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三峡碾压混凝土围堰设计

2008-03-21 11:35    【  【打印】【我要纠错】

  1 围堰布置与特性

  三峡工程碾压混凝土围堰(以下简称RCC围堰)由纵向围堰和横向围堰组成。纵向围堰全长分为上纵段、坝身段和下纵段3段。横向围堰布置在导流明渠内,与长122.0 m的上纵堰内段连为一体,在约4年的围堰发电期与左岸大坝一起挡水,提前实现枢纽工程蓄水、通航和发电。三峡RCC围堰断面采用重力坝型,主要特性见表1,布置见图1、图2.

  2 纵向RCC围堰通水冷却与接缝灌浆

  在碾压混凝土中进行通水冷却和接缝灌浆,在世界工程实践中属首次。纵向围堰上纵堰内段高程75 m以下和坝身段高程72 m以下共24个灌区,总面积3 850 m2.其中堰内段8个灌区,灌浆面积1 190 m2.坝身段高程72 m以下设3层共16个灌区,单区面积为70~270 m2,灌浆面积2 660 m2.

  2.1 冷却水管及通水冷却

  为满足坝体接缝灌浆和削减夏季浇筑的RCC水化热温升,在RCC内埋设水管冷却降温,冷却水管采用1英寸(2.54 cm)黑铁管。经现场试验3种埋设方法后选定了直接在RCC仓面上铺设的方案较方便有效。采用此法施工时,振动碾和推土机等施工机械严禁直接压在水管上。

  水管垂直间距同RCC浇筑升程,为1.8~2.4 m,水管水平间距为1.5~2.0 m.施工后通水检查,通畅率97.6%.坝体采用通河水进行中后期冷却,通水开始时间为9月下旬,每根水管通水流量控制在18~25 L/min.

  2.2 接缝灌浆工艺设计与施工

  RCC结构的接缝灌浆尚处于探索阶段。在RCC施工时,对横缝两侧30~50 cm范围内,采用加注水泥浓浆后用插入式振捣器振捣,简称为改性混凝土工艺,这样RCC结构在横缝两侧与常规混凝土接近,可以借鉴成熟接缝灌浆施工工艺。坝身段横缝每层设6个灌区,每个灌区长度为17~21 m,单区最大平面面积为270 m2.6个灌区处于同一整体浇筑的结构上,灌区之间无纵缝相隔,因此在其中一个灌区施灌时,对两侧灌区产生的影响比常规混凝土结构的灌区要大得多。

  同高程灌区尽可能采用多区同灌,同灌灌区一区一泵,在灌浆过程中应保持压力一致,同灌时相邻灌区结束时间不得超过4 h.如采用逐区间歇灌浆,一个灌区结束间歇14 d以上才能灌相邻灌区。同高程灌区先下游后上游。基础层灌区施灌28 d后方可进行帷幕灌浆。确定的施工方法为:选择一套通畅管路使用1∶1浆液定量(200~300 ml)灌入,作润滑管道和缝面,之后直接采用0.6∶1浆液灌注,并按出浆次序依次关闭各管口。当排气管管口的压力或缝面增开度达到设计规定值,保持压力灌注到缝面吸浆率等于零后延续20 min迸浆结束,迸浆时间不小于8 h.

  3 横向RCC围堰设计

  3.1 围堰布置与结构措施

  横向RCC围堰按I级临时建筑物设计,设计洪水标准为5%频率最大日平均流量72 300 m3/s,相应水位135.4 m;保堰洪水标准按1%频率最大日平均流量83 700 m3/s,相应水位为139.8 m.

  横向围堰为重力式坝型,平行于大坝,轴线位于右岸厂房坝段轴线上游114 m,堰顶全长约580 m.堰顶高程140 m,最大底宽107 m,堰顶宽8 m,最大堰高115 m.为适应围堰快速施工主要采取了如下结构措施:①全断面采用RCC;②尽量减少结构分缝,采用永久横缝和诱导缝相间布置,不分纵缝通仓薄层连续浇筑;③下游侧1∶0.75的斜坡面设计成台阶状,部分采用预制模板;④坝体排水廊道顶拱及侧墙采用预制钢筋混凝土结构; ⑤在模板、预制廊道、埋设件、止水片、应力释放孔、排水槽等周边采用变态混凝土(加浆RCC)代替常态混凝土。

  3.2 混凝土及温度控制设计

  围堰采用RCC浇筑而成,堰体迎水面防渗层采用二级配富灰RCC.水泥选用525号中热硅酸盐水泥,3 d和7 d水化热分别不超过188 kJ/kg及293 kJ/kg.要求中热525号水泥熟料含碱量不超过0.5%,水泥碱含量≤0.55%,配制的混凝土中总碱量不超过2.5 kg/m3,氧化镁含量3.5%~5%.采用I级粉煤灰,最大掺量40~60%.骨料采用下岸溪人工砂石料。横向围堰RCC主要施工配合比见表2.

  横向围堰运行时间短(4年),尺寸大,运行期堰体不会降至稳定温度,其温度主要受外界气温和水温的影响。经计算,第一个冬季(2003年11月)内外温差较大,中心区域内部最高温度达32℃左右,至2006年冬季其中心区温度降至23℃左右,靠近边界的温度主要随外界气温和水温的变化而变化。至2007年,围堰中心区温度降幅约为9~11℃。

  分缝间距对内外温差引起的温度应力影响较大,分缝间距20 m及30 m上游面表面最大应力分别为1.13 MPa及1.61 MPa,横缝间距由20 m增至30 m,内外温差应力增加42%,因此分缝间距不宜过大,选为20 m.

  4 横向RCC围堰快速施工

  横向围堰在4个月内需上升90 m,完成混凝土110.66万m3,在保证质量的前提下实现快速施工就成为必须解决的问题。

  RCC横向围堰分高程施工方法为:高程85 m以下采用汽车直接入仓,平层浇筑;为减少道路填筑量,高程85~95 m部位混凝土采用胎带机转料入仓的方案浇筑;高程95 m以上采用皮带机直接入仓,由仓内的自卸汽车转运至浇筑点。

  横向围堰高效高质量完成得益于以下5个方面:①均匀连续快速上升;②高掺粉煤灰,高胶凝材料低VC值的混凝土施工配合比,机口以1~8 s控制(据天气等情况作调整),现场VC值以<10 s控制,以不陷碾为准;③上游面采用翻转模板,下游采用预制模板以适应快速上升;④采用适应快速施工的分缝及堰体结构措施;⑤围堰上部(高程90 m以上)采用两条总长约1 500 m的混凝土专用皮带连接两台塔带机,直接从高混凝土系统将混凝土运至仓面,距离较远的低混凝土系统则由汽车转至集料斗至皮带机,仍由塔带机入仓,克服了入仓道路布置的困难。

  三峡碾压混凝土围堰通过合理分期,既加快了枢纽工程的施工进度,又有效降低了混凝土施工难度和浇筑强度,首次成功实现了在RCC中埋设冷却水管和RCC结构内的坝体接缝灌浆。采取合适的结构措施和施工手段保证了横向围堰快速高质量的施工,在4个月内浇筑混凝土110.66万m3,创造了日浇筑21 066 m3、月浇筑476 000 m3世界纪录。为枢纽工程蓄水、通航争取了宝贵时间。□

  作者简介:翁永红,长江水利委员会设计院副总工,教授级高级工程师。

延伸阅读:三峡 碾压混凝土 围堰
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