浅谈峡谷混凝土重力坝高落差混凝土入仓技术

浅谈峡谷混凝土重力坝高落差混凝土入仓技术

1肖永  2肖顺

中国水利水电第一工程局有限公司 吉林省长春市 130000

2中铁五局集团第六工程有限责任公司 重庆市渝北区401120

摘要：介绍负压溜管及皮带机在峡谷高落差混凝土入仓技术中的应用。在常态混凝土高落差入仓技术中，单种技术的入仓手段比较常见，但两者相结合的方式较少。本文着重介绍在大兴水利枢纽工程中压溜管及皮带机两者相结合后的应用经验。

关键词：峡谷  重力坝  高落差  入仓技术

一、概述

大兴水利枢纽工程位于贵州省松桃县境内大梁河中游，工程主要任务为城乡生活、工业和灌溉供水，兼顾发电等，是综合利用水利工程。水库总库容4672万m3，工程为铜仁新区和松桃县正大乡、大兴镇33.2万人提供生活用水，解决正大乡和大兴镇1.02万亩耕地农业灌溉用水，同时为正大农产品加工园区和大兴科技工业园区提供工业用水，并补充铜仁新区缺水量，电站装机容量5MW。

铜仁市大兴水利枢纽工程最大坝高52m，坝顶宽9.0m。坝顶长98.0m，由溢流坝段和挡水坝段组成，其中溢流坝段长40.0m，左岸挡水坝段长28m、右岸挡水坝段长30m。

二、负压溜筒

2.1、负压溜筒的特点

真空溜槽混凝土运输系统是由集中斗、溜槽两部分组成的负压溜槽，形状是一般的封闭溜筒，由料斗、垂直加速度段、槽体和出料口四个部分组成，其结构组成布置如图2-1。

从其结构图中可以更直观的了解它的工作原理：在密封管道内通过一定量的混凝土流体，当其流动时，管道内与外界形成压力差，且压力大小随外界环境和其他条件的变化而相应变化。在压差的作用下，当溜槽内压力减小时混凝土的流速增大，压力增大时混凝土流速减小，当压差不存在时，流体由于重力作用下行，此时只有摩擦力起到阻碍下行作用，混凝土整体呈等截面下行，当产生压差时，混凝土流体下行成波浪状，这可以有效提高混凝土的运输质量。

图2-1  负压溜筒布置简图

负压溜筒工作特点有：防止骨料在运输途中分离；结构简单、不占用施工场地，可以充分利用地势建设；不需要外加动力；特别适合陡坡窄道条件下的混凝土垂直运输。

2.2、负压溜槽的设计与布置

负压溜筒设计原理为：通过斜面上安装可形成负压的溜筒并向下将混凝土输送至仓面。传输过程中在流管中因摩擦力和阻力等形成的力的作用加之真空环境中所产生的压力，可以起到对混凝土流速的控制作用。

入仓的工艺流程不局限于某种选择，可以根据具体工程的具体情况而定，自卸汽车选用10～20t将混凝土从拌合楼运到517m高的左岸下料平台处并卸到接料斗中，然后通过受料斗底部弧门将混凝土运至负压溜槽中最后运至坝面，其设计工艺流程为：拌合楼→自卸汽车→接料斗→下料器→坝面仓内摊铺。

负压流槽设计要根据具体工程实际情况而定，其中对结构的设计是整体设计中的关键所在，结构设计主要包括四个方面，分别为：接料斗、下料控制装置、负压溜槽管身、缓冲器、和系统支撑结构，前三部分是重中之重，要着重解决好管身和料斗形状与接合、截面尺寸大小以及控制方式以及整体密封性等。

