超百米滿管在碾壓混凝土輸送中的設(shè)計與運用

王薇 黃樹鵬

萬家口子水電站擋水大壩高167.50m，在碾壓混凝土雙曲拱壩中目前屬于世界上第一高。為解決壩址區(qū)山高坡陡、峽谷險峻，入倉施工道路布置困難的問題，通過對混凝土垂直運輸方式的比較，研制并采用了超百米級的滿管系統(tǒng)作為碾壓混凝土輸送入倉手段，成功實現(xiàn)了壩體碾壓混凝土的優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟、快速施工，并取得良好的技術(shù)、經(jīng)濟和社會效益。該超百米級滿管的設(shè)計與運行使用注意事項值得類似工程借鑒。

水利水電工程施工;碾壓混凝土;垂直運輸;滿管

萬家口子水電站擋水建筑物為碾壓混凝土雙曲拱壩，壩高167.50 m，屬此壩型中目前已/在建中的世界第一高。因受壩址區(qū)深“V”形峽谷陡峻地勢的限制，壩體在通過填筑道路進行自卸汽車入倉澆筑至1350.0m高程后，需再尋求其他合理的入倉方式以滿足入倉強度要求，以及碾壓混凝土施工條件和施工質(zhì)量要求。

結(jié)合萬家口子水電站工程現(xiàn)場實際，從經(jīng)濟性、質(zhì)量保證程度等方面綜合考量，因滿管區(qū)別真空溜管、塔帶機等其他垂直運輸手段具有：混凝土料運輸線路短（僅500.0m）;只需修筑壩頂一個卸料平臺;管身磨損小，可再回收利用;購置、安裝和運行維護成本相對較低;管身中料的運動速度低，易于控制;可有效防止骨料分離等顯著優(yōu)點，最終確定采用滿管+自卸汽車方式進行壩體碾壓混凝土入倉施工。

萬家口子大壩碾壓混凝土入倉的工藝流程：右岸拌合系統(tǒng)集中拌制混凝土，通過自卸汽車接、卸料到右岸壩頭滿管頂部進料斗，進入滿管，經(jīng)底部出口閥門控制出料，倉內(nèi)自卸汽車轉(zhuǎn)運入倉。

滿管系統(tǒng)布置于大壩1350.0 m～1452.5 m高程之間，傾角約47°，整個系統(tǒng)長度超百米。布置有φ800滿管共四段，其中1#、2#滿管接右岸壩頭料斗，布置于1408.3 m～1449.0 m高程，負(fù)責(zé)1408.0 m至1452.5 m高程混凝土的入倉;3#、4#滿管通過電動平板閥門與調(diào)節(jié)料斗分別與1#、2#滿管相接，布置于1350.0m～1406.5m高程，負(fù)責(zé)1350.0 m至1406.0 m高程混凝土的入倉。

滿管結(jié)構(gòu)設(shè)計包含有以下四個部分：料斗、控制閥門、管身及其支撐結(jié)構(gòu)。

為了保證混凝土連續(xù)下料和達到滿管的效果，壩頭設(shè)計一容積約為20 m3的進料斗。1#與3#滿管、2#與4#滿管之間各設(shè)置一10 m3調(diào)節(jié)料斗。料斗均為鋼結(jié)構(gòu)，管體鋼板材質(zhì)為16Mn，板厚10 mm。料斗臨空面設(shè)置0.6 m寬的周邊平臺，安裝1.2 m高欄桿進行攔護。料斗頂部設(shè)置防雨棚。

右岸壩頭進料斗、調(diào)節(jié)料斗以及出料口處均設(shè)一平板閥門，閥門的啟閉動力均采用電力。

滿管標(biāo)準(zhǔn)圓形管節(jié)長為1.5 m，斷面尺寸為φ800 mm;與料斗相連或與閥門相接處設(shè)彎段、漸變段。滿管管身由8 mm厚16Mn鋼制成，標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)分整圓管身和分半管身兩種，兩種管身間隔布置。

滿管底部主要的支承受力桿件為I12鋼架，其搭設(shè)參數(shù)為1.1 m×3.0 m×2.0 m（橫距×縱距×步距），其縱向利用φ48×3.5鋼管形成剪力撐進行穩(wěn)固;同時，滿管底部豎向每5m設(shè)一φ273×8鋼管，橫擔(dān)使用型鋼I10，縱橫連系梁使用型鋼I12;每2 m布設(shè)一道φ20斜拉拉筋;滿管底部采用φ48×3.5鋼管滿堂搭設(shè)腳手架以輔助支承上部荷載，并兼作為整個支承結(jié)構(gòu)的施工用排架;支承架兩條滿管中間位置由φ48×3.5鋼管形成約1.0m寬人行步梯，步梯護欄高1.0 m，并每間隔9 m設(shè)置一道休息平臺。

