重力坝设计与施工.doc

水利枢纽混凝土工程施工一、水利枢纽工程施工概述 附 图1-1三峡主体工程土石方开挖年强度分布柱状图（单位：万m3）附图1-2三峡枢纽建筑物混凝土浇筑年强度分布柱状图（单位：万m3）附图1-3三峡电站机组安装初步设计与实际投产对比柱状图附表1-1国内、外部分水电站工程混凝土高峰强度统计一览表工程名称国别混凝土总量（万m）高峰月强度（万m/月）高峰年强度（万m/年）混凝土主要施工方案三峡1999年中国280055.4458.56台塔带机为主，辅助门、塔机、摆塔式缆机2000年58.0542.8古比雪夫前苏联73438.9313.4自卸汽车为主伊泰普巴西、巴拉圭122833.9302.85台平移式缆机为主大古力美国80937.8270.0高栈桥双悬壁起重机为主德沃夏克美国51218.3221.03+1台缆机为主惠特斯墨西哥28024.8210.03台塔带机为主葛洲坝中国104823.9202.9门塔机向家坝中国160054.2427塔带机、大型缆机各3台为主，辅以门塔机、胎带机、汽车等二、三峡大坝混凝土工程施工组织设计1 概况1.1 三峡工程施工总体规划（枢纽工程布置见图1.1-1）三峡工程规模及工程量特别巨大，结合通航导流，总体规划采用三期施工的方案。图1.1-1 三峡水利枢纽工程布置图三峡工程的地理位置三峡工程坝址的原始地貌结合施工导流分期，枢纽工程施工分为三个阶段： （1）第一阶段施工即准备工程和一期导流期工程施工，工期5年（19931997年）。准备工程：主要完成工程区内外交通工程（包括宜昌至坝河口对外专用公路、场内公路以及西陵长江大桥、港区码头等），施工供电，供水，供风，通信系统，场地平整，砂石料加工系统，混凝土生产系统及预冷系统，场地排水系统，施工工厂，仓储系统，房屋建筑等建设，施工征地，以及茅坪溪改道工程等。一期导流期间的工程施工：以1997年12月上旬大江截流为完成标志。主要完成一期土石围堰修筑、纵向围堰混凝土浇筑、三期碾压混凝土围堰底部及两侧混凝土浇筑、导流明渠开挖和护底护岸工程、临时船闸工程（包括下游引航道和隔流堤一部分）；茅坪溪防护大坝、升船机上闸首、船闸、左岸非溢流坝段、左岸16号厂房坝段和相应的电站厂房施工、一期土石围堰上、下游横向段拆除（包括下压部位的明渠内岩石）和大江截流等。一期导流布置见图1.1-2。图1.1-2（a） 一期导流布置示意图图1.1-2（b） 一期施工布置示意图（2）第二阶段施工大江截流，围长江主河槽。第二阶段施工期6年（19982003年），施工主要二期导流期间的工程项目，修筑二期上、下游土石横向围堰，与混凝土纵向围堰共同形成二期基坑。在围堰保护下，修建泄洪坝段、左岸厂房坝段及电站厂房等。继续施工左岸未完工程。江水由导流明渠宣泄，船舶从导流明渠和左岸临时船闸通行。二期导流布置见图1.1-3。图1.1-3 (a) 二期导流布置示意图图1.1-3 (b) 二期施工布置示意图（2）第三阶段施工第三期，再围河槽右侧。第三阶段施工即三期导流直至完工期间的工程施工，工期6年（20042009年），包括拆除二期上游、下游土石围堰，截断导流明渠，长江水流改由泄洪坝段导流底孔和泄洪深孔宣泄。修筑三期上、下游土石围堰，在其保护下修建三期碾压混凝土围堰至设计高程140m，三期碾压混凝土围堰与三期下游土石围堰、右岸共同形成三期基坑。在三期基坑内施工右岸厂房坝段及右岸电站厂房和右岸非溢流坝段，并封堵临时船闸改建为冲沙闸，水库蓄水至135m水位，船闸通航，左岸电站发电，三峡枢纽工程进入围堰挡水发电期。三期导流布置见图1.1-4。图1.1-3(a) 三期导流布置示意图图1.1-3(b) 三期施工布置示意图1.2 混凝土工程施工规划 混凝土工程相应导流分期按三期施工：第一阶段混凝土工程量共408.47万m3 ，占混凝土总量的15.3%；第二阶段混凝土工程量为1676.53万m3 ，占混凝土总量的62.7%；第三阶段混凝土工程量为586.4万m3，占混凝土总量22% 。三峡工程混凝土总量约2800万m3 （含茅坪溪防护工程和施工损耗），需砂石骨料4171万m3 。采取天然料加工和人工料加工的组合方案。