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三峽碾壓混凝土圍堰設(shè)計
1 圍堰布置與特性
三峽工程碾壓混凝土圍堰(以下簡稱RCC圍堰)由縱向圍堰和橫向圍堰組成??v向圍堰全長分為上縱段、壩身段和下縱段3段。橫向圍堰布置在導(dǎo)流明渠內(nèi),與長122.0 m的上縱堰內(nèi)段連為一體,在約4年的圍堰發(fā)電期與左岸大壩一起擋水,提前實現(xiàn)樞紐工程蓄水、通航和發(fā)電。三峽RCC圍堰斷面采用重力壩型,主要特性見表1,布置見圖1、圖2.
2 縱向RCC圍堰通水冷卻與接縫灌漿
在碾壓混凝土中進行通水冷卻和接縫灌漿,在世界工程實踐中屬首次。縱向圍堰上縱堰內(nèi)段高程75 m以下和壩身段高程72 m以下共24個灌區(qū),總面積3 850 m2.其中堰內(nèi)段8個灌區(qū),灌漿面積1 190 m2.壩身段高程72 m以下設(shè)3層共16個灌區(qū),單區(qū)面積為70~270 m2,灌漿面積2 660 m2.
2.1 冷卻水管及通水冷卻
為滿足壩體接縫灌漿和削減夏季澆筑的RCC水化熱溫升,在RCC內(nèi)埋設(shè)水管冷卻降溫,冷卻水管采用1英寸(2.54 cm)黑鐵管。經(jīng)現(xiàn)場試驗3種埋設(shè)方法后選定了直接在RCC倉面上鋪設(shè)的方案較方便有效。采用此法施工時,振動碾和推土機等施工機械嚴禁直接壓在水管上。
水管垂直間距同RCC澆筑升程,為1.8~2.4 m,水管水平間距為1.5~2.0 m.施工后通水檢查,通暢率97.6%.壩體采用通河水進行中后期冷卻,通水開始時間為9月下旬,每根水管通水流量控制在18~25 L/min.
2.2 接縫灌漿工藝設(shè)計與施工
RCC結(jié)構(gòu)的接縫灌漿尚處于探索階段。在RCC施工時,對橫縫兩側(cè)30~50 cm范圍內(nèi),采用加注水泥濃漿后用插入式振搗器振搗,簡稱為改性混凝土工藝,這樣RCC結(jié)構(gòu)在橫縫兩側(cè)與常規(guī)混凝土接近,可以借鑒成熟接縫灌漿施工工藝。壩身段橫縫每層設(shè)6個灌區(qū),每個灌區(qū)長度為17~21 m,單區(qū)最大平面面積為270 m2.6個灌區(qū)處于同一整體澆筑的結(jié)構(gòu)上,灌區(qū)之間無縱縫相隔,因此在其中一個灌區(qū)施灌時,對兩側(cè)灌區(qū)產(chǎn)生的影響比常規(guī)混凝土結(jié)構(gòu)的灌區(qū)要大得多。
同高程灌區(qū)盡可能采用多區(qū)同灌,同灌灌區(qū)一區(qū)一泵,在灌漿過程中應(yīng)保持壓力一致,同灌時相鄰灌區(qū)結(jié)束時間不得超過4 h.如采用逐區(qū)間歇灌漿,一個灌區(qū)結(jié)束間歇14 d以上才能灌相鄰灌區(qū)。同高程灌區(qū)先下游后上游。基礎(chǔ)層灌區(qū)施灌28 d后方可進行帷幕灌漿。確定的施工方法為:選擇一套通暢管路使用1∶1漿液定量(200~300 ml)灌入,作潤滑管道和縫面,之后直接采用0.6∶1漿液灌注,并按出漿次序依次關(guān)閉各管口。當排氣管管口的壓力或縫面增開度達到設(shè)計規(guī)定值,保持壓力灌注到縫面吸漿率等于零后延續(xù)20 min迸漿結(jié)束,迸漿時間不小于8 h.
3 橫向RCC圍堰設(shè)計
3.1 圍堰布置與結(jié)構(gòu)措施
橫向RCC圍堰按I級臨時建筑物設(shè)計,設(shè)計洪水標準為5%頻率最大日平均流量72 300 m3/s,相應(yīng)水位135.4 m;保堰洪水標準按1%頻率最大日平均流量83 700 m3/s,相應(yīng)水位為139.8 m.
