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1、a全国水利水电施工技术信息网 组编水利水电工程施工手册编委会 编第一章 综 述第一节 概 述水工混凝土的品质要求是一般工业、民用建筑物混凝土不同，它除了有强度要求外，大兴安还要根据工程功能和工作条件，分别或同时满足抗渗、抗裂、抗冻、抗冲磨、抗风化和抗侵蚀等要求。因而水工混凝土施工有其独特性和复杂性，需要认真做好混凝土工程各个环节的设计、施工和防护。20世纪50年代以来，我国已建和在建的装机容量在1.2万kW以上的水电站中，混凝土坝约占70%，其中大型水电站中混凝土坝占84%，共浇筑各种水工混凝土2.48亿m3。在已建成的39座100m以上高坝中，混凝土坝共25座，占64%。以上数据表明混凝土坝
2、在我国占有主导地位，混凝土工程是水利水电工程建设中的一个最重要的组成部分。从20世纪50年代初，特别是近20年，我国水利水电建设取得了举世瞩目的成就。至2001年底，水电装机总容量达7700万kW，修建了多座不同类型、装机百万千以上和混凝土工程量超过百万立方米的水电站，积累了丰富的设计、施工、运行和管理经验，创造了具有中国特色的施工技术和建设管理模式。本卷的内容较全面地反映了近20年来我国混凝土施工领域的技术进展，包括水工混凝土施工规划，混凝土原材料选择配合比设计，混凝土砂石骨料生产系统，混凝土生产系统，模板、钢筋、预埋件、混凝土浇筑，温度控制及防裂，低温季节混凝土施工，混凝土接缝灌浆，混凝土
3、施工原型观测，混凝土缺陷修补等章节。同时，将碾压混凝土、特种混凝土施工和砌石坝单列章节进行介绍。1. 国内混凝土坝施工发展概况1912年在云南建成了中国第一座水电站石龙坝水电站。目前全国已建、在建的大、中型水电站约220座，100万kW以上的大型水电站有20座。我国混凝土坝建设从20世纪50年代开始逐步发展，基本上每十年上一个台阶。有代表性的工程，20世纪50年代有新安江、柘溪、新丰江、盐锅峡等水电站；60年代有刘家峡、丹江口、三门峡等水电站；70年代有葛洲坝、乌江渡、龚嘴、凤滩、东江等水电站；80年代水电建设进入大发展时期，有龙羊峡水电站和“五朵金花”广州抽水蓄能、水口、岩滩、隔河岩、漫湾；
4、进入90年代后，中国水电建设继续高速发展，有五强溪、李家峡、二滩、天生桥等水电站；世纪之交有三峡、小浪底、大朝山、棉花滩、百色等水电站；21世纪之初，龙滩、小湾、水布垭、构皮滩、公伯峡、三板溪、瀑布沟等水电工程相继开工。目前我国正在建设世界上最大的水电工程三峡工程，混凝土量达到2794万m3。三峡、二滩、小浪底等大型水电工程的成功建设，表明中国水利水电建设已跨入世界先进行列。在我国已经建成的混凝土坝中，有代表性的高坝情况如下：重力坝刘家滩（坝高147m）；拱形重力坝乌江渡（坝高165）；重力拱坝龙羊峡（坝高178）、隔河岩（坝高151）；宽缝重力坝潘空家口（坝高107。5）、新安江（坝高103
5、）、丹江口（坝高97）；空腹拱坝凤滩（坝高112。5）。在轻型混凝土坝中，双曲拱坝二滩（坝高240）、李家峡（坝高165）、东风（坝高162）、东江（坝高157）；连拱坝梅山（坝高88。24）、佛子岭（坝高75。9）；单支墩大头坝新丰江（坝高105）、柘溪（坝高104）；梯形支墩坝湖南镇（坝高129）。碾压混凝土重力坝江垭（坝高131）、大朝山（坝高111）、棉花滩（坝高111）；碾压混凝土拱坝普定（坝高75）；碾压混凝土薄拱坝溪柄溪（坝高63）；碾压混凝土拱坝沙牌（坝高130）。经过十几年工程实践和经验积累，中国拥有了一支训练有素、施工经验丰富的水电工程建设队伍，建成了坝高240的二滩抛物线
