三峡工程三期碾压混凝土围堰快速施工研究

摘要：三期碾压混凝土围堰是三峡工程初期蓄水的控制性工程，不仅施工强度高、工期紧，而且技术性强、投入资源大。为了确保三期碾压混凝土围堰顺利地按计划实施，工程各方针对围堰快速施工方案作了深入细致的研究，初步确定采取大通仓平层碾压、薄层铺筑、连续上升施工方案。该方案包括入仓方式、模板、仓面工艺等。为确保三期碾压混凝土围堰高强度的施工做到万无一失，施工方案还需继续做大量的研究。 

关键词：碾压混凝土围堰 快速施工 三峡 

　　按照三峡工程总体施工计划安排，三期碾压混凝土围堰是三峡工程初期蓄水的控制性工程。计划导流明渠截流后，2003年元月～6月修建该围堰，其碾压混凝土总量为110万m3，要求153天时间完成，考虑不利天气和必要的施工停歇后有效施工天数仅115天。该围堰需从高程50 m浇至堰顶高程140 m，共上升90 m，平均月上升16.9 m；计划最大月浇筑强度33.59万m3，最大日浇筑强度达1.6万m3，平均月浇筑19.4万m3，日平均浇筑强度0.96万m3。为了确保该工程按期完成，三峡总公司工程建设部、长江委三峡工程设代局及葛洲坝股份有限公司三峡工程施工指挥部针对三期碾压混凝土围堰快速施工方案作了深入细致的研究。
　　1 工程概况
　　三期碾压混凝土围堰为Ⅰ级临时挡水建筑物，围堰轴线位于大坝轴线上游114 m处，围堰全长约580 m，围堰右侧同白岩尖山坡相接，左侧与混凝土纵向围堰堰内段相连。三期碾压混凝土围堰为重力式坝型，围堰顶高程140 m，顶宽8 m，最大底宽107 m，最大堰高115 m，迎水面高程70 m以上部分为直立面，高程70 m以下为1∶0.3的边坡，背水面高程130 m以上为直立面，高程130 m至高程50 m平台间为1∶0.75的边坡。坝体在高程40 m、高程90 m分设排水廊道，在高程107.5 m设爆破拆除廊道。
　　三期碾压混凝土围堰分两阶段实施，第一阶段工程已于1998年年底前完成，工程内容包括右岸一期纵向围堰堰内段（已浇至140 m高程）、三期碾压混凝土围堰河床段（已浇至50 m高程）、三期碾压混凝土围堰岸坡2#～5#坝段（已浇至140 m高程）。剩余部分为第二阶段施工内容，第二阶段修建的堰体全长380 m，最大坝高90 m，共110万m3碾压混凝土。
　　2 坝体优化设计
　　由于三期碾压混凝土围堰工期紧、浇筑强度大，因此，结构设计时充分考虑了满足快速施工的坝体结构，最终的设计方案具有以下特点：①坝体结构简捷，细部结构少；②不设纵缝，仅设横缝和诱导缝；③同一层面混凝土标号单一；④防渗层采用变态混凝土方式，施工简便；⑤坝体排水管采用机钻孔，在廊道内施工，避免了与混凝土浇筑的施工干扰；⑥坝体廊道采用预制方式，适合于快速吊装。
　　3 施工方案
　　3.1 总体施工方案
　　三期碾压混凝土围堰采取大通仓平层碾压、薄层铺筑、连续上升的施工方案。入仓方式在高程90 m以下以汽车直接运输入仓为主，在高程90 m以上以塔带机为主，辅以Mybox溜管；上游面模板采用三层翻转模板，下游面采用小型拼装模板，廊道采用预制混凝土模板；混凝土料摊铺采用平仓机；碾压采用条带搭接法；成缝采用切缝机切缝；防渗采取变态混凝土加外表面刷防渗材料的防渗手段。
　　3.2 设备布置
　　3.2.1 塔(顶)带机布置
　　根据浇筑计划安排，坝体在2003年3月底浇至90 m高程后，入仓方式将转为以塔带机运料入仓为主。两台塔带机分别布置在围堰下游的50 m平台和58 m平台混凝土面上，可覆盖大部分仓面范围。两台塔带机各配1条供料线，直接连接到右岸150 m高程拌和系统。
　　3.2.2 胎带机布置