天然骨料加工系统为坝区的高家冲加工系统（1993年5月开工，1995年2月建成投产）和长江支流黄柏河南村坪加工系统（1994年4月开工，同年11月系统单线投产），两个系统的生产能力均按满足月浇筑混凝土10万m3的骨料需要量。人工骨料加工系统，在左岸坝区设古村岭粗骨料加工系统，生产规模按满足混凝土月浇筑强度45万50万m3的粗骨料需要量；人工砂加工系统设在距坝址12km的下岸溪，其生产规模也按上述满足混凝土月浇筑强度考虑。国内、外部分水电站工程混凝土高峰强度统计见表1-1。表1-1 国内、外部分水电站工程混凝土高峰强度统计一览表工程名称国别混凝土总量（万m）高峰月强度（万m/月）高峰年强度（万m/年）混凝土主要施工方案三峡1999年中国280055.4458.56台塔带机为主，辅助门、塔机、摆塔式缆机2000年58.0542.8古比雪夫前苏联73438.9313.4自卸汽车为主伊泰普巴西、巴拉圭122833.9302.85台平移式缆机为主大古力美国80937.8270.0高栈桥双悬壁起重机为主德沃夏克美国51218.3221.03+1台缆机为主惠特斯墨西哥28024.8210.03台塔带机为主葛洲坝中国104823.9202.9门塔机向家坝中国160054.2427塔带机、大型缆机各3台为主，辅以门塔机、胎带机、汽车等（a）南村坪天然砂石料加工系统（b）高家溪砂石加工系统大型采沙驳船天然砂石料场加工系统2 砂石料开采加工 三峡工程主要建筑物混凝土量2643.3万m3 ，计及茅坪溪防护工程和施工损耗，混凝土总量为2815.5万m3 ，需要混凝土骨料（砂石净料）4171.3万m3 ，其中粗骨料3028.5万m3 ，细骨料（砂）1142.8万m3 。(截至2007年年底实际共开采砂石料4569.96万m3,高峰年2000年年强度达853.59万m3 ，高峰月强度为83.03万m3 。）2.1人工料料场基坑开挖利用料： 以基坑开挖料加工粗料拌制的混凝土为1774.7万m3，需成品人工砂674.4万m3，人工粗骨料1987.7万m3。折合基坑开挖料为1295.5万m3（自然方）。 经土石平衡，并扣除开挖、运输及堆存的各种可能损耗，实际可供利用的基坑开挖料（微风化及新鲜岩石）为1300.8万m3（自然方），其中右岸94.7万m3，左岸1206.1万m3。2.2下岸溪人工砂料场 料场需供应1774.7万m3混凝土所需人工砂674.4万m3。需要山场开采量为543万m3（自然方）。 料场位于长江左岸下岸溪的鸡公岭，距坝址约12km。地面高程220-576m、地面坡角一般为20-25度，局部可达45度，冲沟发育 。 勘探面积约0.7k m2，其中I区为0.3k m2，II区为0.4k m2。I区岩石情况及开采条件优于II区，其贮量也可以满足要求。2.3 人工骨料开采加工系统 人工骨料开采加工系统由古树岭人工碎石加工系统（1997年6月6日开工，1998年10月全部建成投产）和下岸溪人工砂系统（一期按混凝土月强度53.9万m3建设，1995年4月开工，1997年4月系统投产；二期因施工较初设混凝土增加约160万m3，按混凝土月强度56万58万m3扩建，于1998年5月开工，1999年6月投产）两独立部分组成。 古树岭人工碎石加工系统位于永久船闸和临时船闸之间古树岭和陈家冲。由毛料堆场（主体工程开挖的微新闪云斜长花岗岩）、半成品加工与成品生产三个单元组成。 按最高月浇筑混凝土45.4万m3所需粗骨料量两班制作业（14h）计算，系统处理能力2540t/h，成品碎石的生产能力为2175t/h。 2.4 下岸溪人工砂生产下岸溪人工砂石系统位于三峡坝址下游，长江左岸下岸溪，距坝址12km，距长江西陵大桥8km，是三峡工程二期工程混凝土所需砂料的主要生产基地，三期工程混凝土所需的砂料和碎石，也由此基地提供。同时该系统生产的砂料也用于一工期工程后两年混凝土生产。下岸溪人工砂石系统见图2-1。图2-1三峡下岸溪人工砂石系统2.5 人工砂石系统生产划分为两个阶段： 第一阶段（1996年4月-2003年12月），供应1775.3万m3混凝土所需成品砂料共682.2万m3 ； 第二阶段（2004年1月-2009年12月），供应555万m3混凝土所需的成品砂料261万m3 ，碎石590万m3。 成品砂的生产能力为780t/h，粗碎规模为1100t/h。