向下送料連續(xù)澆筑豎井混凝土關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用

摘要：通過向下送料連續(xù)澆筑豎井混凝土關(guān)鍵技術(shù)研究識(shí)別、立項(xiàng)、制定研究實(shí)施路線到應(yīng)用實(shí)踐、專利研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)化推廣，系統(tǒng)介紹了研究項(xiàng)目的功用、研發(fā)路線、有意效果和適用性先進(jìn)性，采用試驗(yàn)法、淘汰篩選法確定了混凝土緩沖器、緩沖轉(zhuǎn)向器兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)裝置，解決了向下送料連續(xù)澆筑混凝土的難題，在行業(yè)提供了相應(yīng)的混凝土澆筑緩沖、連續(xù)下料的發(fā)明專利技術(shù)措施。

關(guān)鍵詞：向下送料;連續(xù);澆筑;豎井;混凝土;關(guān)鍵技術(shù);研究;應(yīng)用

Abstract： Through the research and identification of key technologies for continuous pouring of vertical shaft concrete， project identification， establishment of research and implementation routes to application practice， patent research and development， standardization and promotion， the functions， research and development routes， intentional effects and advancement of applicability of research projects are systematically introduced. The two key technical devices of concrete buffer and buffer diverter are determined by the test method and the elimination screening method， which solves the problem of continuous pouring concrete pouring downward， and provides the corresponding invention patent technology measures for concrete pouring buffer and continuous cutting in the industry.

Key words： downward feed;continuous;pouring;shaft;concrete;key technology;research;application

1? 概述

目前，對(duì)于垂直向下大深度輸送混凝土采取的主要方法是采用混凝土高壓泵機(jī)從底部往上輸送，逐倉(cāng)澆筑，在頂部小范圍內(nèi)采用溜筒送料澆筑。這種方法需要采用特殊的一級(jí)配泵送混凝土，需要設(shè)置大功率供電系統(tǒng)，在泵送過程中會(huì)頻繁出現(xiàn)混凝土堵管現(xiàn)象，帶來高空拆洗泵管安全風(fēng)險(xiǎn)、泵送期間混凝土間歇質(zhì)量問題等缺點(diǎn)，另外澆筑升層過程中在滑模下部安裝和拆卸泵管難度大，起重和固定、混凝土修補(bǔ)難以實(shí)現(xiàn)。對(duì)于200m以上垂直高度的特高建筑物，除此以外還要設(shè)置泵管清洗系統(tǒng)，耗資巨大，極少被水利水電行業(yè)采用。水利水電行業(yè)采用最多的是底部50m以內(nèi)高度采用普通泵機(jī)澆筑混凝土，豎井以上部位采用從豎井頂部布置普通鋼管做溜筒從地面往下輸送混凝土到結(jié)構(gòu)部位，但是這種向下輸送混凝土容易出現(xiàn)骨料離散，混凝土堵管現(xiàn)象，有的采用了增加彎頭當(dāng)做骨料緩沖裝置，但彎頭極易磨穿、也不能解決頻繁堵管問題以及堵管清理難度極大，往往出現(xiàn)整個(gè)管道報(bào)廢事件。

本研究課題克服了上述弊端，解決了水利水電行業(yè)中大高度豎井、閘門井、調(diào)壓井、通風(fēng)豎井、其他自高處往低處大高度長(zhǎng)距離向下下料，連續(xù)澆筑混凝土?xí)r的垂直運(yùn)輸、定位下料關(guān)鍵技術(shù)，并與行業(yè)中成熟的滑模系統(tǒng)組合實(shí)現(xiàn)了高深豎井混凝土的一次澆筑成型。

2? 研究技術(shù)指標(biāo)和方案

2.1 總體思路及技術(shù)性能指標(biāo)

技術(shù)方案總體思路。摒棄從下往上泵送混凝土的高危、低效、高費(fèi)用方式，采用從豎井頂部通過溜筒下料澆筑方式。第一就要功克混凝土骨料離析、避免混凝土沖擊危害、堵管導(dǎo)致的質(zhì)量安全隱患等難題;第二要解決混凝土輸送能夠不間斷進(jìn)行問題;第三要解決混凝土面板能夠連續(xù)升層并能保證安全、能夠調(diào)平保證結(jié)構(gòu)空間尺寸和位置的問題。

