三峡枢纽主体建筑物混凝土表面保护研究与应用.pdf
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1、第 4 3卷 第 9期 2 0 1 2年 5 月 人 民 长 江 Ya ng t z e Ri v e r Vo 1 4 3, No 9 M a y, 2 01 2 文章编 号: 1 0 0 1 4 1 7 9 ( 2 0 1 2 ) 0 9 0 0 0 8 0 5 三峡枢纽主体建筑物混凝土表面保护研究与应用 陈 磊 ( 长江勘测规划设计研究院 枢纽设计处 , 湖北 武汉 4 3 0 0 1 0 ) 摘要 : 清水混凝土作为一种新兴的建筑表达形式和先进 的装饰保护理念 , 主要 应用于公 共及 市政 建筑 , 用于大 型水利枢纽建筑装饰保护尚无先例 。三峡 工程建设 中, 在广泛总 结国 内外
2、工程经验 的基 础上 , 借 鉴清水混凝 土的外观设计理念 , 以重视混凝土施工质量控 制 , 建筑物混凝土表面的适时修 补 , 后期保护性处理作为长久保 持三峡工程主体建筑结构本 色的主要技 术手段 , 对确保 枢纽整体 建筑效果起到 了至 关重要的作用。通过三峡 枢纽建筑物表面清水混凝土保 护的研 究与应 用, 初 步形成 了系统 而可操 作的清 水混凝 土应用技术体 系, 为今 后 类 似 工 程 提 供 了可 资 借 鉴 的 经验 。 关 键 词 : 清水混凝 土;混凝土施 工;质量控 制 ; 三峡水利枢纽 中图法分类号 : T V 4 3 1 文献标志码 : A 1 建筑物设计原则及
3、特点 1 1 设计原则 三峡 工程 规模 空前 、 效益 巨大 , 又处 于著名 的长 江 三峡风景区 , 除具有防洪 、 发电、 航运等工程效益外, 还 具有 排 沙 、 供水 、 生 态 、 旅 游 、 教 育等 功能 和效益 。 长 江设计 院在 业 主的精 心组织 和 国内专家 学者 的 指导下 , 根据三峡工程 的功能要求和环境条件确定了 枢 纽 区建筑 规划基 本 原则 , 即 以满 足 工 程 功能 要 求 和 安 全运 行为前 提 , 强调 生态环 境 的保护 和恢复 , 以绿 化 为 主要 手段 , 形 成 了 青 山 、 绿 水 、 灰 色 大 坝 的主 格 调 。 在 枢
4、纽 建筑物 的风 格和 处理手 法 以及色彩 等方 面强 调 整体 性 , 将枢 纽建 筑物 视 作 置 身于 自然 环境 中 的巨 型 雕塑, 避免城市建筑的常规修饰手法, 突出建筑物 自身 的本色 美 、 结 构美 、 整体 美 、 简 洁美 。 三 峡工 程在 广泛 总 结 国 内外 工 程 经验 的基 础 上 , 借 鉴 国际先进 的清水 混凝 土理 念 , 以重 视 混凝 土 施 工 过程的工艺质量控制 , 结合对建筑物混凝土表面 的适 时修补和后期保护性处理, 作为长久保持三峡主体建 筑结构本色的主要技术手段, 对于确保枢纽整体建筑 效 果起 到 了至关重 要 的作 用 。 1 2
5、建筑物结构及施工特点 1 2 1 大坝 三峡工 程拦河 大 坝 为混 凝 土 重力 坝 , 坝轴 线 全 长 2 3 0 9 5 m, 坝顶 高 程 1 8 5 m, 最 大 坝 高 1 8 1 m; 从 左 至 右分 为左岸 非溢流 坝 段 、 升 船 机 坝段 、 冲沙 闸坝 段 、 左 厂房 坝段 、 左导墙 坝段 、 泄洪 坝段 、 纵 向围堰坝 段 、 右厂 排漂 坝段 、 右厂房 坝 段 和 右岸 非 溢 流 坝段 。水 库 正 常 蓄水 位 1 7 5 m, 汛 期 防洪 限制 水位 1 4 5 m。 三峡 大坝不 同 于一般 城 市 混 凝 土建 筑 , 主要 特 点 是 :
