三峽碾壓混凝土圍堰設(shè)計

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　　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。縱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?；A(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，部分采用預制模板；④壩體排水廊道頂拱及側(cè)墻采用預制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)； ⑤在模板、預制廊道、埋設(shè)件、止水片、應力釋放孔、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力影響較大，分縫間距20 m及30 m上游面表面最大應力分別為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，下游采用預制模板以適應快速上升；④采用適應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。