6、型混凝土双曲拱坝，这是中国第一座超过200的抽拱坝，坝高居世界第四位。我国还建成了坝高75、世界最高的普定碾压混凝土双曲拱坝、坝高130、世界最高的沙牌碾压混凝土单曲拱坝，坝高178、世界第二高的天生桥一级混凝土面板堆石坝。目前我国开工建设的混凝土高坝有红水河上的龙滩碾压混凝土重力坝，一期坝高192（二期坝高216，装机540万kW），澜沧江上的小湾拱坝，坝高292（装机420万kW）；黄河拉瓦西坝，坝高250（装机372万kW）。2. 国外混凝土坝发展概况据统计，国外100以上高坝共计712座，其中混凝土坝约占一半。世界上高于200的高混凝土坝约32座，见表1-1-2。20世纪60年代初，瑞
7、士建成世界上最高的混凝土坝大狄克逊重力坝，坝高285。目前已建成的世界上工程量最大的混凝土坝为中国的葛洲坝和巴西的伊泰普坝，其混凝土总量分别为1042m3和1230 m3。国外先进国家大坝混凝土施工，一般施工准备充分，计划周密；采用大型机械配套化施工，并且视平仓振捣为大坝混凝土施工中的重要环节；注重每个环节的规范化施工。3. 水工混凝土施工特点水工混凝土施工技术，在20世纪30年代末建胡佛坝时开始得到发展。而后半个多世纪以来，混凝土坝施工机械的性能、效率、自动化程度等已有较大提高。施工方法也有许多改进和发展，其要点如下：（1） 为了防止混凝土因温度变化而发生各种裂缝以及由于浇筑能力的限制，通常
8、在坝体上设横缝、纵缝，形成许多坝段和坝块，然后分块浇筑，浇筑层高度一般为0.753.0m。各坝段和各仓坝块交替上升。这种方法称为柱状浇筑法。随着混凝土预冷技术的发展和设备浇筑能力的提高，一些高坝不分纵缝，只留横缝，称为通仓浇筑法，例如德沃歇克、利贝坝，我国二滩拱坝、五强溪重力坝及江垭、大朝山、棉花滩、龙滩碾压混凝土重力坝等。（2） 为了防止温度裂缝，根据当地条件对混凝土采取综合温控措施。如采用低热水泥、降低水泥用量、骨料预冷、加冰拌和等以降低机口和入仓温度。例如，德沃克坝、利贝坝、三峡大坝混凝土出机口温度为70C左右；预埋水管，通冷水降温；每浇筑一层，间歇若干天，以利混凝土散热；表面保护，防止
9、由于气温骤降而引起裂缝等。（3） 根据坝体各部优的使用功能和对混凝土性能的要求不同，采用不同标号的混凝土。一般分为外部混凝土（含高性能）和内部混凝土，前者标号高、水泥用量较多，后者则相反。为此在混凝土拌和时掺加外剂和掺合料，采用低流态混凝土，以降低水泥用量，改善混凝土性能。（4） 为保持坝体的整体性，对分层浇筑的施工缝进行高压水冲毛处理，然后铺一薄层砂浆或细骨料混凝土，再浇筑上一层混凝土。纵缝和横缝键槽，以利传递剪刀。通水冷却，使坝体温度降低到稳定温度后，对纵缝及横缝进行灌浆处理。近年来，有些坝取消了在施工缝上铺砂浆层的措施，直接在处理好的表面浇筑混凝土，如我国的二滩、三峡等大坝。（5） 研制
10、强力振捣器，用平仓机平仓，用装在推土机或其他机械上的振捣器组进行平仓振捣，并尽量使用坍落度混凝土，以提高混凝土的浇筑质量。（6） 采用速度高、起重量大的缆机以及行驶于栈桥上的大型起重机吊运混凝土入仓。缆机跨度长至千米（德沃歇克、三峡大坝），起重量大至3045t（格兰峡坝、二滩坝）。栈桥高至96m（利贝坝），长至千米以上（古里坝），桥上起重机最大起重量达36t（道格拉斯坝）。（7） 混凝土施工布置受施工导流方式影响，并在施工进度安排中需与帷幕灌浆、固结灌浆、接缝灌浆及大量金属结构安装密切配合和协调。（8） 水工混凝土施工具有工程量大、工期长、强度高、工序多的特点，同时施工季节性强、受气温影响和洪
11、水制约，加上各种预埋件、孔洞多、钢筋、模板量大和温控要求高、质量要求严，因而形成了特有的施工方法和工序。随着机械化水平的提高，浇筑强度纪录不断被刷新。表1-1-3列出了国内、外一些著名混凝土坝的浇筑强度。（9） 第二节水工混凝土施工技术的发展水工混凝土工程技术伴随着工程建设的需要和科学技术的发展而不断进步。在初始阶段，人们使用高流动性混凝土，力学强度很低。后来，配制出塑性和流动性混凝土，强度和施工性能都有所改善。到20世纪中叶，随着水工混凝土施工技术的进步和浇筑设备能力的增强，使混凝土向干硬性方向发展，力学强度更高，但施工难度也随之增加。随着掺合料及外加剂技术的发展，混凝土拌和物双向塑性和流动
