負壓溜槽皮帶機組合輸送系統(tǒng)在碾壓砼施工中的應用

鄭明路

（中國水電建設集團十五工程局有限公司，陜西 西安 710000）

1 工程概況

洞河水庫樞紐工程位于安康市漢陰縣以東8 km 的澗池鎮(zhèn)境內(nèi)，地處漢江北岸月河一級支流洞河下游，樞紐距洞河入月河口4.5 km。洞河水庫樞紐工程是一座以灌溉、供水為主，兼有發(fā)電和防洪等綜合利用效益的Ⅲ等中型工程，可控制灌區(qū)面積4.57 萬畝，電站裝機容量3430 kW，年發(fā)電量797.52 萬kW·h。

樞紐工程由攔河壩、泄洪表孔、泄洪底孔、引水洞、電站廠房和變電站等建筑物組成。攔河壩為碾壓混凝土拋物線雙曲拱壩，壩頂高程397.50 m，最大壩高65.50 m，壩底寬度15.64 m，頂寬6.5 m，上游面最大弧長264 m。

本項目是國家大中型水庫規(guī)劃內(nèi)項目，陜西省首個PPP 水源項目、陜西省“十二五規(guī)劃”、“雙十雙網(wǎng)”重點水利工程。

漢陰洞河水庫樞紐工程主體工程碾壓混凝土雙曲拱壩澆筑至高程366 m，受地形限制右岸臨時上壩道路倒車至入倉口直接卸料的方案繼續(xù)上壩已經(jīng)不再經(jīng)濟安全適用，尋找一種簡單、快捷、經(jīng)濟、實用的碾壓混凝土入倉方式迫在眉睫。經(jīng)過項目技術(shù)小組人員查閱資料與工程現(xiàn)場實際地形察看多輪討論研究，最終確定適用本工程的負壓溜槽皮帶機組合混凝土輸送系統(tǒng)，保證了大壩高程366 m～397.5 m 碾壓混凝土的順利澆筑。

圖1 右岸壩基槽地形圖

2 負壓溜槽混凝土運輸特點

負壓溜槽通過安裝在基槽斜坡面上的半柔半鋼槽體向下輸送混凝土至倉面。負壓溜槽柔性耐磨膠帶自然下垂與槽體盡乎接觸，在混凝土向下翻滾運行時，柔性耐磨膠帶被混凝土撐起形成波峰，在碾壓混凝土下行近似流體形態(tài)運動作用下，波峰轉(zhuǎn)為波谷產(chǎn)生負壓留滯阻力，波峰與波谷間隔1 m～2.2 m，波浪式連續(xù)下行輸送碾壓混凝土，最終在槽體內(nèi)表面摩擦阻力綜合效應下使落入倉面的骨料不分離、不飛濺，有力保證碾壓混凝土的輸送質(zhì)量。負壓溜槽適用于入倉高差50 m 以內(nèi)的工程。

3 工藝原理

3.1 負壓溜槽皮帶機組合輸送系統(tǒng)設計

負壓溜槽皮帶機組合輸送系統(tǒng)入倉主要由受料斗、皮帶運輸機、負壓溜槽槽體、桁架支撐加固結(jié)構(gòu)等組成，具體結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 負壓溜槽皮帶機組合系統(tǒng)入倉正視圖

3.2 負壓溜槽皮帶機組合輸送系統(tǒng)布設方式

根據(jù)漢陰洞河水庫樞紐工程現(xiàn)場斜坡面小傾角實際情況設計制作安裝了負壓溜槽皮帶機組合輸送系統(tǒng), 在右壩肩397.5 m 回車平臺入倉口布設1 套負壓溜槽皮帶機組合混凝土運輸體系，混凝土垂直運輸高差31.5 m，是左右岸366 m 以上碾壓混凝土唯一的入倉口。負壓溜槽皮帶機組合混凝土運輸送系統(tǒng)由四大部分組成：18 m3受料斗，15 m 長皮帶運輸機，36 m 長負壓溜槽，1 m×1 m（0.9 m×0.9 m）桁架支撐結(jié)構(gòu)。

