三峽碾壓混凝土圍堰設計
發布時間：2010-01-14 共1頁
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，與長122.0 m的上縱堰內段連為一體，在約4年的圍堰發電期與左岸壩一起擋水，提前實現樞紐工程蓄水、通航和發電。三峽RCC圍堰斷面采用重力壩型
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。縱向圍堰上縱堰內段高程75 m以下和壩身段高程72 m以下共24個灌區，總面積3 850 m2.其中堰內段8個灌區，灌漿面積1 190 m2.壩身段高程72 m以下設3層共16個灌區，單區面積為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內埋設水管冷卻降溫，冷卻水管采用1英寸（2.54 cm）黑鐵管。經現場試驗3種埋設方法后選定了直接在RCC倉面上鋪設的方案較方便有效。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 接縫灌漿工藝設計與施工
RCC結構的接縫灌漿尚處于探索階段。在RCC施工時，對橫縫兩側30~50 cm范圍內，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結構在橫縫兩側與常規混凝土接近，可以借鑒成熟接縫灌漿施工工藝。壩身段橫縫每層設6個灌區，每個灌區長度為17～21 m，單區最平面面積為270 m2.6個灌區處于同一整體澆筑的結構上，灌區之間無縱縫相隔，因此在其中一個灌區施灌時，對兩側灌區產生的影響比常規混凝土結構的灌區要得多。
同高程灌區盡可能采用多區同灌，同灌灌區一區一泵，在灌漿過程中應保持壓力一致，同灌時相鄰灌區結束時間不得超過4 h.如采用逐區間歇灌漿，一個灌區結束間歇14 d以上才能灌相鄰灌區。同高程灌區先下游后上游。基礎層灌區施灌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閉各管口。當排氣管管口的壓力或縫面增開度達到設計規定值，保持壓力灌注到縫面吸漿率等于零后延續20 min迸漿結束，迸漿時間不小于8 h.
3 橫向RCC圍堰設計
3.1 圍堰布置與結構措施
橫向RCC圍堰按I級臨時建筑物設計，設計洪水標準為5%頻率最日平均流量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，最底寬107 m，堰頂寬8 m，最堰高115 m.為適應圍堰快速施工主要采取了如下結構措施：①全斷面采用RCC；②盡量減少結構分縫，采用永久橫縫和誘導縫相間布置，不分縱縫通倉薄層連續澆筑；③下游側1∶0.75的斜坡面設計成臺階狀，部分采用預制模板；④壩體排水廊道頂拱及側墻采用預制鋼筋混凝土結構； ⑤在模板、預制廊道、埋設件、止水片、應力釋放孔、排水槽等周邊采用變態混凝土（加漿RCC）代替常態混凝土。
3.2 混凝土及溫度控制設計
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，運行期堰體不會降至穩定溫度，其溫度主要受外界氣溫和水溫的影響。經計算，第一個冬季（2003年11月）內外溫差較，中心區域內部最高溫度達32℃左右，至2006年冬季其中心區溫度降至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，圍堰中心區溫度降幅約為9~11℃。
分縫間距對內外溫差引起的溫度應力影響較，分縫間距20 m及30 m上游面表面最應力分別為1.13 MPa及1.61 MPa，橫縫間距由20 m增至30 m，內外溫差應力增加42%，因此分縫間距不宜過，選為20 m.
