葛洲坝工程关键技术在三峡建设中的应用及发展（下）

摘要：葛洲坝工程在建设过程中，解决了许多关键技术问题，其中有些已在三峡工程建设中加以应用并有发展。本文着重介绍两工程在河势规划与枢纽布置、高水头大型船闸、大流量截流及深水围堰、高强度混凝土浇筑等方面的解决措施及实践。

关键词：葛洲坝 三峡 关键技术 应用 发展

　　3.2深水围堰
　　葛洲坝工程大江上游围堰轴线长895m，最大高度50m，围堰下部1/2堰体需采用水下抛填施工，堰基砂砾石及淤砂覆盖层厚度0～10m，最厚达21m。围堰型式采用两侧石渣块石堤及中部砂砾石堰体、双排混凝土防渗心墙结构，防渗墙底嵌入基岩1m，其底部透水岩体进行防渗帷幕灌浆处理(见图1)。围堰填料274万m3，防渗墙截水面积6.2万m2。设计上研究解决了在水下砂砾石料堰体中建造双排混凝土防渗墙的力学机理和联合作用问题及造孔成槽施工技术问题。围堰建成后即挡高水位运行5年，实测资料表明，围堰防渗效果显著。
　　三峡工程二期上、下游围堰是在葛洲坝水库内修筑的围堰，最大水深达60 m，堰体80%填料需水下施工，是当今世界上规模最大的深水围堰。二期上游围堰轴线全长1 076 m，围堰最大高度82.5 m，防渗墙最大高度74 m。堰体填料589.9万m3，防渗截水面积8.21万m2(其中混凝土防渗墙截水面积4.49万m2)。拦蓄洪水总量20亿m3，实属在长江上修筑的一座大型土石坝。围堰施工工期紧，要求在大江截流后6个月时间将堰体填筑到度汛高程83.5m，以确保围堰安全度汛，月最高填筑强度达200万m3，施工强度高，难度大、技术复杂，且为背水一战，使其成为三峡工程建设中重大技术难题之一。围堰基础覆盖层为冲积粉细砂和砂砾石层，厚度7～15 m，最厚22m，上部为葛洲坝水库蓄水后的淤砂层，厚6～10 m，最厚16 m，下部为砂砾石层厚3～10m。基岩为闪云斜长花岗岩。参照葛洲坝工程大江上、下游围堰的实践经验，其围堰型式采用两侧石渣块石堤及中部风化砂堰体、混凝土防渗墙上接土工合成材料防渗心墙结构。位于河床深槽部位堰体中部设置双排混凝土防渗墙，两墙中心间距6m，墙厚1m，墙顶高程73m，上接土工合成材料至高程86.2m，防渗墙底嵌入弱风化岩体1m，对墙体底部透水岩体进行防渗帷幕灌浆处理(见图2)。围堰基础淤砂层属中密状态的细砂，设计采取综合措施处理：(1)在堰体背水坡脚平抛砂砾石料，加载提高淤砂强度，同时兼作过渡反滤料，以利堰基渗透稳定，防止在渗流作用下淤砂流失；在堰体迎水坡脚范围平抛石渣料，加载提高淤砂强度，并可防止淤砂液化。(2)限制基坑抽水下降速度不超过1.0 m/d，随背水侧堰坡脚范围淤砂层出露，及时挖除淤砂并立即做好反滤、围封及盖重。(3)严格控制混凝土防渗墙施工质量，防止墙体存在施工缺陷形成集中漏水通道而引起堰基淤砂渗透破坏。
　　三峡工程二期上游围堰堰顶高程88.5 m，堰体中部69 m高程以上风化砂为干地填筑分层碾压施工，以下为水下抛填的风化砂，采用振冲加密措施。施工中采用75KW和全液压驱动变频150 kW大功率振冲器，振冲孔孔距为2.0～2.5 m，最大振冲深度达30 m。经振冲加密后，水下抛填的风化砂干密度可达1.8 t/m3，变形模量提高40%～100%。堰体中部40 m高程以下为水下平抛砂砾石料，干密度可达1.95 t/m3，以上综合措施可提高深水抛填堰体料的密实度，有利于减小堰体及防渗墙体变形。鉴于堰体深水抛填风化砂料的密实度较低，且堰基存在淤砂层，致使堰体变形及防渗墙体的挠度较大。为适应防渗墙体的较大变形和减小墙体应力，设计上对防渗墙体材料进行了大量试验研究，选用强度较高、且具有较好柔韧性能的柔(塑)性材料，柔性材料由水泥、膨润土、风化砂组成，塑性混凝土由水泥、膨润土、砂、粒径0.5～2 cm小石组成。围堰防渗墙创造性地采用风化砂、花岗岩石屑与水泥、膨润土组成的柔(塑)性墙体材料修建的高达74m防渗墙，施工及运行实践证明防渗墙结构安全可靠。
　　二期上游围堰基础地质条件复杂，防渗墙造孔成槽难度很大。中国三峡总公司引进国外液压抓斗、液压铣槽机等先进设备。施工单位采用优质泥浆固壁，对严重漏失地层采用预灌浓浆、槽内投置堵漏材料、分层冲击堵漏效果较好。通过施工试验，选用“两钻一抓(铣)”、“二钻三抓(铣)”、“铣、抓、钻、爆、砸”成槽工艺，适应围堰地层复杂和工期紧迫的特点，充分发挥多种机械设备特点，并取得成功。围堰防渗墙底透水岩体帷幕灌浆采用墙体内预埋管成孔，最大埋管深度达73 m，预埋钢管管径114 mm，钢管采用钢筋网架固定，孔口及底部和每隔9～13 m设一固定框架。预埋灌浆管合格率高达99%。以上均成功地解决了复杂地层，高防渗墙底帷幕灌浆的成孔问题，并推动施工技术创新发展。