本研究項(xiàng)目主要技術(shù)性能指標(biāo)有：第一，采用普通鋼管構(gòu)件控制二級(jí)配混凝土沖擊能量可接受。混凝土溜筒必須設(shè)置緩沖裝置以控制混凝土自落增加的動(dòng)能，保證混凝土的沖擊可接受。這是經(jīng)濟(jì)性、安全性的要求，是本課題成敗的關(guān)鍵。第二，指定地點(diǎn)下料連續(xù)性。垂直溜筒內(nèi)徑應(yīng)大于泵管內(nèi)徑，應(yīng)能保證下料連續(xù)，底部應(yīng)滿足使骨料向三維空間一定范圍轉(zhuǎn)向下料功能以適應(yīng)滑模系統(tǒng)升層、定點(diǎn)下料需要。第三，堵管低頻性和清理便捷性。萬一溜筒堵塞，應(yīng)能及時(shí)、安全、簡(jiǎn)捷實(shí)現(xiàn)清理，清理時(shí)間應(yīng)控制在保證倉(cāng)面混凝土在被覆蓋之前。第四，滑模系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足雙層鋼筋結(jié)構(gòu)混凝土不間斷澆筑的工藝要求。液壓滑模系統(tǒng)是工程界普遍采用的設(shè)施，技術(shù)早已成熟，不是本研究?jī)?nèi)容重點(diǎn)。滑模與溜筒配合應(yīng)簡(jiǎn)單易行，盡可能減少高溫焊接、高空作業(yè)。

2.2 技術(shù)方案

2.2.1 技術(shù)難點(diǎn)

本課題研制出來的混凝土溜筒緩沖器和緩沖轉(zhuǎn)向器是本課題需要保密的核心的關(guān)鍵技術(shù)，是本課題難點(diǎn)，除此以外的滑模施工等工藝都是成熟的常見工藝和機(jī)具。課題涉及到的“一種混凝土垂直輸送緩沖裝置”和“一種混凝土垂直輸送緩沖轉(zhuǎn)向裝置”已獲得國(guó)家實(shí)用新型發(fā)明專利。

采用材料易得的普通無縫鋼管作混凝土下料裝置，首先要考慮骨料下落時(shí)的不斷增加的動(dòng)能，控制骨料速度及動(dòng)能，同時(shí)要保證混凝土不堆積、不分離，還要考慮緩沖裝置與混凝土溜管易于連接、拆除、方便清理。經(jīng)過歷次研制、試用、改造，最終確定了本課題研制的“一種混凝土垂直輸送緩沖裝置”發(fā)明，現(xiàn)已獲得專利授權(quán)。

同樣，在溜筒的底部，混凝土不能直接沖擊滑模主溜槽，而且主滑模需要在三維空間隨著滑模頂升而不斷第改變平面位置和高度，這樣溜筒底部需要設(shè)計(jì)一種與之適應(yīng)的緩沖轉(zhuǎn)向裝置。該裝置同樣要考慮緩沖裝置與混凝土溜管易于連接、拆除、方便清理。經(jīng)過歷次研制、試用、改造，最終確定了本課題研制的“一種混凝土垂直輸送緩沖轉(zhuǎn)向裝置”發(fā)明專利，該裝置由溜筒主管材料加工而成，可加工成不同角度配合使用以適應(yīng)滑模頂升和逐節(jié)溜筒拆除的需要。

豎井襯砌混凝土一般都是雙層結(jié)構(gòu)鋼筋，靠滑模的外層鋼筋可根據(jù)滑模澆筑方案在混凝土澆筑過程中安裝。

2.2.2 技術(shù)實(shí)施流程

除上述關(guān)鍵技術(shù)以外，研究課題技術(shù)方案操作工藝流程如圖1。

2.2.3 操作要點(diǎn)

