(qū)小于0.35。
由于采用了多項(xiàng)技術(shù)措施,優(yōu)選出的混凝土配合比使混凝土具有優(yōu)越的性能。例如混凝土內(nèi)部抗凍性可達(dá)D250以上、水變區(qū)可達(dá)D300以上。四級(jí)配混凝土用水量由原來(lái)的110kg/m3降至85kg/m3,同時(shí)降低了大體積混凝土的絕熱溫升和干縮,提高了抗裂性、體積穩(wěn)定性和耐久性等,并使混凝土具有良好的施工和易性和經(jīng)濟(jì)性。在查知骨料種類(lèi)的配合比中,以花崗巖作骨料的大壩混凝土最低用水量為100kg/m3。
三峽大壩混凝土采用90天齡期強(qiáng)度設(shè)計(jì),其主要指標(biāo)如表1。
4. 混凝土施工方案
合理的施工方案是施工進(jìn)度和混凝土施工質(zhì)量的根本保證。根據(jù)三峽二期廠壩工程的施工特點(diǎn),經(jīng)過(guò)綜合比較后,最后選擇了以塔帶機(jī)為主、擺塔式纜機(jī)和高架門(mén)機(jī)(塔機(jī))為輔的施工方案。
該方案的優(yōu)點(diǎn)是,可以將混凝土垂直運(yùn)輸和水平運(yùn)輸結(jié)合起來(lái),實(shí)現(xiàn)從拌和樓至澆筑倉(cāng)面混凝土的連續(xù)供應(yīng),達(dá)到快速、連續(xù)、高強(qiáng)度施工的目的。實(shí)踐證明,正是由于這一方案的正確選擇,才保證了連續(xù)三年的高強(qiáng)度施工。
5 混凝土溫度控制
溫度控制是大壩混凝土質(zhì)量控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)。由于三峽氣候條件非常特殊,每年的3~11月(基礎(chǔ)約束區(qū)),長(zhǎng)達(dá)9個(gè)月的時(shí)間里,都要進(jìn)行溫度控制。設(shè)計(jì)要求混凝土出機(jī)口溫度必須達(dá)到7°C,澆筑溫度不超過(guò)12°C,并且要通過(guò)通水冷卻等措施,削減最高溫度。溫度控制實(shí)際上是一個(gè)系統(tǒng)工程,從混凝土的制備,到澆筑過(guò)程,以及后期的冷卻,每一個(gè)環(huán)節(jié)都必須進(jìn)行全面的、有效的控制。溫度控制方面,主要要求和措施如下。
5.1預(yù)冷混凝土技術(shù)和工藝
為了保證混凝土內(nèi)部溫度,主體建筑物基礎(chǔ)約束區(qū)或重要結(jié)構(gòu)部位除冬季12~2月采用自然溫度入倉(cāng)外,其它季節(jié)出機(jī)口溫度不超過(guò)7℃。為了達(dá)到這一要求,在混凝土生產(chǎn)過(guò)程中,采用了二次風(fēng)冷骨料、加冰和冷水拌和等技術(shù)和工藝措施。
如此大規(guī)模地生產(chǎn)7℃,以及采用二次風(fēng)冷骨料技術(shù)在國(guó)內(nèi)外并不多見(jiàn),后者更是如此。在一次風(fēng)冷骨料倉(cāng),骨料平均冷卻終溫從常溫降至6~80c。經(jīng)二次風(fēng)冷后,骨料平均冷卻終溫可達(dá)-20c~00c。運(yùn)行實(shí)踐表明二次風(fēng)冷效果顯著,生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定,為生產(chǎn)70c混凝土提供了保證。在生產(chǎn)70c混凝土?xí)r,還需摻加-80c冰40~50kg,以及所需數(shù)量的20c冷卻水,經(jīng)二期工程的生產(chǎn)實(shí)踐證明,70c預(yù)冷混凝土生產(chǎn)工藝流程先進(jìn)合理,合格率一般都在85%以上
,為廠壩混凝土溫度控制提供了保障。
5.2合理分縫分塊
壩體分縫分塊主要根據(jù)壩體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和要求、澆筑能力、溫度控制要求并參照工程施工經(jīng)驗(yàn)等因素確定。經(jīng)溫度應(yīng)力分析和從施工條件、國(guó)內(nèi)柱狀塊施工有較成熟經(jīng)驗(yàn)考慮,為更可靠地保證大壩安全運(yùn)行,大壩縱向分二條縱縫方案,泄洪壩段最長(zhǎng)壩塊控制在44米。
