1、 三峡左岸电站厂房混凝土施工技术 摘 要：左岸电站厂房是三峡工程发电的关键项目，结构复杂，工程量大，施工难度大。参建各方根据厂房混凝土的结构特点与施工难点、采用高架门机为主、中小型门机为辅的混凝土施工方案，狠抓关键部位混凝土施工技术及温控措施，使工程形象和施工质量满足了合同要求。 1、工程概述1.1 工程范围及主要工程量左岸电站厂房位于左岸厂房坝段下游，属于坝后式厂房。共设 14 台机组(单机容量 700MW)、3 个安装间、3 个排砂孔。左厂房总长度 643.7m，沿坝轴线方向依次布置有厂前区、安 I、安、1#6#机组段、安7#14#机组段，右端在 48+680.50 处与左导墙交界；顺水流
2、方向则布置上游副厂房、主厂房、下游副厂房、尾水闸墩、尾水渠护坦。厂坝分缝线桩号为 20+118主厂房顺水流长度 68m。厂房基础建基面高程为 22.00m，尾水渠护坦部位按 1:5 反坡放至 20+438.75 处的 50m 平台。主厂房内在 93.3m 及 105.5m 处布置有大桥机二台、小桥机二台，屋顶高程为 114.5m。主要工程量见表 1。表 1 左岸电站厂房主要工程量表-项目 土石方开挖 混凝土 钢筋 基础灌浆 机组埋件 金属结构 -数量 262 万 m3 162 万 m3 6.8 万 t 11.2m 3 万 t 1.17 万 t -1.2 控制性工期安排确保 2003 年首批 3
3、5 台机组发电，是三峡工程最重要的控制性目标之一。首批发电机组的土建控制性节点进度见表 2：表 2-土建项目 控制进度(年、月、日） -开始浇筑混凝土 1998 年 1 月 大型水机理件安装 2000 年 3 月2001 年 3 月 封闭块回填 1999 年 4 月以前 蜗壳二期混凝土浇筑 2000 年 10 月2001 年 8 月 穿墙钢管安装 1999 年 8 月2000 年 2 月 主厂房封顶 2001 年 6 月2002 年 1 月 尾水 82 平台 2000 年 4 月 上游副厂房施工 2001 年 1 月2002 年 8 月 -2 厂房的结构特点与施工难点2.1 混凝土分层分块左岸
4、电站厂房每个机组段宽 38.3m，中间设一条横缝，将其分为 20.90m、17.40m 宽的两块。顺水流方向长 68m，设三条施工纵缝 (前二条为错缝，后一条为直缝)，将其分为四个区，长度分别为 18m、20.04m、18.31m、11.65m。厂房建基面高程 22.2m，屋顶高程 114.50m，共分 41层，其中基础及底板部位共 4 层，尾水管、肘管、锥管部位共 12 层，蜗壳及发电机部位共 12 层，发电机层以上墙体共 13 层。大体积混凝土部位最小层厚 1.2m，最大层厚 2.5m。主厂房上游墙体厚 2.21.5m，下游墙体厚 2.O1.5m ，最大层高 3m。由于每个机组段中间的横缝
5、及前二条纵缝均为错缝布置，故要求各块混凝土均匀上升，这对施工组织提出了较严格的要求。2.2 尾水管结构形式左岸电站尾水管均为西式结构，自上而下依次分为锥管段、肘管段和扩散段，在厂房水下混凝土中形成大规模空腔结构。其中肘管段具有单腔轮廓，空腔最大跨度 31.14m，相应腔高 6.75m；扩散段分为三个腔体，单跨 9m，断面高度向外递增，到出口处为 12.4m。由于腔体分布，将尾水管结构分为底板、中墩、边墩和顶板等结构单元。底板为整体式结构，厚 57m；顶板的厚度最大，为 710m。为有效降低尾水管施工期温度应力，在肘管段和扩散段顶板分别设置1 个、2 个封闭块。左厂房分 VGS 及 GANP 两