4 橫向RCC圍堰快速施工
橫向圍堰在4個月內需上升90 m，完成混凝土110.66萬m3，在保證質量的前提下實現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，由倉內的自卸汽車轉運至澆筑點。
橫向圍堰高效高質量完成得益于以下5個方面：①均勻連續快速上升；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（據天氣等情況作調整），現場VC值以＜10 s控制，以不陷碾為準；③上游面采用翻轉模板，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構措施；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將混凝土運至倉面，距離較遠的低混凝土系統則由汽車轉至集料斗至皮帶機，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，首次成功實現了在RCC中埋設冷卻水管和RCC結構內的壩體接縫灌漿。采取合適的結構措施和施工手段保證了橫向圍堰快速高質量的施工，在4個月內澆筑混凝土110.66萬m3，創造了日澆筑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。
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，與長122.0 m的上縱堰內段連為一體，在約4年的圍堰發電期與左岸壩一起擋水，提前實現樞紐工程蓄水、通航和發電。三峽RCC圍堰斷面采用重力壩型
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。縱向圍堰上縱堰內段高程75 m以下和壩身段高程72 m以下共24個灌區，總面積3 850 m2.其中堰內段8個灌區，灌漿面積1 190 m2.壩身段高程72 m以下設3層共16個灌區，單區面積為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內埋設水管冷卻降溫，冷卻水管采用1英寸（2.54 cm）黑鐵管。經現場試驗3種埋設方法后選定了直接在RCC倉面上鋪設的方案較方便有效。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 接縫灌漿工藝設計與施工
RCC結構的接縫灌漿尚處于探索階段。在RCC施工時，對橫縫兩側30~50 cm范圍內，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結構在橫縫兩側與常規混凝土接近，可以借鑒成熟接縫灌漿施工工藝。壩身段橫縫每層設6個灌區，每個灌區長度為17～21 m，單區最平面面積為270 m2.6個灌區處于同一整體澆筑的結構上，灌區之間無縱縫相隔，因此在其中一個灌區施灌時，對兩側灌區產生的影響比常規混凝土結構的灌區要得多。
同高程灌區盡可能采用多區同灌，同灌灌區一區一泵，在灌漿過程中應保持壓力一致，同灌時相鄰灌區結束時間不得超過4 h.如采用逐區間歇灌漿，一個灌區結束間歇14 d以上才能灌相鄰灌區。同高程灌區先下游后上游。基礎層灌區施灌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閉各管口。當排氣管管口的壓力或縫面增開度達到設計規定值，保持壓力灌注到縫面吸漿率等于零后延續20 min迸漿結束，迸漿時間不小于8 h.
3 橫向RCC圍堰設計
3.1 圍堰布置與結構措施
橫向RCC圍堰按I級臨時建筑物設計，設計洪水標準為5%頻率最日平均流量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，最底寬107 m，堰頂寬8 m，最堰高115 m.為適應圍堰快速施工主要采取了如下結構措施：①全斷面采用RCC；②盡量減少結構分縫，采用永久橫縫和誘導縫相間布置，不分縱縫通倉薄層連續澆筑；③下游側1∶0.75的斜坡面設計成臺階狀，部分采用預制模板；④壩體排水廊道頂拱及側墻采用預制鋼筋混凝土結構； ⑤在模板、預制廊道、埋設件、止水片、應力釋放孔、排水槽等周邊采用變態混凝土（加漿RCC）代替常態混凝土。
3.2 混凝土及溫度控制設計
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，運行期堰體不會降至穩定溫度，其溫度主要受外界氣溫和水溫的影響。經計算，第一個冬季（2003年11月）內外溫差較，中心區域內部最高溫度達32℃左右，至2006年冬季其中心區溫度降至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，圍堰中心區溫度降幅約為9~11℃。
分縫間距對內外溫差引起的溫度應力影響較，分縫間距20 m及30 m上游面表面最應力分別為1.13 MPa及1.61 MPa，橫縫間距由20 m增至30 m，內外溫差應力增加42%，因此分縫間距不宜過，選為20 m.
4 橫向RCC圍堰快速施工
橫向圍堰在4個月內需上升90 m，完成混凝土110.66萬m3，在保證質量的前提下實現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，由倉內的自卸汽車轉運至澆筑點。
橫向圍堰高效高質量完成得益于以下5個方面：①均勻連續快速上升；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（據天氣等情況作調整），現場VC值以＜10 s控制，以不陷碾為準；③上游面采用翻轉模板，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構措施；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將混凝土運至倉面，距離較遠的低混凝土系統則由汽車轉至集料斗至皮帶機，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，首次成功實現了在RCC中埋設冷卻水管和RCC結構內的壩體接縫灌漿。采取合適的結構措施和施工手段保證了橫向圍堰快速高質量的施工，在4個月內澆筑混凝土110.66萬m3，創造了日澆筑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。