3.2.1 入倉口受料斗

入倉口設置一個18 m3受料斗，尺寸為4.5 m×3.5 m×3.5 m，采用6 mm 厚鋼板焊接而成，外側(cè)用∠50×5 角鋼作加勁肋。受料斗底部采用18 號工字工進行支撐加固，持力點于基巖面錨桿。料斗頂平高出地面1.5 m，在受料斗入倉口上游臨邊進行圍擋，采用1.5 m×1.5 m 大塊鋼模板，背部斜撐鋼管連成受力結(jié)構(gòu)。受料斗上行方向進行臨時道路石渣回填至鋼模板1 m 高，預留50 cm 高度安全，防止自卸汽車倒料失誤,路面寬度5 m。受料斗下料口結(jié)構(gòu)簡單實用，根據(jù)皮帶機運轉(zhuǎn)速度調(diào)整下料口開口大小和距皮帶距離，達到下料口和皮帶的匹配程度，受料下行方向設置混凝土流量調(diào)節(jié)插板，下料口與皮帶機距離15 cm，外圍有50 cm 高導向斗槽，斗槽鋼板下邊沿與皮帶機接觸部位安裝橡膠刮板。

3.2.2 負壓溜槽傾角調(diào)節(jié)

負壓溜槽位于32°斜坡面上不能滿足負壓溜槽架設40°～50°最佳傾角范圍要求，本工程結(jié)合現(xiàn)場實際情況在397.5 m 入倉口位置2.15 m 以下架設一條長15 m（寬800 mm）的皮帶運輸機水平外挑調(diào)整因本工程負壓溜槽夾角過小不利碾壓混凝土輸送的問題。經(jīng)過調(diào)整后調(diào)整夾角至43°最佳范圍內(nèi)。

3.2.3 負壓溜槽槽體結(jié)構(gòu)

負壓溜槽下半部采用D=600 半圓形鋼管（σ=8 mm），每3 m一節(jié)采用5 cm×5 cm 角鐵包邊，M16×50 螺栓連接，上部覆蓋寬99 cm 的柔性耐磨橡膠帶（σ=6 mm）下凹貼近管槽壁，使用U 形螺栓夾6 m 長墊板和壓片（扁鐵）固定柔性耐磨橡膠帶于溜槽邊沿角鐵上。負壓溜槽槽體安裝于1 m×1 m 桁架頂端的兩根18#工字鋼橫梁上部，工字鋼槽身下游側(cè)設人工檢修通道，采用∠50×5 角鋼和Φ25 鋼筋焊接而成，檢修通道臨空側(cè)面設防護欄桿（高度1.2 m，橫桿三道并粘貼有銀光反光條）檢修通道防護欄桿延伸至皮帶機至397.5 m 回車平臺。負壓溜槽槽體及防護欄桿結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 負壓溜槽槽體及防護欄桿結(jié)構(gòu)

3.2.4 基座桁架支撐結(jié)構(gòu)

支撐桁架提前制作焊接完成，等待基座混凝土施工完成后運至斜坡面進行安裝，為增強桁架穩(wěn)定性，桁架底部尺寸為1 m×1 m，上部尺寸為0.9 m×0.9 m，間距1 m，豎向與平向采用∠70×7 角鋼，內(nèi)部對角線穩(wěn)定結(jié)構(gòu)采用∠50×5 角鋼。桁架安裝完成后采用Φ200 鋼管或16#工字鋼在桁架2/3 處進行對角斜撐，增強架體鋼度及穩(wěn)固性。桁架基座采用C25 混凝土澆筑平臺，尺寸1.5 m×1.5 m×0.5 m?；撞坎捎? 根Φ25錨桿，深入基巖1.5 m，外露0.5 m 錨固于基礎(chǔ)混凝基座內(nèi),桁架底腳預埋25 cm×25 cm×1 cm 鋼板用于后期桁架安裝焊接加固。

3.2.5 負壓溜槽皮帶機組合輸送系統(tǒng)安裝

碾壓混凝土輸送系統(tǒng)安裝采用自下而上安裝，斜坡面負壓溜槽槽體底部桁架安裝采用本工程7027 塔吊覆蓋范圍內(nèi)吊裝，受料斗與皮帶運輸機及底部桁架采用高程397.5 m 回車平臺25 t 汽車吊吊裝。安裝過程注意負壓溜槽槽體傾角控制，皮帶運輸機安裝水平度，高支撐桁架的斜撐加固。

4 負壓溜槽皮帶機組合輸送系統(tǒng)調(diào)試與應用

2017 年1 月5 日負壓溜槽在項目六部門聯(lián)合驗收優(yōu)化加固后試運行，運行時出現(xiàn)一些問題后逐一解決：1）皮帶及跑偏，察看情況后在皮帶機兩端加裝豎向擋帶輪，再微調(diào)皮帶機架水平度，跑偏問題得以解決；2）受料斗下料滯留不下,加裝平板振搗器后下料不暢問題解決；3）負壓溜槽下料不暢,由于柔性耐磨橡膠帶與半圓形槽體相貼距離小，摩擦阻力與負壓留滯阻力過大，碾壓混凝土滯留不下，不能形成波峰波谷在負壓溜槽內(nèi)順暢輸送，最后經(jīng)過多次調(diào)節(jié)，柔性耐磨橡膠帶距槽體底部8 cm，碾壓混凝土輸送順暢，落到倉面骨料均為無骨料分離現(xiàn)象；4）受料斗下料口堵塞，多次調(diào)節(jié)下料口與皮帶機距離到15 cm 和導流槽位置，最后調(diào)節(jié)配到與皮帶機運行速度達到匹配，做到皮帶機起停來控制受料斗下料控制。

