水利水电工程施工手册

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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；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）、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0.75～3.0m。

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。

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（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30～45t（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、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、风吹骨料以及加冰拌和等预冷工艺后，拌和楼夏季能生产7～100C的低温混凝土，可满足更严格的温度控制要求，使一些大型工程用通仓浇筑取代了长期沿用的柱状浇筑，既提高了结构的整体性，也加快了施工进度。

此外，强力振捣器、振捣机的使用，模板技术的革新，缝面处理与表面保护技术的改进，都有利于提高工程质量和施工效率。

5.高性能混凝土正在发展
混凝土不是耐久材料，混凝土工程也有其一定的使用寿命周期。

现在人们已逐渐将注意力从提高混凝土的强度转移到提高水工混凝土结构的耐久性、安全性与延长安全使用周期上。

自从1990年以来，高性能混凝土引起了各国学者和工程技术人员的高度重视。

高性能混凝土是在高强混凝土研究与应用达到较高水平基础上发展起来的，是混凝土技术中的一项跨世纪工程，是“21世纪的混凝土”。

高性能混凝土使用寿命长、具有较高的体积稳定性、具有良好的施工性能、并具有较高的强度和密实性。

生产高性能混凝土必须优选材料，在严格的质量控制下进行。

除采用优质水泥、骨料和水泥外，必须采用低的水胶比和掺加超细活性掺合料，降低单位体积用水量和水泥用量。

6.碾压混凝土技术蓬勃发展
碾压混凝土筑坝技术自1986年在福建坑口工程取得成功经验后,在我国发展很快.早期多应用在围堰工程，如隔河岩和岩滩工程。

目前已建和建的大坝近40座，其中坝高100m以上的有6座，碾压混凝土总量超过1000万m3。

坝高最高的为沙牌拱坝和江垭重力坝，坝高分别为130m和131m。

中国碾压混凝土的特点是高掺粉煤灰、低C v值、短间歇、薄层全断面碾压、快速连续上升，在坝休上游侧铺筑二级碾压混凝土，解决坝体防渗问题。

近年来，斜层浇法、RCC分区冷却、变态混凝土等碾压混凝土施工工艺技术均有较大创新。

7.工程建设体制的改革
与中国改革开放相适应，水电建设从1984年云南鲁布革水电站引水隧洞实行国际招标开始，在学习国外工程建设先进管理经验的基础上，以市场为取向，逐步改期了原有的计划经济管理体制，将市场经济的机制引进到水电建设中来，把主要依靠行政办法组织建设转变为用经济办法来组织建设，确立了以项目法人负责制、建设监理制、招标承包制、合同管理制为主要内容的水电建设管理体制，形成了由项目法人、监理、施工和设计咨询组成的新建设管理格局。

水电建设体制创新极大地推动了水电建设的迅猛发展，形成了充满生机和活力的健康发展的水电建设大市场。

8.水工混凝土质量保证体系不断完美
要保证混凝土施工质量，应具备完善的施工质量保证体系。

多年的体制改革已积累了丰富的经验，施工质量保证体系正在不断完善。

（1）质量观念转变。

2000年国务院下发了《建设工程质量管理条例》，质量终身制的思想在水电战线引起极大的震动，对质量保证体系的重视和对质量的认识都发生了变化。

2000年以前关于工程质量的口号是“百年大计，质量第一”，2000年以后提出了“千年大计，质量第一”，对全国瞩目的三峡工程更是提出了“质量重如泰山”、“千年大计，国运所系”的口号。

由于水电施工、设计单位全面贯彻ISO9000质量系列标准，对水工混凝土质量管理的重点从事后质量检查处理转变为施工过程中的质量控制，“过程即质量”的观念已得到肯定。

为了保证过程中的质量，需要加强预控措施，如有的水电工程在准备浇筑前进行“仓面工艺设计”，从人力配备以及设备、工艺流程方面事先做出安排，经过质量检测和监理部门的确定后方可开仓浇筑，这种质量预控可使混凝土质量问题减少到最低程度。

（2）建立有职有权的质量管理机构。

施工单位的质量检查部门受到重视，质量决定企业的生命。

在现行的水电建设业主负责制中，监理保证工程质量的作用十分突出，监理对工程质量全面监控，既有日常巡检监控，还有重点部位设置的旁站监理，监理并有权对施工单位不合格的质检人员实行罢免。