2.3、负压溜槽布置原则

真空溜槽的布置应遵循以下几点原则：

1、尽量减少混凝土在其内流动过程中的运转次数；

2、结合实际地形选择合适的安装负压溜槽岸坡，提高使用效果；

3、预留料斗前较大的车辆运输回转场地。按照以上原则建好的负压溜槽系统还需经过安装调试及试运行合格后，方可正常投入使用。

2.4、制作及安装过程

1、制作

（1）溜筒

溜筒的制作选在项目部的综合加工厂内，筒身由高锰钢钢管制作，筒身主要为1.5m，制作部分0.5m等不同长度的筒身做调节段。

筒身两侧焊接上法兰，法兰用16个M22的高强螺栓进行连接，螺栓单个抗拉强度327KN/个。

为防止高速下落的混凝土对仓内物品和对混凝土本身造成骨料离析等情况，在筒身合适位置安装两个混凝土缓冲器。

接料斗安装在接料平台底部，再安装一个卸料口。

（2）接料平台

I45B工字钢9m长，共计需要两根。3Φ28锚杆束长4.5m，共计6个，锚杆束采用焊接的方式进行连接。

2、安装

（1）下料平台

在右岸EL517.0m平台处相应处，利用潜孔钻机进行钻孔，孔径115mm，孔深4.0m，间距3.0m，共计3排。钻孔完成后及时安装锚杆束，现在孔内注入2/3孔深的砂浆，注入完成后安装锚杆束，确保砂浆饱满。两根工字钢中间插入3Φ28锚杆束4根，用于锚固钢丝绳，钢丝绳用于固定及定位下部的溜筒。

锚杆束安装完成后，将I45B工字钢水平放置，工字钢外伸3.0m，内留6.0m与锚杆束进行焊接，焊接完成后浇筑平均80cm的混凝土，以确保下料平台的安全性及稳定性。

在下料平台中，下料平台的框架由I44B工字钢焊接而成。

距离下料口50cm的位置处设置倒车限位，防止在车辆卸料时，倒车过量导致事故的发生。

图2-2  倒车限位示意图

在围栏的底部设置高40.0cm踢脚板，防止高空坠物对下面施人员造成伤害。

（2）溜筒

主要由55t吊及门机相互配合进行溜筒安装。

每节溜筒的上部和下部焊接上吊耳，与钢丝绳可靠连接。在左坝肩的EL508.0m、EL493.0m以及EL478.0m处的马道上安装直径28mm的三级螺纹钢锚杆，锚杆长2m，入岩1.5m，外露0.5m，用钢丝绳与溜筒上吊耳相连接，保证溜筒的整体稳定性以及安全性。（具体见附图）

图2-3  马道锚杆示意图

安装过程中，用吊车及门机配合，专人负责指挥吊车，专人负责安装溜筒。

对于混凝土高落差垂直运输过程中，为了避免混凝土高数下落及骨料离析，采取的缓降设备有多种形式，本工程选用其中较为突出的为“My─box”缓降器，该缓降器在白山抽水蓄能电站等多个类似工程中也都有应用。截止目前大坝混凝土已浇筑完成，在施工期间，“My─box”缓降器的效果都取得了预期的效果。

图2-4  “My─box”缓降器实物图

混凝土在缓降器上部入口进入缓降器内，通过缓降器内部转换，将混凝土在缓降器内再次进行拌合，达到二次拌合的效果，杜绝混凝土在溜筒内长距离流道而产生骨料分离。

图2-5  负压溜筒安装完成后效果

2.5、整体稳定性计算

本次计算主要针对溜筒整体的稳定性进行计算，因工字钢与EL517.0m锚杆束相焊接，并浇筑混凝土，所有可以满足工字钢向上受拉的力，故对根部的受力情况不进行分析。为简化计算，以最不利情况进行验算工字钢的抗弯折是否满足要求即可。

下料台结构简图如下：

图2-6  下料台结构简图

1、参数信息

（1）荷载参数

钢板：23.55Kg/㎡；

工字钢：94.5 Kg/m

溜筒：3.88 Kg/m

混凝土容重：20KN/m³

（2）悬挑梁AC的受力计算:

1）悬挑脚手架按照带悬臂的单跨梁计算。

悬出端AB动荷载及静荷载N的作用，里端BC为基础混凝土锚固，点B为支点。

图2-7  悬臂单跨辆计算简图

图2-8  悬挑水平钢梁支撑梁剪力图（kN）

图2-9  悬挑水平钢梁支撑梁弯矩图（kN.m）

图2-10  悬挑水平钢梁支撑梁变形图（mm）

各支座对支撑梁的支撑反力由左至右分别为：

R1=30.43kN，R2=0kN

支座反力：RA=0kN

最大弯矩：Mmax=15.074kN.m

2）抗弯强度计算：

其中：γx -- 截面塑性发展系数，取1.05；

[f] -- 钢材抗弯强度设计值，[f] = 205.00N/mm2；

经过计算得到强度：

σ=15.074×106/1.05/191400+15.215×1000/3283=79.641N/mm2

主梁工字钢的最大应力计算值 σ小于主梁工字钢的抗压强度设计值 [f],满足要求!