12、性方向发展，使混凝土力学强度和流动度得以兼顾，施工质量和速度同时得到提高。将耐久性作为混凝土追求的主要目标，并引入超细活掺合料作为混凝土的重要组分，从而发展了具有高耐久性（高抗冻性、高抗渗性）、高体积稳定性、高工作性、高耐磨冲击性、高强度的混凝土，即高性能混凝土。近几十年来，混凝土施工技术迅速发展，主要体现以下几个方面。1. 混凝土原材料不断改进提高混凝土质量，首先要优选原材料和优化混凝土配合比设计。20世纪60年代以前，我国各个水电工程以使用天然砂石料为主，随着水电建设逐步向西部地区和各流域上游转移，当地天然砂石料资源渐趋短缺。70年代乌江渡工程建成以灰岩为料源的大型人工砂石料系统，产品质优
13、价廉。此后人工砂石料相继为西南和中南地区一些大型工程所采用。除仍石灰岩为首选料源外，正长岩、玄武岩、花岗岩以及流纹岩、石英岩等都被成功地加工成人工砂石骨料。二滩水电站建成了以正长岩为料源的人工砂石料系统，产品性能和质量优越；长江三峡工程以花岗岩为料源，并大量利用基坑开挖石料，建成了当今世界规模最大的人工砂石料系统。大体积水工混凝土使用的水泥常以中热硅酸盐和低热矿渣硅酸盐水泥为主,除控制水泥的水化热和碱含量外,近年来提倡使用具有微膨胀性的水泥,以部分补偿混凝土降温过程的体积收缩,控制混凝土裂缝的产生。2. 粉煤灰及其他掺合料在混凝土中的应用越来越广粉煤灰原是一种工业废料，但现已成为商品。早期用作
14、混凝土掺合料主要是为了节约水泥。20世纪50年代三门峡工程即开始使用粉煤灰，并替代部分水泥。80年代，粉煤灰在水电工程中被广泛使用，并制定了粉煤灰国家（部级）标准，随后一批混凝土高坝和碾压混凝土坝大量掺用粉煤灰。近几来，随着高性能混凝土技术的发展，在原材料中又引入超细活性掺合料作为混凝土的第六组分。超细活性掺合料包括磨细矿渣、优质粉煤灰、硅粉、沸石粉等，但细度必须在4000cm2/g以上。用超细活性掺合料取代部分水泥熟料，不仅可降低水泥用量，有利温度控制，而且可以提高混凝土的耐久性、流动性和后期强度。三峡工程首次大规模使用优质一级粉煤灰，大大改善了混凝土性能，对大体积混凝土温度控制、减少用水量
15、、改善混凝土的和易性和提高混凝土质量起到了非常重要的作用。钢纤维、塑料纤维、碳纤维等各种纤维混凝土在工程上的应用，对改善和提高混凝土抗冲耐磨和防裂性能起到促进作用。3. 混凝土外加剂发展迅速且应用量日益扩大混凝土掺加化学外加剂，可以改善其性能，并可节约水泥，提高施工效率，具有明显的技术经济效益，已成为混凝土不可缺少的第五组分。特别是20世纪60年代高效减水剂的出现，使外加剂在混凝土中的应用达到了一个新阶段。70年代后，外加剂普遍在混凝土中大量使用，我国相关规范规定水工大体积混凝土中必须掺加外加剂，并提倡选用引气、缓凝、高效复合型减水剂。混凝土外加剂的开发与应用，极大地改善了混凝土的技术性能，顺
16、此基础上近年又配制出各种高性能的混凝土。4. 混凝土浇筑新设备、新工艺60年代后混凝土坝施工综合机械化程度和水平不断提高，例如高效大容量自动化拌和楼、高效缆索起重机、大型门塔机以及胶带运输系统工程使用，使一些工程的年混凝土浇筑量达到100万m3乃至200万m3以上，使建设周期得以缩短。二滩工程使用4台中速缆机，1996年浇筑混凝土181万m3；正在建设中的三峡工程采用以塔带机为主并辅以缆机、门塔机的混凝土施工方案，使混凝土从拌和楼到仓面实现一条龙生产，提高混凝土的浇筑强度，1999年浇筑混凝土458万m3,2000年浇筑584万m3，2001年浇筑406万m3，连续三年混凝土浇筑量创世界纪录。采用水冷、风
