三峽工程混凝土技術

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1、三峽工程概述
    長江三峽水利樞紐是開發(fā)和治理長江的關鍵性骨干項目,具有防洪、發(fā)電、航運等巨大的綜合效益。
    三峽大壩壩址位于湖北省宜昌市境內。大壩控制流域面積100萬km2，總庫容393億m3。樞紐主要由攔河大壩、水電站、通航建筑物等三大部分組成。大壩為混凝土重力壩，最大壩高181m。水電站為壩后式，安裝有26臺700 MW的水輪發(fā)電機組，總裝機容量18,200 MW，年平均發(fā)電量84.7 TW·h。通航建筑物包括永久船閘和垂直升船機，永久船閘為雙線五級連續(xù)梯級船閘，可通過萬噸級船隊；升船機為單線一級垂直提升式，一次可通過一艘3,000噸級的客貨輪。
    三峽工程采用分期導流方式，分三期進行施工，總工期需17年。第一期工程5年（1993～1997），以實現(xiàn)大江截流為標志；第二期工程6年（1998～2003），以實現(xiàn)首批機組投入運行和永久船閘開始通航為標志；第三期工程6年（2003～2009），以全部土建工程完工和全部機組投入運行為標志。工程自1993年開始施工準備，工程完全按照預定計劃順利實施，目前已進入二期工程收尾階段。
    主要工程量如下：土石方開挖10,283萬m3；土石方填筑3,198萬m3；混凝土2,794萬m3；鋼筋46.30萬t；金屬結構25.65萬t。
    2、三峽大壩混凝土的特點
    2.1混凝土量巨大，施工強度極高。三峽工程混凝土總量近2800萬m3，二期工程施工強度更為突出，1999、2000和2001年三年分別澆筑混凝土458萬m3,548萬m3和402萬m3,連續(xù)三年遠遠超過原蘇聯(lián)古比雪夫電站創(chuàng)造的364萬m3的世界紀錄。
    2.2結構復雜。三峽大壩不是普通實體擋水大壩,由于長江洪峰量大,加上分期導流要求,泄洪壩段共設三層泄洪孔口,使得壩體結構異常復雜, 而且導流底孔和為深孔的高速水流流速均達30m/s以上,體形要求和表面平整度要求極高，給施工以及質量控制帶來極大難度。
    2.3混凝土溫控難度大。大壩混凝土屬大體積混凝土,必須采取嚴格的溫控措施,保證大壩不出現(xiàn)危害性裂縫。要嚴格控制混凝土內部最高溫升、上下層溫差、基礎溫差、混凝土內外溫差。而且三峽地區(qū)夏季炎熱,溫控難度尤其大。
    2.4耐久性要求特別高。這是由于三峽大壩的特殊重要性，大壩混凝土的抗凍性要求：內部混凝土D100、外部達到D250，抗?jié)B要求內部要達到S8，外部要達到S10（10-9cm/s）。
    2.5 有些特殊部位要求采用有特殊要求的混凝土。如蝸殼周圍、鋼管底部等不易澆筑的部位要采用高流態(tài)、自密實混凝土,圍堰防滲墻采用能適應較大變形、彈模低的柔性混凝土。
    3、混凝土配合比設計
    三峽大壩混凝土是用大壩基坑和船閘開挖出來的新鮮巖石作骨料，巖性為閃云斜長花崗巖，這種巖石具有較高的抗壓強度（100MPa以上），但是其拉壓比小，骨料中含有較多的云母，破碎過程中容易產(chǎn)生隱性節(jié)理，而且易產(chǎn)生泌水。因此，給最大限度的減少水泥用量，優(yōu)化配合比，盡可能減少水化熱帶來了極大的困難。另外，由于對混凝土質量要求中，又特別突出了耐久性問題，因此，在混凝土配合比設計中，各種技術指標相互制約，必須與溫度控制要求矛盾進行全面平衡和優(yōu)化，這是一個十分復雜的技術難題。為此做了大量的試驗研究工作，所采取的主要措施有：
    3.1 優(yōu)選混凝土原材料，高摻優(yōu)質粉煤灰
    ①主要選用525#中熱水泥,并盡可能多摻粉煤灰。如壩內混凝土最大可摻量可達40%~45%，結構混凝土可摻20%。水泥熟料中的MgO含量控制在3.5~5%，使混凝土具有微膨脹性, 補償混凝土降溫階段體積收縮,減少混凝土裂縫。
    ②采用I級粉煤灰，并堅持將Ⅰ級粉煤灰作為功能材料摻用。摻用Ⅰ級粉煤灰可取代部分水泥，而且由于Ⅰ級粉煤灰具有減水效果，可降低混凝土用水量，利用Ⅰ級粉煤灰的微珠效應，還可大大改善混凝土的和易性。Ⅰ級粉煤灰具體參數(shù)如下：細度(0.045mm方孔篩余量)≤12%,需水量比≤95%,燒失量≤5%,含水量≤1%.三氧化硫含量≤3%。
    3.2 采用高效減水劑
    為有效解決花崗巖人工骨料混凝土用水量高的難題，選用了與其他原材料有良好適應性，且減水率在18%以上、其他指標滿足國標一等品的高效減水劑，這是降低混凝土用水量的一個非常重要的措施，為配制高性能大壩混凝土創(chuàng)造了條件。
    3.3堅持在混凝土中全部摻引氣劑。這是提高混凝土工作性、保證三峽大壩混凝土耐久性和使用壽命的重要措施。
    另外為了防止發(fā)生堿骨料反應，嚴格限制原材料的堿含量和混凝土總堿量。限制中熱水泥的堿含量小于0.6%；粉煤灰堿含量小于1.5%；混凝土總堿量小于2.5kg/m3。
    在混凝土配合比的設計中，堅持采用縮小水膠比、并增加粉煤灰摻量的技術路線。水膠比是影響混凝土強度和耐久性的重要因素，水膠比越小，混凝土孔隙率越小，強度越高，耐久性越好。優(yōu)化后的三峽壩體外部混凝土水膠比小于0.5，水位變化區(qū)＜0.45，內部混凝土不大于0.55，高速水流區(qū)小于0.35。
    由于采用了多項技術措施，優(yōu)選出的混凝土配合比使混凝土具有優(yōu)越的性能。例如混凝土內部抗凍性可達D250以上、水變區(qū)可達D300以上。四級配混凝土用水量由原來的110kg/m3降至85kg/m3，同時降低了大體積混凝土的絕熱溫升和干縮，提高了抗裂性、體積穩(wěn)定性和耐久性等，并使混凝土具有良好的施工和易性和經(jīng)濟性。在查知骨料種類的配合比中，以花崗巖作骨料的大壩混凝土最低用水量為100kg/m3。
    三峽大壩混凝土采用90天齡期強度設計，