橫向圍堰為重力式壩型,平行于大壩,軸線位于右岸廠房壩段軸線上游114 m,堰頂全長約580 m.堰頂高程140 m,最大底寬107 m,堰頂寬8 m,最大堰高115 m.為適應(yīng)圍堰快速施工主要采取了如下結(jié)構(gòu)措施:①全斷面采用RCC;②盡量減少結(jié)構(gòu)分縫,采用永久橫縫和誘導(dǎo)縫相間布置,不分縱縫通倉薄層連續(xù)澆筑;③下游側(cè)1∶0.75的斜坡面設(shè)計成臺階狀,部分采用預(yù)制模板;④壩體排水廊道頂拱及側(cè)墻采用預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu); ⑤在模板、預(yù)制廊道、埋設(shè)件、止水片、應(yīng)力釋放孔、排水槽等周邊采用變態(tài)混凝土(加漿RCC)代替常態(tài)混凝土。
3.2 混凝土及溫度控制設(shè)計
圍堰采用RCC澆筑而成,堰體迎水面防滲層采用二級配富灰RCC.水泥選用525號中熱硅酸鹽水泥,3 d和7 d水化熱分別不超過188 kJ/kg及293 kJ/kg.要求中熱525號水泥熟料含堿量不超過0.5%,水泥堿含量≤0.55%,配制的混凝土中總堿量不超過2.5 kg/m3,氧化鎂含量3.5%~5%.采用I級粉煤灰,最大摻量40~60%.骨料采用下岸溪人工砂石料。橫向圍堰RCC主要施工配合比見表2.
橫向圍堰運行時間短(4年),尺寸大,運行期堰體不會降至穩(wěn)定溫度,其溫度主要受外界氣溫和水溫的影響。經(jīng)計算,第一個冬季(2003年11月)內(nèi)外溫差較大,中心區(qū)域內(nèi)部最高溫度達32℃左右,至2006年冬季其中心區(qū)溫度降至23℃左右,靠近邊界的溫度主要隨外界氣溫和水溫的變化而變化。至2007年,圍堰中心區(qū)溫度降幅約為9~11℃。
分縫間距對內(nèi)外溫差引起的溫度應(yīng)力影響較大,分縫間距20 m及30 m上游面表面最大應(yīng)力分別為1.13 MPa及1.61 MPa,橫縫間距由20 m增至30 m,內(nèi)外溫差應(yīng)力增加42%,因此分縫間距不宜過大,選為20 m.
4 橫向RCC圍堰快速施工
橫向圍堰在4個月內(nèi)需上升90 m,完成混凝土110.66萬m3,在保證質(zhì)量的前提下實現(xiàn)快速施工就成為必須解決的問題。
RCC橫向圍堰分高程施工方法為:高程85 m以下采用汽車直接入倉,平層澆筑;為減少道路填筑量,高程85~95 m部位混凝土采用胎帶機轉(zhuǎn)料入倉的方案澆筑;高程95 m以上采用皮帶機直接入倉,由倉內(nèi)的自卸汽車轉(zhuǎn)運至澆筑點。
橫向圍堰高效高質(zhì)量完成得益于以下5個方面:①均勻連續(xù)快速上升;②高摻粉煤灰,高膠凝材料低VC值的混凝土施工配合比,機口以1~8 s控制(據(jù)天氣等情況作調(diào)整),現(xiàn)場VC值以<10 s控制,以不陷碾為準;③上游面采用翻轉(zhuǎn)模板,下游采用預(yù)制模板以適應(yīng)快速上升;④采用適應(yīng)快速施工的分縫及堰體結(jié)構(gòu)措施;⑤圍堰上部(高程90 m以上)采用兩條總長約1 500 m的混凝土專用皮帶連接兩臺塔帶機,直接從高混凝土系統(tǒng)將混凝土運至倉面,距離較遠的低混凝土系統(tǒng)則由汽車轉(zhuǎn)至集料斗至皮帶機,仍由塔帶機入倉,克服了入倉道路布置的困難。
三峽碾壓混凝土圍堰通過合理分期,既加快了樞紐工程的施工進度,又有效降低了混凝土施工難度和澆筑強度,首次成功實現(xiàn)了在RCC中埋設(shè)冷卻水管和RCC結(jié)構(gòu)內(nèi)的壩體接縫灌漿。采取合適的結(jié)構(gòu)措施和施工手段保證了橫向圍堰快速高質(zhì)量的施工,在4個月內(nèi)澆筑混凝土110.66萬m3,創(chuàng)造了日澆筑21 066 m3、月澆筑476 000 m3世界紀錄。為樞紐工程蓄水、通航爭取了寶貴時間?!?/p>
作者簡介:翁永紅,長江水利委員會設(shè)計院副總工,教授級高級工程師。
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