3）整体稳定性计算：

其中：φb -- 均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数，按照下式计算：

经过计算得到：φb=570×11×75×235/（3000×200×235.0）=0.78

由于φb大于0.6，按照《钢结构设计规范》附录B其值用φb查表得到其值为0.708

经过计算得到强度：σ=15.074×106/（0.708×191400）=111.24N/mm2；

主梁工字钢的稳定性计算值 σ小于主梁工字钢的抗弯强度设计值 [f],满足要求。

三、皮带机

3.1、皮带机的特点

综合施工现场场地狭小的原因，如像下游一样再布设一台门机，施工现场已无场地进行布置。结合现场各方面原因，最终采用皮带机为仓内混凝土水平运输设备。

皮带机有运输速度快，操作简单等优点，方便工人操作。同时一套系统所配置的操作人员少，便于管理及维护优点。

图3-1  安装完成后的皮带机

3.2、设计与制作

1、支持及轨道系统

为便于皮带机随仓位上升而上升，其轨道均采用槽钢进行制作。

在仓内立直径100mm的厚壁钢管作为支撑，轨道采用[14的槽钢进行制作。为便于安拆，轨道底部采用直径125mm的厚壁钢管作为套筒，将套筒与轨道可靠焊接，轨道安拆形式为承插式。

2、皮带机

本工程需要采用溜筒及皮带机覆盖的仓位共计3个。为便于施工布置，在左岸2#坝段内侧布设一条纵向皮带机，中部3#、4#坝段布设一条横向皮带机、一条纵向短皮带机。

皮带机主体采用∠50角钢焊制，做成桁架结构。单侧设行走及检修通道。

3.3、安装

整套皮带机系统采用现场的门机进行安装。

图2.1-8  运行中的溜筒及皮带机系统

四、运行管理

混凝土浇筑时，利用自卸将混凝土水平运输至EL517.0m处下料平台，运输的同时，由于上坝路路况条件相对较差，所以在混凝土运输的时需要在下料平台位置处派专人进行指挥。指挥人员配备对讲机、旗子、哨子等指挥工具，确保混凝土运输的安全性。并在2#挡水坝段混凝土浇筑时，进行试运行，待各项功能及工序等全部调试完成后，满足技术要求及安全性后 ，方可投入使用。

在运行过程中，安排2名专职人负责溜管上下的巡查工作，确保溜管在施工运行过程中能安全使用或及时发现问题及时处理。

在溜筒末端设置一个转动式皮带机，混凝土由溜筒降落至皮带机上，再通过皮带机将混凝土水平运输至仓内，皮带机的高度控制在1.5m以内，如下料高度大于1.5m，则在下料口的位置设一个溜筒，皮带机及溜筒的高度、长度可根据现场实际情况进行调节。皮带机的覆盖范围，满足2#、3#、4#坝段的混凝土浇筑。

图4-1  皮带机布置简图

五、结论

通过大兴水利枢纽工程峡谷混凝土重力坝高落差混凝土入仓技术实施，为高峡谷垂直及水平混凝土运输提供了很多经验。

实践证明，高落差混凝土运输关键要做到以下几点：

1、确保合格混凝土原材料入仓，试验室必须在混凝土浇筑期间，24小时监督骨料的质量，实时掌握骨料信息。不能将含泥量大、细度模数不合格的原料进入施工现场。

2、确保了原材料后，在混凝土的拌制过程中，也要确保混凝土的和易性等方面的要求。因为混凝土在通过溜筒的过程中，混凝土塌落度小会导致溜管堵塞；混凝土塌落度大，会导致骨料离析，都将造成混凝土质量不合格。

3、在溜筒及皮带机首车混凝土入仓前，必须先润管及皮带机。建议使用同标号砂浆进行。

参考文献

[1]全国水利水电施工技术信息网  水利水电工程施工手册  中国电力出版社  2012年