碾壓混凝土屬干硬性貧水泥混凝土，需要流水化連續(xù)澆筑，對混凝土的施工強度、和易性、可碾性等要求較高。由于滿管系統(tǒng)輸送高差較大，線路較長，要保證碾壓混凝土質(zhì)量，做到不堵塞、不分離，并提高輸送能力，對其操作工藝、材料、性能以及現(xiàn)場運行管理等各方面都有較高的要求。通過總結(jié)，得出以下滿管設(shè)計與運用注意事項：

（1）干硬的碾壓混凝土料下落過程中與管身接觸會發(fā)生摩擦阻力，會對管身造成一定的磨損，故滿管管身的材質(zhì)應(yīng)選用高強、耐磨的材料。操作時嚴(yán)格按照“滿”管運行，可以降低磨損程度。滿管運行間隙，需安排專人以目測、敲擊等方式檢查底面鋼板是否有磨損或擊穿，以便及時處理：底面增設(shè)鋼襯板、翻轉(zhuǎn)或更換管節(jié)。對滿管系統(tǒng)每月定期進行不少于二次的保養(yǎng)。

（2）滿管設(shè)計使用整圓管身和分半管身兩種。因滿管底部較易磨損、擊穿，設(shè)計分半管身目的在于：當(dāng)管底面磨穿時，將頂面翻轉(zhuǎn)至底面即可繼續(xù)送料。此外，分半管身還可充當(dāng)檢修門，以便及時檢查和清理出管內(nèi)的廢碴、棄料，保證管路的暢通。分半管身設(shè)計加工時只需在整圓管身基礎(chǔ)上增加中部連接板及相應(yīng)加勁板。為拆裝方便，管身每節(jié)或每半節(jié)間均采用法蘭螺栓連接，其間設(shè)置橡膠墊。

（3）滿管設(shè)置傾角應(yīng)大于45°。經(jīng)架設(shè)滿管1340.0 m～1350.0 m高程試驗段運行后得知，滿管設(shè)置傾角小過45°時，輸送碾壓混凝土料的流動性極差，極易發(fā)生堵管，大于45°后明顯得到改善。

（4）由于超百米滿管運輸線路較長，故需結(jié)合壩體變坡或?qū)嵤┩ǖ狼闆r在中部增設(shè)調(diào)節(jié)料斗，進行滿管“串聯(lián)”。萬家口子項目滿管系統(tǒng)在中部1406.0 m～1408.0 m高程間每管增設(shè)有一級10 m3料斗，用于排除管內(nèi)多余氣體，調(diào)節(jié)混凝土下落速度，及起二次混合的作用。

（5）為便于滿管自下而上安裝，設(shè)計利用支承結(jié)構(gòu)中的I12鋼充當(dāng)滑槽，管身通過壩頭的吊車牽引鋼絲繩進行緩慢下滑而完成初始定位，而后人工進行就位后調(diào)整，管身底部連接板與I12鋼間最終經(jīng)“L”型Φ32鋼筋焊接固定。

（6）滿管管身必須設(shè)置有充足的通氣孔。通氣孔若設(shè)置不足或過小，將無法順暢排出管內(nèi)氣流（特別是在頭車卸料時）。管內(nèi)氣壓流上竄容易將混凝土料頂死于管身內(nèi)而使其無法順利下落，對物料的輸送極為不利，而且排氣不暢還會引起管身顫動及通氣孔飛料，從而影響滿管自身結(jié)構(gòu)安全及周邊人員、機械安全。實踐證明，每節(jié)管身均須設(shè)置通氣孔，且通氣孔鋼管由原設(shè)置Φ48，L=10 cm調(diào)整成Φ110，L=5 cm（管頂焊接φ12鋼筋以避免飛料）后，能有效地排出管體多余氣體，使得下料順暢，減輕管身晃動。

（7）閥門需避免變速箱速比設(shè)置過大而導(dǎo)致開啟動力不足。實踐中，閥門變速箱速比由1240轉(zhuǎn)/min調(diào)整為800轉(zhuǎn)/min后，啟閉動力較能適應(yīng)碾壓混凝土輸送時的閥門啟閉。

（8）滿管各料斗、出口及管身需根據(jù)部位的不同設(shè)置不同功率的附著式振搗器，以起到加振消堵的作用。實踐中，滿管各料斗及出口處每側(cè)設(shè)1臺0.75 kw的附著式振動器，管身每5 m設(shè)1臺0.5kw的附著式振動器，可以起到加振消堵而又不至于因動力過大而產(chǎn)生擠壓振實影響下落的效果。

當(dāng)加振和人工敲擊也無法消堵時，需立即通知拌合系統(tǒng)暫停拌料，并盡快拆管進行人工鋼釬、鐵鍬消堵。滿管運行值班人員需備好拆管用的扳手、氧割等工具，配備對講機與拌合系統(tǒng)及倉面要料人員保持溝通。