5.3合理安排施工程序和施工進(jìn)度
合理安排混凝土施工程序和施工進(jìn)度是防止基礎(chǔ)貫穿裂縫、減少表面裂縫的主要措施之一。為此,設(shè)計(jì)要求,基礎(chǔ)約束區(qū)和重要結(jié)構(gòu)部位混凝土在規(guī)定的間歇其內(nèi)連續(xù)均勻上升,不得出現(xiàn)薄層長(zhǎng)間歇,基礎(chǔ)約束區(qū)混凝土宜在低溫季節(jié)施工,相鄰塊、相鄰壩段高差符合設(shè)計(jì)允許的高差要求。其余部分基本做到短間歇連續(xù)上升。
5.4控制混凝土最高溫度
二期工程大體積混凝土主要部位允許最高溫度見(jiàn)表2:
降低混凝土最高溫度,首先控制澆筑溫度,主要從降低混凝土出機(jī)口溫度,養(yǎng)護(hù)運(yùn)輸途中和倉(cāng)面溫度回升兩方面著手,夏季澆筑混凝土,除混凝土機(jī)口溫度必須達(dá)7℃外,應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土運(yùn)輸時(shí)間和倉(cāng)面澆筑坯層覆蓋前的暴露時(shí)間,并要求混凝土運(yùn)輸途中和倉(cāng)面設(shè)置必要的保溫措施,使預(yù)冷混凝土的澆筑溫度比機(jī)口溫度回升率不大于0.25(澆筑溫度不大于12~14℃)。
降低水化熱溫升主要靠采用發(fā)熱量低的中熱硅酸鹽水泥和低熱礦渣硅酸鹽水泥,選擇較優(yōu)骨料級(jí)配和摻適量粉煤灰、外加劑,以減少水泥用量和延緩水化熱發(fā)散速率,并綜合采取合理控制層厚、間歇期和通水冷卻等措施。
在混凝土澆筑溫度與當(dāng)時(shí)外界氣溫相近情況下,為較充分利用澆筑層頂面散熱的有利因素,層厚可根據(jù)溫控、澆筑能力、結(jié)構(gòu)和立模等條件調(diào)整。夏季一般采用1.5~2.0m,春、秋、冬季可適當(dāng)加厚。對(duì)大壩部位如層厚大于2m,除滿足溫控條件外還需具備相應(yīng)的澆筑能力。
5.5通水冷卻
通水冷卻是混凝土溫度控制有效措施之一,通水冷卻分三期進(jìn)行。初期通水是削減澆筑層水化熱溫升,采用6~8℃的制冷水,通水時(shí)間10~15天,在混凝土收倉(cāng)12小時(shí)內(nèi)開(kāi)始通水,單根水管通水流量不小于18升/分。中期通水是削減壩體內(nèi)外溫差,每年9月初開(kāi)始對(duì)當(dāng)年5~8月澆筑的大體積混凝土塊體、10月初對(duì)當(dāng)年4月及9月澆筑的大體積混凝土塊體、11月初對(duì)當(dāng)年10月澆筑的大體積混凝土塊體進(jìn)行中期通水,削減壩體內(nèi)外溫差。后期通水是使混凝土柱狀塊達(dá)到穩(wěn)定溫度,以便進(jìn)行接縫灌漿。
5.6流水養(yǎng)護(hù)
對(duì)新澆混凝土進(jìn)行及時(shí)、持續(xù)地養(yǎng)護(hù),對(duì)混凝土強(qiáng)度的正常增長(zhǎng)和防止混凝土表面干縮裂縫有重要意義,并對(duì)混凝土的散熱降溫有很大幫助。
在混凝土澆筑收倉(cāng)12h內(nèi),必須進(jìn)行流水養(yǎng)護(hù),連續(xù)養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于混凝土設(shè)計(jì)齡期。大壩和廠房的上下游面及長(zhǎng)期暴露的混凝土側(cè)面,應(yīng)做為重點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)流水養(yǎng)護(hù),使混凝土始終保持濕潤(rùn)狀態(tài)。
5.7表面保護(hù)
表面保護(hù)是防止混凝土表面裂縫發(fā)生的重要措施。三峽大壩和電站廠房暴露面大,壩區(qū)的氣溫驟降又很頻繁,混凝土表面保護(hù)顯得尤為重要,特別是基礎(chǔ)約束區(qū)、上游面及其它重要結(jié)構(gòu)部位,要作為防護(hù)的重點(diǎn)。
①對(duì)于永久暴露面,10~4月份澆筑的混凝土,拆模后立即設(shè)永久保溫層;5~9月份澆筑的混凝土,10月初設(shè)永久保溫層。