6、种机型，两种机型的尾水管均在流速大于 6m/s 部位设钢衬，部分肘管段及全部扩散段流速小于 6m/s，不设钢衬。为减少阻力，尾水管大部分过流面按流线型设计，出口部位则为常用的预制混凝土倒 T 型梁。尾水管的上述结构形式给施工带来了很大困难。设计要求厂房封闭块混凝土回填的时段为低温季节 11 月至次年 4 月，如超出该时段，则混凝土施工存在停浇半年的风险。尾水管过流面大部分为大型空间异型曲面，其整体模板的制作、架立工程量及难度均很大。2.3 机组主要埋件周围均设置二期混凝土厂房内二期混凝土是满足机电埋件安装工艺要求、保证安装质量的重要措施。特别是水机埋件安装部位，不但广泛应用二期混凝土，部分位置
7、还设有三期、四期混凝土。以 GANP 机组为例，肘管二期混凝土坑为高程 30.80m44.OOm，共分 8 层浇筑，1、2 层厚 1m，37 层厚 2m，第 8 层厚 1.2m；锥管二期混凝土高 6m，分两层浇筑；蜗壳二期混凝土从 50.OOm67.00m ，共分 9 层浇筑。二期混凝土的设置一方面占压直线工期，另一方面施工难度较大。二期混凝土坑大部分深而窄，仓面清理及混凝土下料、振捣难度大；由于机组埋件先行安装，故必须采取各种措施，限制二期现浇混凝土对埋件的影响，使其安装精度满足厂家要求。2.4 蜗壳二期混凝土采用保压浇筑为有效减小机组振动，采用保压方式浇筑蜗壳外围二期混凝土，其保压水头为
8、70m，比最小运行静水头 78m 略低。此措施给施工带来的困难是： 保压闷头设置在主厂房内紧邻蜗壳的压力钢管处，其上方预留三期混凝土坑，回填时占压直线工期；每个闷头拟周转使用 l2 次，其吊装手段如采用厂坝平台 MQ6000 门机，则需推迟 82m 栈桥的拆除时间，一方面增加了栈桥长度(该栈桥为拆装型)，另一方面占压上游副厂房工作面。 在正常蓄水位 175m 发电时，蜗壳承受的静水头为 118m，比保压水头高 48m，这部分水头将由蜗壳与外围钢筋混凝土联合承担，故蜗壳外围二期混凝土中设置了四层钢筋，增加了施工的难度。2.5 主厂房上游墙与穿墙钢管整体施工设计要求穿墙钢管与墙体温凝土之间形成整体
9、结构，即在引水压力钢管下平段安装后再浇筑墙体混凝土，而不在墙体上预留孔洞。其施工难点在于：该部位压力钢管安装工期较长，加之由不同标段的承包者施工，存在一个进度配合问题，故上游墙的进度将受不同程度的限制；钢管底部第一层墙体混凝土浇筑困难。压力钢管直径为 12.4m，其底部空间狭小，既要保证混凝土的密实性，又要保证钢管在混凝土浇筑过程中不发生超标准位移，难度很大。2.6 下游副厂房与主厂房下游墙整体浇筑为提高结构的整体性，设计要求主厂房下游墙与下游副厂房之间不设分缝和牛腿，而是整体现浇，同时上升。由于下游副厂房结构复杂(五层楼板) ，整体浇筑将制约主厂房下游墙的上升速度，从而影响层水 82m 平台
10、的尽早形成。2.7 1#6#机组段厂坝联合受力左厂 l#5#坝段坝基岩体缓倾角结构面相对发育，其抗滑稳定性一直是大家关心的重点问题，为此，采取了一系列综合措施予以治理，厂房与大坝联合受力就是其中的一项重要措施。即在 1#6#机组段基础大体积混凝土(51m 以下)与岩坡之间进行接触灌浆，以实现厂坝联合受力。为此，在厂房基础混凝土内设置了基础排水及接触灌浆廊道，以方便施工。2.8 主厂房上下游墙联合受力三峡发电机组的转子吊装单元重量大，在转子吊运处于最不利工况时，须将大小桥机轨顶位移控制在规范允许的 10m 以内，而主厂房上游墙刚度相对较小，故采用钢网架屋顶将上下游墙联为一体，形成上下游墙联合受力
11、，以便减小桥机轨顶变位，并改善厂房结构的抗震性能。2.9 墙体不装修，表面质量要求高主厂房上下游墙外墙 82.00m 以上、内墙 75.30m 以上部位为永久不装修面，对外观质量控制很严。要求垂直度不大于 H/1000，整体误差不大于 20mm，平整度控制在 2m3mm 范围。表面应平整光洁，颜色及施工水印线应整齐一致，模板预埋件位置应按设计规定设置。工程实施中以混凝土原材料及模板为重点控制对象，保证水泥及粉煤灰供应品种基本固定，永久不装修部位则全部使用大型悬臂钢模板施工，特别是对于主厂房下游外墙面 82.OOm 以上部位，采用 WISA 模板( 大型优质木模板)，以充分保证其外观效果。3 混