6、混凝土总量约 1 6 0 0万 m , 其长期外露 面面积 占整个 枢纽 建 筑 物 的 6 0 以 上 , 除 少量 坝 顶 建 筑 外 , 大部 分为 大体积 混凝 土 , 多 采用 四级配 , 混凝 土外 表面 平整 精致 程度达 不到一 般清 水混 凝土 建 筑要 求 ; 部 分 区域运 行条件 较 特殊 , 如 上 游 水位 变 幅 区 连续 长 时 间 干湿交 替 、 大 坝泄洪 孔 口过流 面流速 较大 , 存在 冲刷 问题 ; 大坝 混凝 土 为 非 均 质 多孔 结 构 , 建 成后 长年 挡水 , 在水库水头作用下 , 坝体内部形成相对恒定而又 不 断运动 的渗 流场 ,
7、大 坝混 凝 土 上 下游 之 间 以及 坝体 收稿 日期 : 2 0 1 20 31 9 作者简介 : 陈 磊 , 男, 副总工程师 , 教授级 高级工程师 , 主要从 事水工建筑物 结构设计及相 关研 究工作。E 1 6 3 e o m 第 9期 陈 磊: 三峡枢纽主体建筑物混凝土表面保护研究与应用 9 内部与外部空间始终存在着动态水气交流 ; 占大坝 表 面积 最多 的下游 坝 面 为 仰斜 面 , 灰 尘 、 污 物 、 菌 类 容 易聚积 附着 。 为突 出三峡 大坝 的恢宏 气势 , 突显 整体性 , 布 置上 对 顶 部 的机 房等 分散 建筑物 采取 了隐 藏式或半 埋 式处
8、理, 对坝顶公路桥墩等结构进行了加厚 , 使形体尺寸尽 量 与坝体协 调一 致 、 融 为一 体 。 大坝 上下游 平面 部位混 凝 土施工 中主要 采用 大型 整体钢模 , 曲面部位使用定型钢模, 对于施工难度大的 异型部位也要求专门制做异型钢模 , 在满足温控要求 和 浇筑条 件 的前提 下尽 量 采 用较 大升 层 , 全 面 推 行仓 面设计 , 规范混凝土施工工艺, 实施精细化施 工, 建立 缺 陷检查 快速 反应 和 跟进 处 理 机 制 , 尽量 避 免 和 消 除 混 凝土表 面错 台 、 挂 帘 、 蜂 窝 、 麻 面等 施工 缺陷 。 1 2 2 发 电厂 房 电站厂 房
9、为 坝后 式 , 是 电站 的主要 建 筑 物 , 左 、 右 岸厂房长度分别为 6 4 4 7 m和 5 7 4 9 m, 顶高程 1 1 6 m, 水轮机层高程 6 7 m以下为大体积混凝土, 以上为 板 梁柱 墙结 构 , 与一 般工 业 民用建筑 差别 不大 。 根据三峡枢纽建筑规划基本原则, 在学 习借鉴 国 内外先 进 的清水混 凝 土 理念 和 成 功 经验 的基 础 上 , 三 峡 枢纽 建设 期 间首 先在 左岸 电站 厂房上 部结构 的上 下 游 墙体 实行 免装修 施 工 标 准 , 要 求 模 板 采用 大 型悬 臂 芬 兰 ( V I S A) 模板 , 统一 模板
10、尺寸 、 分 层 高度 、 定 位锥 位 置 ; 采 用二 、 三级 配混凝 土 , 手 持式 振捣 器振捣 和 复振 ; 要 求拆 模后 墙 体 表 面平 整 均 匀 、 棱 角 分 明 , 无 明 显 错 台 、 挂 帘 、 蜂 窝 、 麻 面 等质 量缺 陷 , 墙 面平 整 度要 求 2 m 范围内不超过 3 mm, 整体误差不超过 2 O m m; 墙体表 面后期 涂刷 透 明的清水 混凝 土保 护剂 。 1 2 3 船闸 船 闸为双线五级 , 修建于山体深切开挖形 成的岩 石 深槽 中 , 两 线平 行布 置 , 中心线距 9 4 m, 中间保 留 5 7 m宽岩 石隔 墩 , 主
11、体结 构 段 总长 1 6 2 1 m, 每线 船 闸有 5个 闸室 和 6个 闸首 , 每个 闸室 有效 尺寸 为 2 8 0 m 3 4 m( 长 宽 ) , 槛 上最小 水深 5 m, 水头 1 1 3 m, 可通 过万 吨级船 队 , 设 计年 单 向通过 能力 5 0 0 0万 t 。 船 闸建筑物特殊之处在于 : 船闸常年有大量船 舶 通 过 , 建筑 物外 表 的平整美 观 既要注 重整体 效果 , 还 要考虑近距离观感 ; 占建筑物表面积最大部分的是 闸室墙 迎水 面 , 该 范 围因直 接与船 体接 触 , 长期受 船舷 摩擦触碰 , 墙面易磨损 ; 船闸运行后长年处 于频繁