①加工混凝土溜筒構(gòu)件。

溜筒構(gòu)件主要包括鋼管溜筒、緩沖器、轉(zhuǎn)向緩沖器，通常統(tǒng)一采用外徑219mm鋼管及對(duì)應(yīng)法蘭盤制作。用高強(qiáng)鋼材焊接，例如16錳鋼、615高強(qiáng)鋼，材料難得時(shí)也可采用廢舊鉆桿。緩沖轉(zhuǎn)向器進(jìn)料口與出料口之間的角度根據(jù)需要設(shè)定。據(jù)此，為適應(yīng)滑模高度不斷變化，至少應(yīng)當(dāng)加工3種不同角度的緩沖轉(zhuǎn)向器。初始夾角大，采用大角度轉(zhuǎn)向器，滑模提升后旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向器，轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)到極限后換用夾角較小的轉(zhuǎn)向器，再轉(zhuǎn)到極限時(shí)在更換更小夾角的轉(zhuǎn)向器。

②現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備要點(diǎn)。

1）靠近巖壁一側(cè)的結(jié)構(gòu)鋼筋（內(nèi)側(cè)鋼筋）必須預(yù)先安裝完成，以減少滑模提升期間工程量和安全風(fēng)險(xiǎn)。2）按照廠家指導(dǎo)安裝滑模系統(tǒng)，并組織技術(shù)、質(zhì)量、安全驗(yàn)收，合格后才能投入使用。3）在下料平臺(tái)及進(jìn)口和滑模的布料層、養(yǎng)護(hù)層必須布置水管供水，以保證管道濕潤(rùn)、養(yǎng)護(hù)等之用。4）混凝土配合比應(yīng)獲得批準(zhǔn)，并進(jìn)行凝結(jié)時(shí)間的檢測(cè)。5）滑槽布料系統(tǒng)應(yīng)該保證方便布料，當(dāng)滑槽間距過大過稀疏時(shí)應(yīng)加密。反之可減少滑槽數(shù)量。

③安裝垂直溜管和緩沖器、緩沖轉(zhuǎn)向器、下料斗要點(diǎn)。

1）溜管和緩沖器應(yīng)利用巖石錨桿加長(zhǎng)后采用焊接方法加以固定。固定點(diǎn)和間距、焊接長(zhǎng)度等應(yīng)考慮發(fā)生全線堵管時(shí)的活載。一般每隔4m以內(nèi)在溜筒上布置雙側(cè)拉桿一排。2）下料斗與溜筒要連接緊密，不得漏漿;下料斗下部第一個(gè)緩沖器到下料斗的距離不得超過12m。溜筒中緩沖器間距按照一根鋼管的長(zhǎng)度12m布置。3）溜筒隨著滑模的不斷爬升、緩沖轉(zhuǎn)向器的循環(huán)更換而逐根拆除。

④利用溜筒輸送混凝土、安裝外層鋼筋要點(diǎn)。

1）澆筑混凝土過程中同時(shí)安裝內(nèi)層鋼筋及遠(yuǎn)離巖壁側(cè)的一層鋼筋網(wǎng)，每次安裝其中水平鋼筋高度應(yīng)當(dāng)與滑模爬升機(jī)構(gòu)匹配，防止出現(xiàn)鋼筋阻礙爬升的現(xiàn)象。2）當(dāng)往溜筒中下料間斷時(shí)間超過15分鐘以上時(shí)，應(yīng)檢查溜筒壁水分損失及失水情況，再視情況采用一車較高塌落度混凝土或者向溜筒補(bǔ)水濕潤(rùn)，補(bǔ)水時(shí)應(yīng)把流出的水和砂漿混合物采用水桶盛出倉(cāng)外。3）鋼筋連接應(yīng)當(dāng)采用套筒連接或其他快速機(jī)械連接。4）在意外情況下發(fā)生堵管時(shí)，打開最下面一只緩沖器檢修蓋板，從此處清理集料，集料處理可以采用敲落、掏、水沖等等方法。

