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(biāo)的關(guān)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(yīng)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(chǔ)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(shè)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(dǎo)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(zhuǎn)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(fù)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(gòu)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(zhǔn)備；另一個流程是混凝土生產(chǎn)及運輸，當(dāng)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(fù)雜的混凝土澆筑需要，必須相應(yīng)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(yīng)于連續(xù)高強度的混凝土施工，承擔(dān)混凝土澆筑的主要任務(wù)；配備大型門塔機、纜機等作為輔助設(shè)備，負責(zé)金結(jié)安裝、備倉、倉面設(shè)備轉(zhuǎn)移和澆筑部分混凝土等任務(wù)，避免因塔(頂)帶機的工況轉(zhuǎn)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(shè)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(shè)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(yīng)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(shè)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(yīng)泄洪壩段1#～5#壩段、導(dǎo)墻壩段及左廠壩段11#～14#壩段混凝土。

　?。?）布置在左非泄洪流壩段下游120m高程拌和系統(tǒng)設(shè)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(yīng)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(cè)82m高程拌和系統(tǒng)設(shè)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(yīng)左岸廠房混凝土。

2.2 混凝土澆筑設(shè)備

　　主要設(shè)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(wù)是，前期協(xié)助混凝土施工，后期以吊裝金屬結(jié)構(gòu)為主。
　（2）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(shè)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。

　?。?）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(shè)在左非泄洪8#壩段185m高程上，副塔設(shè)在導(dǎo)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。

　?。?）公用設(shè)備 第二階段工程廠壩部分分3個標(biāo)段，由3個施工企業(yè)負責(zé)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(shè)備不固定在一個標(biāo)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(shè)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?xí)r，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(yīng)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(yù)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(biāo)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(shè)施配套

　　(1) 在混凝土開倉前，保證風(fēng)、水、電通暢。

　　(2) 采用平鋪澆筑法施工時，澆筑倉應(yīng)準(zhǔn)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(yīng)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(shè)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(shù)、質(zhì)量、安全、機電設(shè)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(dān)任，負責(zé)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(zé)，確?；炷翝仓|(zhì)量。

　　（3）操作系統(tǒng)：由調(diào)度室負責(zé)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(zhǔn)確、快速入倉。

3.2倉面工藝設(shè)計

3.2.1設(shè)計原則

　　倉面條帶布置要盡量簡化，標(biāo)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(jié)構(gòu)特別復(fù)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(jié)構(gòu)復(fù)雜的倉位，經(jīng)監(jiān)理批準(zhǔn)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(shè)計的內(nèi)容

　　倉面設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)格式包括以下內(nèi)容：

　　① 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(yù)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(shè)計圖，圖上標(biāo)明混凝土分區(qū)線，混凝土種類標(biāo)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(zé)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(shè)計由澆筑單位提出，一式六份，經(jīng)監(jiān)理批準(zhǔn)后除班長、質(zhì)檢員及監(jiān)理隨身帶外，還應(yīng)視情況復(fù)印送給有關(guān)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(yù)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(shè)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)。

　?。?）皮帶卸料處設(shè)置擋板、卸料導(dǎo)管和刮板，以避免骨料分離和砂漿損失。

　　（4）塔帶機輸送系統(tǒng)裝置沖洗設(shè)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?xí)r，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(dāng)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(biāo)號混凝土?xí)r，原則上先高標(biāo)號后低標(biāo)號的下料順序，保證高標(biāo)號區(qū)達到設(shè)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(cè)均衡上升，其兩側(cè)高差不得超過鋪料的層厚。

　　當(dāng)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(dǎo)管卸料口距倉面應(yīng)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(yù)埋件部位布料時，嚴禁下料導(dǎo)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(yīng)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(yīng)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(zhǔn)，以避免欠振或過振。

　　使用塔（頂）帶機澆筑的大倉位，應(yīng)配置振搗機振搗。使用振搗機時，振搗棒組應(yīng)垂直插入到混凝土中，振搗完應(yīng)慢慢拔出；移動振搗棒組，應(yīng)按規(guī)定間距相接；振搗第一層混凝土?xí)r，振搗棒組應(yīng)距硬化混凝土面5cm。振搗上層混凝土?xí)r，振搗棒頭應(yīng)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(yīng)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(shè)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(shè)置360°旋轉(zhuǎn)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(cè)立面養(yǎng)護)上鋪設(shè)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(fēng)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(yù)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(jié)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，確保混凝土澆筑進度和質(zhì)量，相應(yīng)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(shè)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。