　　胎带机布置在三期围堰6#堰块下游的90 m平台（填筑的入仓道路），用汽车运料至胎带机接料斗，仓内汽车转运至塔带机的浇筑盲区，可作为90～100 m高程的辅助入仓手段。
　　3.2.3 Mybox溜管布置
　　Mybox溜管布置在右坝头高程140 m平台，汽车运料至接料斗，仓内汽车转运至塔带机的浇筑盲区，可作为100～130 m高程的辅助入仓手段。
　　3.2.4 门机布置
　　MQ2000高架门机布置在14#～15#堰段的下游斜坡面上，在高程50～54 m之间，主要承担90 m高程以上预制模板和预制廊道的吊运，以及90 m高程以上仓面设备进出仓的吊运。
　　3.3 模板工程
　　三期碾压混凝土围堰工期紧，仓面连续不间歇上升，要求模板拆装速度快、稳定性好，模板拆装时对仓面干扰小。
　　总立模面积7.74万m2，其中翻升模板立模面积为4.44万m2，用于堰体直立面及上游斜坡面；下游斜坡面采用小型组合模板，立模面积为2.9万m2。高程90 m廊道和107.5 m廊道采用预制廊道，宽200 cm，高325 cm，共490块。
　　3.3.1 翻升模板施工
　　上游翻升模板分三层交替上升，模板拆装采用仓内8 t汽车吊。按堰体最大日上升0.92 m，每台吊车平均拆立模速度为18 m2/h，工作时间15 h/d，上游面模板拆装需用两台吊车。
　　当上升到高程130 m后，上下游面模板各需1台吊车同时拆装，由于仓面只有8 m宽，仓面干扰很大，需合理地安排仓面作业顺序。
　　3.3.2 小型组合钢模施工
　　下游面小型组合钢模利用斜坡台阶作为安装平台，采用人工拆装.
　　3.3.3 预制廊道施工
　　预制廊道的运输方式分两种情形，在高程90 m以下，由汽车直接运进仓内吊装位置；在高程90 m以上，需由门机吊进仓内，然后由汽车转至吊装位置。预制廊道的吊装采用25 t吊车在仓面内作业，为避免仓面里的互相干扰，在高程90 m和高程107.5 m廊道分别间歇7天。
　　3.4 碾压混凝土运输及入仓
　　三期碾压混凝土入仓方案为：90 m高程以下以汽车直接入仓为主，并辅以胎带机入仓；在90 m高程以上以塔带机运料入仓为主，以胎带机和负压溜槽为辅。
　　碾压混凝土运输及入仓根据地形条件、入仓强度等因素，共布置有5条道路，随着仓面的升高，道路逐渐减少，在高程90 m高程以上取消道路。入仓道路采取全断面填筑，下部填方大路面宽的部位布置多条车道，道路半幅填筑上升，半幅车辆通行，互相交替随堰体上升逐渐抬高。入仓口路面宽度始终保证在20～24 m。在距入仓口30 m范围填干净碎石脱水路面，上铺钢栏栅。
　　3.5 仓面施工
　　3.5.1 卸料与摊铺
　　碾压混凝土施工按条带法铺料，条带方向平行于围堰轴线。每一层铺料厚度控制在35 cm左右，为方便操作，需在周边模板上作出明显的标记。
　　碾压混凝土摊铺设备采用D－65P型平仓机，按照高峰期最大浇筑强度935 m3/h分析，施工高峰期仓面最少要有9～10台平仓机才能满足浇筑强度。平仓设备太多，每台设备需划定作业范围，以免互相干扰。
　　3.5.2 碾压
　　碾压作业采用条带搭接法，碾压方向垂直于水流方向，碾压条带间的搭接宽度为15～20 cm，碾压不到的部位铺变态混凝土，用插入式振捣器人工振捣密实。碾压行走速度控制在1.4～1.6 km/h范围，碾压遍数按2－8－2控制。
　　碾压设备选用德国BOMAG BW－202AD和BW－201AD，靠近模板边位置用BW－201AD型振动碾碾压。在施工高峰期，仓面里的碾压设备达到15台（按65 m3/h·台计算），才能满足浇筑强度。碾压设备如此之多，再加上摊铺设备、运输设备、模板吊装设备、切缝设备等，仓面繁忙拥挤，为避免设备施工互相干扰，必须合理地布置摊铺碾压条带和汽车运行通道，划定设备的作业范围，使摊铺和碾压有机地衔接，最大限度地发挥设备的效益。在碾压过程中除按规范操作外，还必须注意以下几点：