设备主要有两台M-50-65旋回破碎机、五台巴马克B-9100、B900型冲击式破碎机和六台HP500、PYT圆锥破碎机。 HP-500圆锥破碎机巴马克B-9100型冲击式破碎机3 二期工程混凝土拌和系统 3.1高程120m混凝土拌和系统在左岸非溢流坝面下游距坝轴线约400m、高程120m处设置混凝土拌和系统（两座43 m3郑州楼）。 第一期工程施工时，供应左岸临时船闸及升船机挡水部分混凝土；第二、三期施工时，承担泄洪坝段、厂房坝段、电站厂房、非溢流坝段及纵向围堰坝身上部混凝土浇筑。坝体高程120m栈桥形成后，该系统集中向栈桥上的起重机供应混凝土，主要承担浇筑左岸河床坝段高程120-185m、泄洪坝段导流底孔回填和电站厂房后期混凝土浇筑。三期上游碾压混凝土围堰施工时，可根据需要，从左岸高程120m混凝土拌和系统向右岸支援一部分混凝土。3.2 高程90m混凝土拌和系统 在上游基坑高程90m设混凝土拌和系统（一座美国Johnson楼46 m3 ，一座郑州楼4 3 m3），具有从系统至浇筑地点高差较小、运输距离短、道路坡高小、便于管理、易于保证混凝土供应及混凝土质量等优点。缺点是原材料需从下游运至大坝上游。高程选择主要考虑运输混凝土道路坡度及系统修建工期要求。在第二期工程截流前的枯水季节（11月至次年4月）开挖基础及浇筑混凝土拌和楼的基座，修建工期较为宽裕，可保证第二期工程混凝土如期浇筑。本系统主要承担泄洪坝段、左岸厂房坝段上游部分高程120m以下的混凝土。3.3 高程82m混凝土拌和楼系统在下游基坑高程82m布置混凝土拌和楼系统(一座郑州楼4 3 m3)主要承担泄洪坝段、厂房坝段下游部分高程120m以下及电站厂房混凝土。该系统曾研究过布置在电站厂房下游高程50m处，使混凝土供料采用铁路和公路相结合的运输方案（泄洪坝段下游用铁路运输，其余采用公路运输）。但一个拌和系统两种运输方式，管理较困难；同时，由于高程低，混凝土拌和系统不能在二期基坑抽干前施工，投产没有把握。因而将系统高程提高至82m，使施工期延长，保证系统按期投产。由于运输道路坡度加大，不能再采用铁路运输，只能用汽车运输混凝土。 3.4 高程79m混凝土拌和楼系统在二期基坑坝下游高程79m混凝土系统，布置2座生产能力均为320 m3 /h拌和楼（II型4 4.5 m3），系统生产能力约960 m3 /h； 混凝土拌和采用4个拌和系统，分别为：二期基坑坝下游高程79m系统，布置2座生产能力均为320 m3 /h拌和楼（II型楼4 4.5 m3），系统生产能力约960 m3 /h；左岸进厂公路左侧覃家沱高程82m系统，布置1座生产能力为240 m3 /h拌和楼（型楼 4 3 m3 ），系统生产能力约为240 m3 /h；左岸厂房坝段及左非坝段上游高程90m（III型楼4 6 m3 ）及高程120m系统，布置1座生产能力为360 m3 /h和3座生产能力均为240 m3 /h拌和楼，系统生产能力约1080 m3 /h。拌和楼生产能力见下表3-1。高程79m混凝土拌和楼系统见图3-1，混凝土4个拌和系统布置见图3-2。表3-1 各型拌和楼生产能力表拌和楼型号IIIII备 注小时生产率（m3/h）240320360生产常规混凝土能力月生产率（万m3）8.010.511.0图3-1高程79m混凝土拌和楼系统图3-2 三峡二期混凝土系统布置图（4座拌合楼小时生产1960 m3 常态混凝土，一天产量2.7万m3）3 三期工程混凝土拌和系统（见图3-3）图3-3 三峡三期混凝土系统布置图（图中左上为150m系统，左下为84m系统）150m系统2座44.5 m3拌和楼，84m系统2座43 m3拌和楼右岸150m混凝土拌合系统4 混凝土浇筑施工4.1 施工准备和一期工程 第一期工程混凝土从1995年10月开始浇筑，至1997年12月，共2年3个月。主要施工项目有纵向围堰、导流明渠护底护岸工程、三期上游混凝土横向围堰高程58（50）m以下部分、左岸临时船闸和升船机（升船机只完成上、下游挡水部分，其余缓建）等。一期工程中临时船闸、导流明渠和混凝土纵向围堰为控制进度的项目。本阶段混凝土工程量共408.47万m3 ，占混凝土总量的15.3%，最大年浇筑强度212万m3 。4.2 第二期工程 第二期工程混凝土有：泄洪坝段、左岸厂房坝段及电站厂房、厂坝导墙及永久船闸等。 