（9）滿管在輸送碾壓混凝土料前必須潤管。下料前，關(guān)閉滿管出口閘門，引φ100鋼管往進料口內(nèi)充水，直到管身全部滿水濕潤。

（10）“滿”管后方能開啟出口閥門進行卸料。來料需保持進料斗存儲混凝土量在其斗容的1/3～1/4左右，通過調(diào)整出口閥門開合度控制滿管整體出料速度，確保盡量勻速，以避免發(fā)生物料脫節(jié)。保證“滿”管輸送，是防止骨料分離，減少管身磨損的關(guān)鍵環(huán)節(jié)?；炷猎凇皾M”管中的運行速度控制在0.3～0.5 m/s時，運行較易掌控。

（11）碾壓混凝土料普遍粘稠度過大易粘管，應(yīng)通過實驗確定適宜的混凝土外加劑配比，在混凝土外加劑中合理減少保塑劑添加量，可使碾壓混凝土黏稠現(xiàn)象得以改善。

（12）進料點、中轉(zhuǎn)點、出料點均需安裝信號燈。萬家口子項目滿管系統(tǒng)安裝有紅、綠、黃三色信號燈，紅燈亮為停料，綠燈亮供應(yīng)碾壓混凝土二級配料，黃燈亮供應(yīng)碾壓混凝土三級配料。每個點配一個電鈴，出料點每卸滿一車料后打鈴，運料車輛方能駛離。進料點、中轉(zhuǎn)點電鈴僅在出現(xiàn)故障或遇到緊急情況時方打響電鈴。

（13）滿管輸送混凝土量要按倉面需要提前算好，停料時及時通知拌合系統(tǒng)值班人員。當(dāng)需停止供料時，應(yīng)及時放空滿管內(nèi)的混凝土料。為減少混凝土料的VC值損失，并防止堵管，料在滿管中的存放時間需控制在1 h之內(nèi)。放空后要及時清洗滿管系統(tǒng)的料斗和管身，清洗的臟水要通過車運或其他方式引到倉外，以免污染混凝土倉面。

（14）高溫季節(jié)，滿管需采用橡塑復(fù)合等隔熱材料包裹嚴(yán)實，以起到溫控的作用。

（15）為避免汽車接料困難及發(fā)生混凝土離析，應(yīng)使?jié)M管出料口中心距離大壩邊坡巖體大于2.5m，碾壓混凝土自出料口卸料的自由下落高度不超過1.5m。

（16）每層混凝土澆筑完成后，隨澆筑面升高進行拆管和支承結(jié)構(gòu)加固，卸料彎頭上移，按照初裝要求進行安裝加固。

（17）滿管系統(tǒng)用電需做到規(guī)范，絕緣良好。用電線路加設(shè)絕緣管套，夜間保證照明充足，進料點、出料點設(shè)置反光材料以避免遭受機械設(shè)備的碰撞。

萬家口子水電站大壩超百米滿管系統(tǒng)制作成本低，運輸路線短，輸送能力高，經(jīng)其輸送后的碾壓混凝土骨料分離不明顯，碾壓泛漿效果好，技術(shù)、經(jīng)濟指標(biāo)均較為優(yōu)越。該系統(tǒng)的投入使得壩體1350.0m高程以上總共約66萬m3碾壓混凝土輸送任務(wù)順利完成，單位時間產(chǎn)能達到3630 m3/d，經(jīng)過后期壩體取芯及各項試驗結(jié)果表明，碾壓混凝土各項檢測指標(biāo)均滿足規(guī)范和設(shè)計要求，順利實現(xiàn)大壩2017年2月下閘蓄水目標(biāo)。

萬家口子水電站大壩超百米滿管系統(tǒng)設(shè)計與運行管理技術(shù)已獲得《超百米滿管碾壓混凝土輸送系統(tǒng)》（ZL 2018 2 0275741.4）、《碾壓混凝土壩的碾壓混凝土滿管輸送進料裝置》（ZL 2018 2 0271297.9）、《一種用于碾壓混凝土輸送的滿管及支撐結(jié)構(gòu)》（ZL 2018 2 0271537.5）3項實用新型專利授權(quán)，對深“V”形陡峭壩基或是壩體缺口等相似類型工程碾壓混凝土澆筑極具推廣價值。

[1] 高宇，盤春軍，盧山.萬家口子水電站碾壓混凝土雙曲拱壩工程綜述[J].紅水河，2020，39（1）：1-6.

[2] 杜漢清.碾壓混凝土垂直輸送施工技術(shù)研究與應(yīng)用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2014（10）：110.

[3] DL/T 5144-2015.水工混凝土施工規(guī)范[S].

（China Energy Engineering Group Guangxi Hydroelectric Construction Bureau Co.， Ltd.， Nanning? Guangxi? 530001）

： With its height of 167.50m， the water-retaining dam of Wanjiakouzi Hydropower Station is currently the world's highest RCC double-curvature arch dam. Because high hills， steep slopes and precipitous valleys are covered around the dam site area， it is very difficult to lay out the construction road connecting to the working face. By comparison of vertical concrete transportation methods， over 100-meter full pipe transportation system have been developed and adopted as a means of transporting RCC into the working face， which has achieved good technical， economic and social benefits. Practice has proven that the method is worthy of reference for similar projects.

： construction of hydraulic engineering; RCC; vertical transportation; full pipe