2017 年1 月7 日負壓溜槽皮帶機組合輸送系統(tǒng)各部位調(diào)試運行正常，20 t 自卸汽車載運的碾壓混凝土順利通過負壓溜皮帶機組合輸送系統(tǒng)源源不斷的輸送至倉面，骨料均勻，效果良好，標志著本工程自主設計制作安裝行調(diào)試的負壓溜槽皮帶機組合體系統(tǒng)取得階段性成功。負壓溜槽皮帶機組合系統(tǒng)正式運行，自卸汽車載運碾壓混凝土通過溫洞路至右岸397.5 m 回車平臺，倒車至平臺末端受斗中，經(jīng)導向斗槽至皮帶運輸機傳送到負壓溜槽，只見負壓溜槽覆蓋柔性耐磨橡膠帶呈波浪形連續(xù)向倉面輸送碾壓混凝土，在后期運行時一直效果良好。拱壩左右岸通倉366.0 m～397.5 m 采用負壓溜槽皮帶機組合系統(tǒng)共澆筑碾壓混凝土6.06 萬m3，完全滿足混凝土層間覆蓋質(zhì)量強度要求。在負壓溜槽皮帶機組合系統(tǒng)首倉應用中，對大壩366.0 m～372.0 m 碾壓混凝土輸送方量進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析（表1）：碾壓混凝土倉面平均面積2331.86 m2，層平均方量699.56 m3，低溫季節(jié)層間覆蓋時間不超過20 h,覆蓋所需碾壓混凝強度為34.98 m3/h，第12 倉負壓溜槽皮帶機組合輸送系統(tǒng)輸送碾壓混凝土方量數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析強度為49 m3/h。49 m3/h＞34.98 m3/h， 滿足碾壓混凝土層間覆蓋需求強度要求。

表1 負壓溜槽皮帶機組合輸送系統(tǒng)輸送碾壓混凝土方量數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

5 使用效果

漢陰洞河碾壓混凝土拱壩使用負壓溜槽皮帶機組合輸送系統(tǒng)輸送混凝土入倉的方案使大壩碾壓混凝土實際封頂工期比合同工期提前3 個月，如果繼續(xù)采用原方案366.0 m 以下右岸臨時石渣回填上壩道路汽車直接倒運至入倉口方案進行366.0 m～397.5 m 碾壓混凝輸送，上壩道路石渣回填工程量將急劇增大且路面高邊坡更大，坡度更陡，且為單行道的汽車倒運時間更長，安全風險翻倍，原有的20 t 自卸汽車倒運至入倉口的40 m3/h 運輸能力將直線下降，不能滿足層間碾壓混凝土覆蓋需求強度34.89 m3/h 的要求，無法滿足碾壓混凝土層間結(jié)合質(zhì)量要求。和造成自卸汽車積壓，拌合站閑置。應用負壓溜槽皮帶機組合輸送系統(tǒng)運送混凝土與原方案相比：右岸366.0 m～397.5 m 臨時上壩路僅石渣修路一項單次轉(zhuǎn)運成本46.02 萬元與負壓溜槽皮帶機組合輸送系統(tǒng)制作安裝維護成本13.42 萬元相比，就可為本工程直接節(jié)省成本32.6 萬元，而碾壓混凝土提前順利封頂更為本工程帶來無形的經(jīng)濟效益和社會影響力。

6 結(jié)語

漢陰洞河水庫樞紐工程碾壓混凝土雙曲拱壩負壓溜槽皮帶機組合輸送系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單、實用、經(jīng)濟、快捷，解決了左岸無施工道路混凝土碾無法入倉和31.5 m 垂直高差混凝土輸送問題。此系統(tǒng)經(jīng)受住了6.06 萬m3碾壓混凝的考驗，輸送過程滿足最大倉面層間混凝土覆蓋強度需求，輸送到倉面碾壓混凝土無飛濺，骨料均勻無分離現(xiàn)象，效果良好，確保了2017 年大壩碾壓混凝土提前順利封頂。