、诿磕耆肭(9月底),將導(dǎo)流底孔等所有孔洞進(jìn)行封閉。當(dāng)日平均氣溫在2~3天內(nèi)連續(xù)下降超過(guò)6℃時(shí),28天齡期內(nèi)混凝土表面必須進(jìn)行表面保溫。
③低溫季節(jié)(如拆模后混凝土表面溫降可能超過(guò)6~8℃),以及氣溫驟降期間,推遲拆模時(shí)間,否則在拆模后立即進(jìn)行表面保護(hù)。
④保溫材料要選擇效果好且便于施工的材料。保溫后混凝土表面等效放熱系數(shù)應(yīng)滿足要求:大體積混凝土b≤2.0-3.0W/m2·℃;導(dǎo)流底孔、深孔、尾水管、排漂孔及排沙孔等結(jié)構(gòu)混凝土, b≤1.5-2.0W/m2·℃。
從三峽的實(shí)踐看,表面保溫對(duì)于防止混凝土的裂縫極為關(guān)鍵,對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜部位的混凝土,即便是澆筑幾年以后,也要特別注意在不利的氣侯條件下,嚴(yán)格保溫。
6.強(qiáng)有力的混凝土質(zhì)量保證
三峽工程從開(kāi)工伊始就有達(dá)到一流質(zhì)量的明確的目標(biāo)要求。并在實(shí)踐中逐步形成了一整套具有特色的管理體系、辦法和措施。
6.1質(zhì)量監(jiān)督和管理體系
三峽工程的質(zhì)量管理體系是在合同制、監(jiān)理制的基礎(chǔ)上,結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況而逐漸形成的,既有合同的、技術(shù)的、管理方面的因素,也有行政的因素。實(shí)踐證明,在我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)建設(shè)初期,各種法制的因素尚不完善,企業(yè)的質(zhì)量意識(shí)、信譽(yù)意識(shí)都不是很強(qiáng)的情況下,這是一種非常有效的方式。具體來(lái)說(shuō),這種體系構(gòu)成如下:
施工承包單位的質(zhì)量體系必須健全:行政首長(zhǎng)負(fù)責(zé)制,質(zhì)量體系的垂直領(lǐng)導(dǎo)制,三個(gè)層次的檢查制,各種實(shí)驗(yàn)手段、測(cè)量手段都必須齊備。
監(jiān)理單位的檢查監(jiān)督:監(jiān)理對(duì)施工全過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督,包括原材料檢查、施工方案的審查批準(zhǔn)、重要部位旁站等,監(jiān)理有權(quán)對(duì)不合格或不負(fù)責(zé)任的承包商質(zhì)檢人員進(jìn)行處理,有權(quán)進(jìn)行質(zhì)量的獎(jiǎng)勵(lì)或處罰的認(rèn)定,監(jiān)理都有獨(dú)立的試驗(yàn)室和相應(yīng)的測(cè)量檢查手段。
業(yè)主的總體協(xié)調(diào)和抽檢制度。三峽總公司在現(xiàn)場(chǎng)組建了技術(shù)力量很強(qiáng)的試驗(yàn)中心、金結(jié)中心、測(cè)量中心、安全監(jiān)測(cè)中心和水情中心等機(jī)構(gòu),對(duì)工程質(zhì)量進(jìn)行抽檢、監(jiān)督,并提供現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)支持。另外三峽總公司還牽頭成立了參建各方參加的“三峽工程質(zhì)量管理委員會(huì)”,定期對(duì)工程質(zhì)量情況進(jìn)行評(píng)價(jià),通過(guò)典型事例進(jìn)行表?yè)P(yáng)和批評(píng),有效地促進(jìn)了質(zhì)量的提高。
為加強(qiáng)對(duì)三峽工程質(zhì)量的監(jiān)督,國(guó)務(wù)院三峽工程建設(shè)委員會(huì)于1999年6月成立了以錢(qián)正英為組長(zhǎng)、張光斗為副組長(zhǎng)的“三峽樞紐工程質(zhì)量檢查專(zhuān)家組”,因?yàn)閷?zhuān)家組既有很高的技術(shù)權(quán)威,又有很強(qiáng)的行政色彩,有力地促進(jìn)了三峽質(zhì)量提高。