水电工程质量保证体系由施工单位自检、监理控制、业主协调、国家授权质量监督部门监督和工程验收组成。

（3）建立各项管理制度，编制质量控制及检测标准。

只有依照严格的制度和代表先进施工水平的质量标准，才能生产出高质量的混凝土工程。

由于水电工程各种规程标准修订不及时，一些新
技术、新工艺、新材料没有在规程标准中得到反映，所以有的水电工程就在合同中提出要求或编制企业标准以适应工程的需要。

（4）重视外观质量的检查工作，改变水电工程粗放施工的形象。

现在很多水电工程已将外观质量作为评优的一项重要内容，外观不合格不能评优。

对外观的常见病，提到消灭顽症的高度。

施工中对影响外观的模板，选用新型材料，保证外观质量；对拆模后出现的缺陷，下大力处理达标，全面提高水工混凝土的施工质量。

第二章水工混凝土施工规划
第一节混凝土施工规划的依据和原则
1.混凝土施工规划的依据
（1）设计图纸、各种工程数量资料。

（2）水文、地质、气象等自然资料。

（3）建设工程地区的交通、地方资源等情况。

（4）目前国内外可能达到的施工水平、施工设备和施工技术能力。

（5）可能采取并可能实现的技术组织措施。

（6）国家及各级业主务主管部门颁发的有关技术规范、规程、规定及定额等。

（7）有关的法律、法规、有关合同、协议等。

（8）市场信息。

（9）过去工程的经验资料。

2.混凝土施工规划的基本原则
（1）严格遵守基本建设程序和施工程序，按照国家建设计划和技术要求，合理配置资源，按期完成预定的建设项目。

（2）科学地安排施工顺序，采用平行流水施工方法，在保证工程质量和施工安全的前提下，充分利用各种先进技术，争取时间，使人尽其力，物尽其用，达到高速、优质、低耗的目的。

（3）贯彻建筑工业化方针，充分利用施工机械设备，扩大机械化施工范围，以提高施工机械化水平、减轻劳动强度、不断提高劳动节生产效率。

（4）切实做好冬、雨季的施工进度安排，准备好需要采取一些特殊措施（如温度控制措施），力求全年连续、均衡地施工，提高设备的利用率。

（5）采用先进合理而又可行的施工方法，贯彻执行技术规范和操作规程，确保工程质量，做到安全施工，降低工程成本。

（6）要尽可能就地取材，利用当地资源，减少物资的运输量，节约能源。

（7）精心进行施工现场平面规划，节约施工临时用地，力争不占或少占用耕地。

（8）做好建设环境的调查研究和保护工作，防止水土流失。

第二节混凝土工程施工进度
1.混凝土工程施工进度的特点
（1）混凝土工程的施工，受气温条件的影响。

在高温季节，要加强骨料的降温和混凝土的散
热措施；在季节，当日平均气温稳定在50C以下时，要进行冬季作业，增加了混凝土工程的施工难度。

因此，在我国南方的高温季节和北方的冬季地区，混凝土工程的施工强度和上升速度都将受到影响。

（2）混凝土坝一般采取柱状分块分层浇筑，浇筑过程中，层与层之间，根据温度控制要求，应有一定的间歇时间。

特别是基础层，因受基础约束的影响，浇筑层薄，温控要求严格，需利用有利季节浇筑混凝土，使施工进度受到一定的制约；块体之间的间歇期，随混凝土浇筑的准备工序而异。

因此，混凝土坝的上升速度与块代表多少、分层厚度、温控条件及浇筑混凝土的准备工序有直接关系。

（3）混凝土坝在浇筑过程中，要求各块体均匀上升，相邻块高差有一定的限制。

块体之间形成的缝面、重力坝的纵缝、拱坝的纵缝和横缝，须在混凝土温度降低到设计灌浆温度时进行水泥灌浆，使坝形成整体，才能承受水压力，因此坝休的二期冷却和接缝灌浆是影响混凝土坝施工进度的一个重要因素。

（4）一般混凝土坝内常设置引水系统和泄洪建筑，埋设件和孔洞、廊道多，施工干扰较大，这使坝体上升速度受到限制，同时在施工过程中，还要考虑汛期洪水对坝内孔洞的影响。

（5）混凝土坝在施工进度安排上，可考虑在坝内设置导流底孔，汛期在坝上留缺口过水，在大流量的河流上，施工导流问题较土石坝容易解决，施工进度安排较为灵活。

2.施工进度常用表达方式与分析方法
2.1施工进度常用表达方式
2.1.1横道图
第一次世界大战期间美国法兰克福兵工厂的H.Cannt在安排生产和进行计划管理时首先使用了横道图,即用一根横道在时间表现活动(又称工序、任务)的起止时间。

横道图简单明了、容易理解、绘制，所以至今仍被广泛应用。

但横道图作为计划表达的工具，不能清晰、严格地反映活动之间的相互依赖、相互制约关系，因此它在应用时受到很大局限。

2.1.2网络图
网络图根据网络计划原理进行编制，它能把施工对象的各有关施工过程组成一个有机的整体，能全面而明确地反映出各施工工序之间的相互依赖的关系。

它可以拟订各种时间的参数计划，能在工序繁多、错综复杂的计划中找出影响工程进度的关键工序，能直观地表示出施工过程的关键线路，抓住主要矛盾，分析比横道图更全面。

表达网络图的方式有单代号网络图和双代号网络图。

结合横道图的特点，采用了带时标的网络图；考虑工序之间的相互交错关系，又形成了搭接网络计划；如果更进一步考虑活动发生的概率，以及路线发生的风险，又发展了概率型网络计划（即图解评审法CERT）。

使用计算机进行网络图编制能及复杂进行计算和优化，调整计划，调整资源配置，实现管理科学化、现代化。

但由于水电工程混凝土施工受各种制约因素太多，可变化的节点太多，使用网络图进行施工计划的控制，仍不能十全十美，有待于进一步提高。

2.1.3形象进度。