12、凝土施工方案针对三峡左岸电站厂房工程的施工特点，经深人的研究、优化工作，选择以大型四连杆 MQ2000 型高架门机为主，中小型门机为辅的施工方案。这主要是考虑以下因素：厂房混凝土施工的最高月强度为 5.5 万 m3/月；厂房机组埋件多、重量大，钢筋和模板量也较大，施工设备必须有较强的吊装能力；四连杆门机混凝土浇筑及安装工况转换快捷，改换倍力数时不需重穿钢丝绳；施工设备主要布置在厂房下游一线，设备密集、施工干扰大，门机的最小回转半径小，比较适应这一要求。3.1 门机布置(1)大型门机 利用区是直缝，且工期非常富余的特点，在 区形成 30m 平台，布置 4 台MQ2000 门机，进行主厂房 50m
13、 以下、下游副厂房 82m 以下的混凝土施工及 50m 以下主要埋件的吊装(肘管、锥管等)。1#5#机组段层水 82m 平台形成后，根据 6#14#机组段的施工情况，选择适当的时机将2 台 MQ2000 搬至 82m 平台，一方面可吊装大型埋件，另一方面可浇筑上游副厂房及区混凝土。(2)中小型门机 中小型门机(SDMQl260、MQ540)主要布置在 30m 平台上及仓面内，因幅度所限，仅能承担、区的混凝土施工。在主导施工设备 MQ2000 门机未形成之前，可充分发挥小门机灵活机动、拆装迅速的特点，将其短期布置在区(21.7m)尾水管底板第一层混凝土面上，浇筑 28.8m 以下混凝土。特别是可
14、吊装复杂的尾水管异型模板，腾出主导施工设备来进行较高效率的混凝土浇筑。后期则视整个厂房混凝土的施工情况，搬部分中小门机上 82m 平台，辅助 MQ2000 门机工作。(3)金结安装专用门机 在厂坝之间的 82m 栈桥上，布置 MQ6000 金结安装专用门机，进行机组大型埋件及引水压力钢管安装。在施工机械的布置方案中，尾水 82m 平台的及早形成与其上的门机布置非常关键。主厂房50m 以下大体积混凝土及下游副厂房混凝土施工完后，即转入主厂房上下游墙体的施工，且大型机组埋件(基础环、座环、蜗壳 )也进入安装高峰期，原来布置在 区 30m 平台上的门机已经不再满足上述施工要求，必须随着层水 82m
15、平台的形成，及时将部分大中型门机转移上来，一是进行主副厂房混凝土的施工，二是承担大部分蜗壳管节的吊装任务，以缓解厂坝间 MQ6000 门机负担过重的问题。3.2 混凝土拌和系统在基坑左下角布置 82m 混凝土拌和系统，设 43 拌和楼一座，采用二次风冷、加冰拌和工艺生产 7制冷混凝土，其铭牌生产能力为：常温混凝土 240m3/h，制冷混凝土 180m3/h。该楼的生产能力能够满足厂房高峰期混凝土施工的要求，高峰期过后，可为其它标段供应混凝土。混凝土水平运输采用自卸汽车。拌和楼距混凝土浇筑现场不到 1km，为有效控制高温季节预冷混凝土在运输途中的温度回升创造了有利的条件。4 关键部位混凝土施工技
16、术4.1 高温季节浇筑基础约束区混凝土由于受开挖等前序施工项目的影响，加之厂房基础混凝土量大、工期紧，且主导施工设备有个逐渐形成的过程，部分基础约束区混凝土延至夏天高温季节浇筑，混凝土温控防裂难度很大：厂房混凝土以三级配 R28250#D250S10 为主，混凝土抗冻及抗渗指标高，水泥用量达 176kg/m3，其水泥水化热温升高；仓面形状不规则、钢筋较多，厂房混凝土内未埋设冷却水管，对混凝土最高温度的控制极为不利。采取的主要温控措施为：优选混凝土原材料与配合比。厂房混凝土基本固定使用华新中热 525#水泥，其超强标号高而稳定，且运输距离较远，水泥人罐温度低，对温控有利；夏季施工时，将粉煤灰掺量