　　三峡工程二期上游围堰建成后经过4年的运行考验，堰体及防渗墙变形值均小于计算值，围堰渗水量仅为10 L/s，表明防渗效果显著。转贴于 　　4 混凝土高强度施工技术
　　葛洲坝工程混凝土总量1 042万m3，主体建筑物多属墩板梁柱结构，且孔洞多，过流面积大，混凝土标号高，其温度控制及预防裂缝技术复杂。混凝土的砂石骨料采用大型采砂船挖掘河床砂卵石经人工筛分制备。天然砂石骨料年开采能力达350万m3。配备8座混凝土拌和楼，设备月生产混凝土能力35.3万m3。混凝土施工采用门塔机吊罐入仓浇筑，拌和楼出料以准轨火车运输(配3 m3及6 m3立罐)为主，其次是汽车运输转入3 m3卧罐，主要采用起重能力为20t的SDTQ1800/60型高架门机及10 t门机、塔机浇筑混凝土。年最高浇筑强度达203万m3，月最高浇筑强度达24.5万m3。居国内水利水电工程领先水平。混凝土原材料使用发热量低的大坝中热525号水泥及低热425号水泥，掺用木质素磺酸钙等外加剂，减少水泥用量。鉴于天然砂石骨料中含有碱性骨料，采用分别控制中热水泥和低热水泥含碱量为0.6%及1.0%，以确保混凝土不会产生碱骨料反应。混凝土生产系统中设置制冷楼，通过皮带机保温预冷廊道，向运送拌和楼的粗骨料先喷洒了3℃～4℃冷水；在拌和楼冷却仓面通-14°～-15℃冷风，并加适量片冰拌和，使拌和楼生产的混凝土出机口温度降为7℃，该技术我国首次成功应用。葛洲坝工程夏季采用7℃预冷混凝土，其温控防裂还采用了限制浇筑层厚度，埋设水管通冷水降温，仓面流水养护，加强气温骤降时的混凝土面保温等综合温控措施，避免了建筑物产生基础贯穿裂缝。
　　三峡工程混凝土总量达2 794万m3，初步设计年最高浇筑强度410万m3，月最高浇筑强度46万m3，均为当今世界之最。主体建筑物孔洞多，结构复杂，坝块尺寸大，设计允许大坝基础混凝土最高温度较严，混凝土温控防裂难度大。混凝土的粗骨料采用主体建筑物基础开挖的微风化及新鲜的花岗石加工成碎石骨料，混凝土生产布置4个拌和系统，共设9座混凝土拌和楼，设备月生产混凝土能力88.2万m3，月生产低温混凝土60.2万m3。大坝混凝土施工选用以塔带机为主并辅以大型门塔机浇筑方案，从常规的门塔机吊罐入仓浇筑改为混凝土从拌和楼出机口用胶带机输送经塔带机直接入仓浇筑。大坝混凝土浇筑设备布有6台塔带机，4台胎带机、2台MQ2000型门机，1台K-1800型塔机、2台25t摆塔式缆索起重机。混凝土施工创年最高浇筑强度542.85万m3，月最高浇筑强度55.35万m3，创造了世界水利水电工程混凝土浇筑最高强度。三峡工程在总结葛洲坝工程生产7℃预冷混凝土实践经验基础上，首创在混凝土拌和系统采用二次风冷骨料新技术。制冷系统装机总容量达77 049 kW。为当今世界规模最大的低温混凝土生产系统。
　　三峡工程混凝土优选原材料：使用具有微膨胀性质的中热525号水泥，要求水泥熟料中的MgO含量控制在3.5%～5.0%范围，使混凝土具有微膨胀性，以部分补偿混凝土降温阶段体积收缩；限制中热水泥熟料中碱含量小于0.5%，中热水泥的碱含量小于0.6%，选用减水率18%以上的高效减水剂，以降低混凝土用水量；选用混凝土掺引气剂，以提高其抗冻标号；使用I级粉煤灰，降低混凝土用水量，改善混凝土性能。优化混凝土配合比，减小水胶比，在满足混凝土设计指标前提下，加大粉煤灰掺量；人工骨料混凝土总碱量小于2.5kg/m3，天然骨料混凝土总碱量小于2.0kg/m3，以确保大坝混凝土不会产生碱骨料反应。大坝混凝土温度控制采用综合措施：优化混凝土配合比，提高其抗裂性能；控制坝块混凝土最高温度，混凝土配合比中减少水泥用量，高温季节浇筑低温混凝土，并设法减小温度回升；选用合理的分缝，限制坝块尺寸；采用合适的浇筑层厚及间歇期；混凝土收仓后加强养护，连续养护时间28天；埋设冷却水管，初期通6℃～8℃制冷水，通水时间15天，每年9月初开始对当年高温和较高温季节浇筑的坝体混凝土进行中期通水，通水时间1.5～2.5个月，使坝体混凝土温度降至20℃～22℃；加强混凝土表面保温，防止受气温骤降而产生裂缝。大坝混凝土施工中实施全过程温控防裂技术，采用的温差标准及综合防裂措施均达到或超过国内外先进水平，成功的解决了夏季大规模浇筑大坝基础约束区混凝土的难题。