本期工程从1998年元月至2003年12月共6年。二期围堰于1998年6月基本建成挡水，可进行控制性抽水，将基坑水位降至高程40m，即进行部分坝基开挖，开始安装浇筑混凝土的机械及修建大部分混凝土运输道路。同年9月底基坑抽干，11月完成坝基开挖的坝段开始浇筑混凝土。12月全部坝基开挖完成，1999年元月浇筑混凝土的机械全部安装结束，2月初开始全面浇筑基坑混凝土。本期混凝土工程量为1676.53万m3 ，占混凝土总量的62.7%，最大年浇筑强度542万m3 。4.3 第三期工程 第三期工程从2004年元月至2009年12月，共6年。主要混凝土工程有右岸厂房坝段及厂房、右岸非溢流坝段。左岸河床坝段和电站厂房混凝土仍继续施工。2003年下半年至2005年上半年利用2个枯水季节进行泄洪坝段导流底孔混凝土回填，至此河床部位主体工程混凝土完成（最后的右岸厂房坝段及电站厂房的部分二期混凝土回填，至2009年6月全部完成）。本期混凝土工程量为586.4万m3，占混凝土总量22%，最大年浇筑强度为219万m3 。 5 以塔带机为主的施工方案 （1）塔带机： 将塔机与皮带输送机有机地结合在一起的混凝土浇筑机械，三峡开发总公司已购买4台美国ROTEC公司塔带机及2台法国POTAIN公司和美国C.S.Johnson合作制造的顶带机。 ROTEC塔带机（TC2400）施工布置示意图塔带机一般采用“一楼、一机、一带”方式，即一座专用的拌和楼，保证拌和供料；一条皮带机供料线，保证混凝土快速运输；一台专用塔机，保证灵活布料。塔带机采用两段布料皮带进行布料操作，布料皮带的上下倾角一般为20-15，并用特制象鼻管下料，下料高度一般为58 m。其塔臂长度为80m，最大布料半径100m，布料皮带宽度8001000 mm，最大入仓强度400 m3 /h。塔带机及供料线一般均设有自动爬（顶）升机构，用于在大坝浇筑到一定高度后自动爬升。（2）高架门机 为满足长江葛洲坝工程混凝土施工需要，原水电部郑州施工机械设计室与吉林水工厂设计制造SDTQ1800/60型高架门机，第1台于1978年投入使用，共生产8台。 三峡开发总公司向吉林水工厂购买2台、向上海港口起重机厂购买1台，1996年三峡开发总公司通过招标向上海港口起重机厂购买4台，型号均为MQ2000型。 (3)大跨度摆塔式缆机三峡已确定采用2台大跨度摆塔式缆机，右塔布置在纵向围堰坝身段高程160m坝体混凝土面上，左塔布置在左非8号坝段高程185m的坝面上。大跨度摆塔式缆机在国外已采用的有塞内加尔工程，跨度1620m，塔高80m，起重量18t，摆幅20m的摆塔式缆机；德沃夏克工程，跨度1045m，塔高90m，起重量20t的摆塔式缆机。该型式的缆机在国内尚无使用先例，缺乏安装、拆除和运行经验。三峡工程使用的大跨度摆塔式缆机参数：型式：摆塔式，摆度15跨度：1416.1m塔架高度（承载索锚固点）：120m（左右塔相同）左塔塔基高程：185m右塔塔基高程：160m起重量：20t(浇筑混凝土工况)； 20t(金属结构安装工况) 46t(两台缆机抬吊特大件工况，不含抬吊梁的重量)满载时承重索最大垂度：约为跨度的5.5%塔架摆幅：25m；吊钩扬程：210m；小车横移速度：不小于7.5m/s；满载起升速度：浇筑混凝土工况约2.2m/s，安装工况抬吊时允许相应降低；满载下降速度：约3m/s；空载升降速度：约3m/s。二、三期混凝土施工机械设备平面布置及实况见图5-1图5-7.图5-1第二阶段大坝（含厂房）施工机械设备平面布置图5-2 泄洪坝段典型施工机械立面布置图5-3 厂房坝段典型施工机械立面布置图5-4 第二阶段大坝施工机械布置下游立视图图5-5第二阶段大坝施工机械布置实况图5-6右岸大坝工程施工机械平面布置实况图5-7 第三阶段右岸厂坝施工机械平面布置（分别在右厂25号、21号、19号、16号实体坝段中部布置7号、8号、9号、10号塔带机）6 以大型塔机为主的施工方案 大型塔机承担泄洪坝段混凝土施工最紧张部位，如采用机前取料配6 m3料罐，由于起重臂基本不旋转，起重机之间干扰小，料罐运行距离短，料罐固定在起重吊钩上，不需脱钩挂钩，因而生产率高。但在栈桥靠浇筑仓一侧需增加一条混凝土运输线和料罐停置的平台线，使栈桥的宽度和