17、由 20%增至 25%，以尽量减少水泥用量；加强拌和楼的定期检修与日常维护工作，使拌和楼特别是制冷、制冰系统始终处于良好状态，保证混凝土出机口温度为 7；加强预冷混凝土在运输及浇筑过程中的保温工作，使浇筑温度不超过 1214。运输时，对车辆、吊罐进行适当遮阳保温；浇筑过程中采用仓面喷雾，尽量降低环境温度；对浇完的混凝土则及时覆盖保温被，以避免阳光直射；对新浇混凝土及时进行长流水养护，一方面可使混凝土加速散热，另一方面可有效防止混凝土表面产生干缩裂纹。尽量利用低温时段多浇混凝土。一方面提高混凝土入仓强度，即对较大仓号采用多台门机联合浇筑，尽量缩短浇筑时间，另一方面控制混凝土的开仓时间，即白天气温
18、高，上午 10 点至下午 5 点之间一般不新开混凝土仓号，尽量利用夜间浇筑。通过采取上述温控措施，可基本将混凝土的最高温度控制在设计要求的 3436内。4.2 尾水管混凝土(1)尾水管模板的设计与制安 这是尾水管混凝土施工中最关键的技术。根据厂家提供的尾水管体型断面，在尾水管不同部位采用不同形式的模板：四周圆弧渐变部位采用大型组装衍架式木模板；顶板曲面部分采用钢排架支撑形成胎架；底板坡度陡于 1:3 部位使用定型钢、木吊模，并在模板上开洞浇筑混凝土；底板坡度缓于 1:3 部位不立模板，采用设置样架钢筋施工。根据现场垂直吊装及运输能力较强、交通条件好的特点，单块模板尺寸设计得较大。整套模板沿顺水
19、流方向共分 7 块，上下共两层，以便有效减少现场安装所占用的直线工期。(2)抗冲耐磨混凝土施工 尾水管过流表面设有 0.5m 厚的 R28350#抗冲耐磨混凝土层。由于大部分是异型曲面，施工难度较大。采取的主要措施有：先浇筑 R28250#混凝土，在浇筑台阶推进到距肘管模板面 0.5m 时即改浇 350#混凝土。底板起弧部位由于角度很小，350#混凝土的厚度可适当超浇。浇筑 350#混凝土时，必须多设溜筒和溜槽，使混凝土能够直接输送到弧形模板底部。细心振捣。振捣人员应在模板边角部位细心操作。在人员不能到达的深槽部位，可采用加长振捣棒臂杆的方法进行振捣。另需注意及时浇筑相应的 350#混凝土层，
20、以免连续浇了几层 250#混凝土形成较大的深槽后再一次性填筑 350#混凝土，此时往往难以振捣密实。严格控制尾水管底板表面的平整度。其关键是样筋定位要准，且混凝土浇筑过程中不得变形。4.3 封闭块混凝土如前所述，尾水管顶板共设三个封闭块，且回填时段有严格要求，是厂房混凝土施工中的一大难点。4.3.1 封闭块混凝土施工要点封闭块的布置与浇筑分层。在肘管顶板跨中设 1 个封闭块，分布在 34.00m42.00m 。其长度为 12m，宽 2m，分 4 层回填；在扩散段的二个中墩上各设一个封闭块，长 11.21m，宽 2m，深 62m，分 13 层回填； 封闭块的顶板钢在一期混凝土施工时必须先断开，以
21、利于两侧大体积混凝土在自由状态下充分完成自生变形，回填混凝土前则逐根联结，恢复顶板的整体性；封闭块混凝土回填要求。回填应在 11 月到次年 4 月期间进行。回填前，应间歇 1 个月，以使封闭块两侧的一期混凝土温度降至 2023，且完成大部分混凝土自生体积变形。回填应逐层进行，层间间歇 57 天，以利于回填混凝土的散热。4.3.2 14#机组段封闭块混凝土施工措施14#机情况较为特殊，该部位建基面高程较低，又受相邻标段的影响，开浇混凝土较晚，封闭块回填时间需适当后延，为此，采取以下工程措施：合理组织，加快该部位施工进度。肘管段一期混凝土必须于 2000 年 4 月 20 日前浇至 42m，并于 5 月底回填完封闭块混凝土；从 3月下旬开始，采用 7预冷混凝土，并埋设冷却水管通江水冷却，以有效降低封闭温度；埋设测温仪监测混凝土温度。上述措施保证了封闭块混凝土施工的质量。4.4 机组埋件二期混凝土机组埋件二期混凝土的施工，一是要保证混凝土的密实性，二是要避免二期混凝土浇筑时对已安装好的埋件产生不良变形等影响。现结合这二点要求，以肘管二期混凝土浇筑为例，介绍二期混凝土的施工措施。(1)浇筑顺序 由于肘管二期混凝土坑是分台阶布置，上游低、下游高，故第一个浇筑层设在高程较高的下游部位，以便将肘管钢衬进一步定位，同时可以避免在浇筑上游低部位混凝土时因