6.2質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)
三峽工程是千年大計(jì),而且很多方面均超出現(xiàn)行規(guī)范,因此,三峽總公司在現(xiàn)有國(guó)家規(guī)范的基礎(chǔ)上,結(jié)合三峽工程的具體情況,頒發(fā)了70多項(xiàng)三峽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),隨著工程進(jìn)展還將陸續(xù)制定其它標(biāo)準(zhǔn)。三峽工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)源于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和合同文件,部分規(guī)定又高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),是對(duì)一流工程質(zhì)量目標(biāo)的具體量化,為工程質(zhì)量控制提供了重要依據(jù)。
6.3原材料供應(yīng)質(zhì)量控制
三峽工程所需主要原材料如水泥、鋼材、粉煤類(lèi)等都由業(yè)主供應(yīng),對(duì)于原材料采購(gòu)供應(yīng),利用市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制,引入公開(kāi)招標(biāo)方式,優(yōu)選供應(yīng)廠商,建立長(zhǎng)期穩(wěn)定的資源渠道,并將質(zhì)量控制體系、檢測(cè)體系延伸到定點(diǎn)供貨廠商的產(chǎn)品生產(chǎn)、運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)、調(diào)撥、供應(yīng)的全過(guò)程。如水泥檢測(cè)由業(yè)主委托國(guó)家建材中心研究院駐廠檢測(cè),承包商、監(jiān)理單位和業(yè)主試驗(yàn)中心按批次對(duì)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)的原材料進(jìn)行抽檢,不合格的原材料絕對(duì)不得用于三峽工程。
6.4施工過(guò)程質(zhì)量控制新措施
從2000年起,三峽總公司提出了“零安全事故、零質(zhì)量事故”管理目標(biāo),并采取了一系列新的技術(shù)和管理舉措。最主要的是兩項(xiàng),一是單元工程施工工藝設(shè)計(jì),二是特別質(zhì)量獎(jiǎng)。單元工程施工工藝設(shè)計(jì)首先從混凝土工程開(kāi)始,以后逐步推廣至其它工序中,每一單元工程施工之前,都必須做出詳細(xì)的工藝設(shè)計(jì),包括施工方法、注意事項(xiàng)、施工資源配置等在內(nèi),施工過(guò)程中,沒(méi)有特殊情況,必須嚴(yán)格執(zhí)行。特別質(zhì)量獎(jiǎng)是在合同之外,專(zhuān)門(mén)設(shè)立的一項(xiàng)獎(jiǎng)金,只有一次檢驗(yàn)合格的單元工程,才能得到此項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì),采用此項(xiàng)辦法,大大提高了單元工程的一次合格率,提高了工人嚴(yán)格要求,自覺(jué)追求質(zhì)量的意識(shí)。
7.結(jié)束語(yǔ)
三峽工程施工已進(jìn)入第十個(gè)年頭,接近二期工程收尾階段,已累計(jì)澆筑混凝土近2000萬(wàn)方。進(jìn)度上完全按照預(yù)定的目標(biāo)正常進(jìn)行,質(zhì)量完全滿足設(shè)計(jì)要求。現(xiàn)在二期工程施工驗(yàn)收工作已全面展開(kāi),正一步步朝初期蓄水發(fā)電和通航目標(biāo)邁