⑤提升滑模并檢查、調(diào)平滑模系統(tǒng)。

1）提升之前要首先檢查緩沖轉(zhuǎn)向器、滑模布料系統(tǒng)中主滑槽、滑槽群三者之間再提升時(shí)是否會(huì)出現(xiàn)卡阻，確認(rèn)無卡阻或者調(diào)整主滑模角度到位、更換緩沖轉(zhuǎn)向器后才能爬升滑模。2）滑模液壓系統(tǒng)應(yīng)保持油量適中、油缸干凈;根據(jù)滑模操作規(guī)程檢查滑模垂直度，發(fā)現(xiàn)偏差立即啟動(dòng)對(duì)應(yīng)液壓閥組進(jìn)行調(diào)平，保證結(jié)構(gòu)偏差合格、保證運(yùn)行安全。3）滑模系統(tǒng)拆除應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照廠家要求的順序進(jìn)行。4）澆筑靠近地面下料點(diǎn)附近一定高度時(shí)，如果滑模系統(tǒng)不便布料，可采用其他方法澆筑剩下混凝土，如采用攪拌車直接往滑模中下料;采用搭設(shè)一定高度排架布置泵管，通過抬高泵管往滑槽布料系統(tǒng)中下料;采用吊罐轉(zhuǎn)料入倉(cāng);采用反鏟轉(zhuǎn)料入倉(cāng)等等。

3? 施工應(yīng)用與實(shí)踐

本課題在實(shí)踐中經(jīng)歷了一段曲折的研究、試驗(yàn)過程。

首先在緩沖器設(shè)計(jì)方面經(jīng)歷了在筒內(nèi)壁考慮耐磨的第一代技術(shù)方案，后發(fā)展到在其他地方設(shè)計(jì)耐磨補(bǔ)償?shù)男聦＠桨?在緩沖轉(zhuǎn)向器發(fā)明方面也經(jīng)歷了采用鋼管彎頭、活動(dòng)溜筒、橡膠泵管等作緩沖轉(zhuǎn)向器的過程，直到有了本緩沖轉(zhuǎn)向器發(fā)明專利技術(shù)后才找到成熟穩(wěn)定的方案，最后解決了垂直向下用溜筒輸送混凝土的連續(xù)性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性問題，最終在累計(jì)3個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行應(yīng)用，其豎井澆筑深度分別為215m、193m、130m，均獲滿意成效。

4? 本研究項(xiàng)目的有益效果

本關(guān)鍵技術(shù)解決了采用簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可靠地向下輸送混凝土到大高（深）度長(zhǎng)距離輸送混凝土、一次將豎井襯砌澆筑成型的難題，其關(guān)鍵技術(shù)屬于國(guó)內(nèi)先進(jìn)技術(shù)上的改進(jìn)和創(chuàng)新，達(dá)到國(guó)內(nèi)甚至國(guó)際先進(jìn)水平，2015年被評(píng)為中國(guó)電力建設(shè)聯(lián)合會(huì)評(píng)定為中國(guó)電力建設(shè)工法，現(xiàn)已在國(guó)家專利保護(hù)下推廣應(yīng)用中。

5? 結(jié)語

本研究項(xiàng)目是在施工生產(chǎn)過程中根據(jù)項(xiàng)目和企業(yè)實(shí)際情況為提高生產(chǎn)率、減少安全風(fēng)險(xiǎn)和費(fèi)用投入展開的攻關(guān)，其中緩沖器和轉(zhuǎn)向緩沖器的發(fā)明解決了大高度向下垂直輸送混凝土的卡關(guān)難題。

本研究項(xiàng)目已在多個(gè)項(xiàng)目得到成功應(yīng)用，技術(shù)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、安全可靠。該研究成果可以廣泛應(yīng)用于水利水電行業(yè)所有自上向下垂直輸送的項(xiàng)目，例如各類閘門豎井、調(diào)壓豎井、水道豎井、排風(fēng)排煙豎井、電纜豎井等等所有由上往下垂直長(zhǎng)距離不間斷輸送、澆筑混凝土的場(chǎng)所和項(xiàng)目，因此該研究成果在水利水電建筑行業(yè)將具有廣闊的前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃靜.中國(guó)葛洲壩集團(tuán)第一工程有限公司.混凝土緩沖裝置實(shí)用新型發(fā)明專利：中國(guó)，ZL 2016 2 0052795.5[P].2016-06-15.

[2]黃靜.中國(guó)葛洲壩集團(tuán)第一工程有限公司.一種混凝土緩沖轉(zhuǎn)向裝置發(fā)明專利：中國(guó)zl2016 2 0027363.0[P].2016-06-29.

[3]BUILDING CODE REQUIREMENTS FOR STRUCTURAL CONCRETE? AND COMMENTARY （ACI 318M-05）， ACI Committee 318 Structural Building Code.