　　①碾压层面上必须全面泛浆，对不泛浆的部位应挖除、重铺细料碾压；
　　②对于层面泌水部位，应清除泌水后铺设砂浆，然后再铺上层混凝土料；
　　③每层碾压作业结束后，应及时按网格布点监测混凝土的压实容重，若所测容重低于规定指标，则应及时补碾。
　　3.5.3 切缝
　　横缝的成缝方式采用切缝机切缝，这种方式不占直线工期，不影响仓内施工，适合于大仓面快速施工。
　　切缝机施工按照先切缝再填缝后碾压的施工程序，每层的成缝面积不少于设计缝面的60%。填缝材料采用金属片，快捷方便。　3.5.4 三期围堰防渗
　　三期碾压混凝土围堰防渗采取防渗层与外表面防渗涂料结合的方式。防渗层是在模板边50cm范围内做变态混凝土，外表面防渗是在整个上游面喷涂水泥基渗透结晶型防水材料。
　　3.5.5 层间结合及施工缝处理
　　层间结合不良是碾压混凝土施工中普遍存在的问题，三期碾压混凝土围堰将采取如下措施以改善层间结合问题：
　　①加强施工组织管理，做到快速入仓、快速摊铺、快速覆盖；
　　②在保证不陷碾的情况下，尽量采用低VC值施工；
　　③在上游4 m范围的层面上铺洒灰浆，并及时覆盖；
　　④采用有显著缓凝作用的缓凝剂；
　　⑤仓面采取喷雾加湿措施，以平衡VC值损失。
　　3.6 温控措施
　　(1)分缝分块 三期碾压混凝土围堰永久横缝间距为40m，在每个堰块中部设一条诱导缝。
　　(2)设计允许最高温度 三期碾压混凝土围堰设计允许最高温度控制标准如下表所示。
　　(3)入仓温度 根据设计允许最高温度及气温条件等因素可以初步确定入仓温度：1～3月入仓，4月入仓温度不超过16℃，5～6月入仓温度不超过18℃。出机口温度按低于入仓温度3℃～4℃控制。
　　(4)高温季节温控措施
　　①在条件允许的情况下，尽量提高道路宽度和转弯半径，确保道路畅通和车辆运行速度，减少混凝土料运输时间；
　　②入仓口设专人指挥，减少车辆等停时间；
　　③运输车辆上加设防晒棚，避免太阳直射；
　　④采用高效缓凝减水剂，延长混凝土初凝时间，防止高温季节碾压混凝土的初凝；
　　⑤在仓面设置喷雾装置，加强表面保湿保温；
　　⑥在白天高温时段对已压实混凝土表面覆盖保温材料隔热保湿。
　　(5)表面保护 1～4月浇筑的碾压混凝土拆模后用保温被立即进行保温。
　　3.7 雨季施工
　　（1）当雨量小于3 mm/h时，仓面施工继续进行，但需采取如下措施：
　　①适当调大碾压混凝土拌和物VC值，采用上限值；如降雨持续时间长，采取适当减小碾压混凝土水胶比的措施。
　　②汽车卸料后，立即用塑料编织布覆盖，平仓时再揭开，并立即平仓、碾压；严禁未碾压好的混凝土拌和物长时间暴露在雨中。
　　③ 在靠近边坡基础和老混凝土与仓面交接的部位，做好临时排水沟，使边坡水不侵入碾压混凝土。
　　（2）当雨量达到或超过3 mm/h时，下达停止施工命令，仓面迅速完成尚未进行的卸料、平仓和碾压作业。如遇大雨或暴雨，将卸入仓内的混凝土料堆、未完成碾压作业的条带和整个仓面全部覆盖，待雨后再做处理。雨后恢复施工前做好如下工作：
　　①停放在露天运送混凝土的施工车辆，必须将车斗内的水倾倒干净；
　　② 立即排除场内的积水，当符合要求后，即开始施工；
　　③ 新生产的碾压混凝土VC值按上限控制；
　　④ 由质检人员对仓面进行认真检查，挖除有漏碾或其它被水严重侵入的混凝土。对混凝土面因受雨水冲刷裸露砂石严重的部位采用铺灰浆或砂浆的措施。
　　以上的施工方案只是初步的研究成果，为确保三期碾压混凝土围堰高强度的施工做到万无一失，施工方案还需继续做大量的研究和审查工作，最终必将形成一套非常严谨的、切实可行的碾压混凝土快速施工方案。