12、 运用状 态 , 墙 面后 期处 理对航 运 有干扰 。 船闸结构以薄衬砌型式为主, 混凝土浇筑仓位相 对 大 坝厂房 而言 较小 , 采用 大 型 钢 模 、 滑模 、 翻模 等模 板工艺 , 汽车运输 , 门机、 吊罐、 泵管等手段入仓 , 混凝 土 多为 二 、 三级 配或 泵送 混凝 土 , 施 工期 间混凝 土表 面 渗水 缺 陷较多 , 但建 筑物 水面 以上施 工缺 陷并不 明显 。 1 2 4升 船 机 升 船机 为全平 衡 重齿 轮齿 条爬 升式 , 最 大 提 升 高 度 1 1 3 m, 船厢有效尺寸为 1 2 0 m1 8 m( 长 宽) , 水 深 3 5 m, 一次
13、可通过一艘 3 0 0 0 t 级客货轮或 1 5 0 0 t 级船 队 。升 船机 主体结 构 由上 闸首 、 船 厢室段 、 下 闸首 组成 , 上闸首兼有挡水功能 , 是大坝的一部分 , 已与左 岸大坝同期完成, 船厢室段和下 闸首段 正在 建设 中。 船厢室段筒体结构采用整体爬升模板 , 泵送混凝土浇 筑。为满足设备安装运行需要, 建筑物体型精度要求 控制在 + 8一 5 mm范 围内, 高于左右岸厂房墙体施 工标 准 。 由于升 船机 建 成 后 以通 过 客 轮 为 主 , 对 建 筑 物表面平整美观的要求也 比其它建筑物更为严格。 1 2 5地 下 电 站 地下电站主要建筑物隐藏
14、于右岸 山体内, 仅进水 口和尾水平台暴露在外 , 这部分 的结构特点和施工情 况 与坝后 厂房 相应部 位类 似 。 2 表面清理与保护 三峡三期工程后期 , 除升船机外的枢纽主体建筑 物 已陆续 达 到最终 规模 , 二 期施 工 的 建 筑物 经 过 数 年 暴 露于 自然环 境 中 , 混 凝 土 表 面 出现 成 片 黑斑 、 污迹 , 三期大坝表面粘贴的保温苯板也逐渐破损脱落 。在业 主统一安排下 , 长江设计院对主体建筑物表面清理保 护 方案 进行 了系统 研究 。 建 筑物 表面 的清理 与保 护遵循 业 已确定 的三峡 枢 纽建筑规划基本原则 , 其主要 目的是 : 恢复建筑
15、物 结构本色 , 长期保持混凝土外表面的 自然肌理 ; 防 止自然环境污染 , 有利于保持洁净 , 便于维护 ; 有利 于提高 混凝 土结 构 的耐 久性 。 建 筑物 混凝 土表 面清理 保护工 作 总体上 可分 为表 面清理和涂刷保护剂两大部分。对于符合清水混凝土 ( 免装修 ) 施 工 标 准 的部 位 , 如 厂 房 上 下 游墙 、 升 船 机 船 厢室 段 、 坝顶机 房 、 排 架柱 等 , 清 理工作 比较 简单 , 而 对于其它达不到标准的部位 , 清理修补工作量 比较大。 主要包 括 以下 内容 : ( 1 )拆除混凝土表面保温苯板及所有施工临时材 料 , 清除混凝土表面残
16、 留的施工垃圾 、 灰尘 、 苔藓 、 粘 胶 、 脱模 剂 等污染 物 。 ( 2 )对 施工 期 间遗漏 的影 响外观 的错 台 、 裂缝 、 蜂 窝、 麻面等混凝土表面缺陷, 以及混凝土破损等进行全 面检查和打磨修补。修补材料采用预缩砂浆 、 麻布砂 l 0 人 民 长 江 浆或保护剂配套修补腻子等水泥基材料 , 并通过调整 水泥和砂的品种使修补村料 固化后的颜色尽量与本体 一 致 , 以呈现混凝土面 自然肌理为原则, 对不影响整体 观感的分散气泡 、 细小裂纹 以及正常模板印迹等轻微 斑痕 可不作 处理 。 ( 3 )对建筑物表面布置 的排水管沟等进行检查维 护 , 对影 响建 筑物
17、外 观 和有 可 能 造成 污 染 的 设施 进 行 改 造 。 ( 4 )涂 刷混凝 土 表面保 护剂 。 选择合适的混凝土表面保护体系 , 是决定清理与 保 护效果 能 否长期 保持 的关 键 。 3 保护体系的选择 3 1 保护体 系的要求与分 类 由于水工 建筑 物 的情 况 比较 复 杂 , 大 部分 情 况 下 不 能简单 套用 城市 建 筑 清水 混 凝 土 的做法 , 而 主要 是 参照这一建筑理念 , 结合各 自特点和实际条件区别对 待 , 有针对性地实施。这不仅体现在清理修补工作上 , 在保 护体 系 的选择 上 同样如 此 。 保护 体 系的选 择 主要基 于 以下 因素
18、 : 能 长期 保 持 三峡大 坝混 凝土 面 自然肌 理 和 色 泽 , 延 缓 建筑 物 表 面老 化 , 不易 污染 , 便于 清洁 ; 能 适应 所在 区域各 种 工况下的实际运行条件 ; 施工安全 、 快速 、 方便 ; 经济合理 , 性能价格 比优越 ; 对人体及 环境无毒害 作用; 系成熟产品, 有大型工程项 目应用实例 。 根据三峡枢纽建筑物各 自特点和实际情况 , 可将 保 护 区域 大致 分成 5类 。 ( 1 )一类 。无挡水功能, 体型和平整度满足清水 混凝 土标 准 的部位 , 如 厂房 上下游 墙 、 坝顶机 房 、 栏 杆 、 排架 柱 、 升船 机筒 体 等 。
19、这 部 分 可 以不 经 过 处 理或 经 过简单清理 , 即可选择成熟可靠的清水保护体系进行 涂 装 。 ( 2 )二类 。有挡 水 作 用 的 大体 积 混 凝 土 外露 面 , 如大坝 、 厂 房下 部 、 升 船 机 闸首 等 。该 区域 面 积最 大 , 且 达不 到清 水混凝 土基 面 标 准 , 需 先对 混 凝 土 表 面进 行必要的清理和修补 , 并选择适合现场条件 的清水保 护 体系 。 ( 3 )三类。外露的高速水流过流 区, 如泄洪表孔 、 排漂孔溢流面。能否经受水流冲刷是选择这类区域保 护体 系的 主要 问题 。 ( 4 )四类。船闸闸室墙。由于直接经受船体触碰 刮擦
20、 , 该区域主要是防机械性损伤 , 目前的清水保护体 系均无 此 功能 。 ( 5 )五类 。上游 水 位 变 化 区 。该 区域 面 积较 大 , 呈现连续 的周期性干湿交替 , 库水浸泡和暴露 的时间 都很 长 。 3 2 试 验与分析 由于清水混凝土保护技术 引入 国内时间较短 , 国 内相关 企业 在保 护剂 的 产 品研 制 、 质 量 控 制 和工 程 经 验 各方 面均处 于起 始 阶 段 , 与 国 际专 业 品 牌 总体 上 存 在 较 大的差距 , 主要 原料 和技 术基本 来 自国外 , 价 格上 也没有优势。对于一类区域采取市场招标和对 比试验 的方式 , 从有 国 内
21、大 型清 水 混凝 土 保 护 项 目经历 的 国 际优质 企业产 品中选 取 , 而 且 同类 区域 尽 可 能使 用 同 一 种保护体系。 为选择二 类及 其 它各 区 的表 面保 护体 系 , 业 主及 设计 有关 部 门人员 组成 考察组 , 对联 想北 京研 发基 地 、 上海城市中环线 、 武汉琴台大剧 院等 国内清水混凝土 表 面保 护工程 应用 情况 进 行 了实地 考察 , 在 此 基 础 上 结合三峡工程实际遴选 出 5类保护材料进行 对 比试 验 , 分别为 : 无机盐渗透型 、 改性聚脲类 、 浸渍 +氟碳涂 膜型、 硅烷浸渍型 、 氟化物浸渍型。这 5类保护材料分 别
22、 代表 5种不 同的保 护体 系 , 涵 盖 了现 有 混凝 土 表 面 防护技 术现状 。长 江设计 院在 深入 分析 研究 基础 上提 出了试 验要求 , 试验 分 室 内试 验和 现场试 验两 部分 。 室 内试 验 针对 5种保 护 材 料共 进 行 了 1 7项 性 能 的测试 , 即老 化性 能 、 抗碳 化性 能 、 氯离子 扩散 性 、 渗水 压力 、 涂 膜水 汽渗透 性 、 涂 膜 氯 离 子 渗 透性 、 有 机 溶 剂 可溶 物氟含量 测定 、 耐 碱性 、 涂层 外观 、 涂层柔 韧性 、 涂 层 抗 冲击强度 、 耐 沾污 性 、 耐洗 刷性 、 浸 渍深 度 、
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- 关 键 词:
- 三峡 枢纽 主体 建筑物 混凝土 表面 保护 研究 应用
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