布料機(jī)與皮帶機(jī)在電站進(jìn)水口混凝土施工中的應(yīng)用

李培豐 趙 斌

(中國(guó)水利水電建設(shè)工程咨詢(xún)北京有限公司，北京 100024)

1 工程概況

雙江口水電站位于四川省阿壩藏族羌族自治州馬爾康市、金川縣境內(nèi)，是大渡河流域水電梯級(jí)開(kāi)發(fā)的上游控制性水庫(kù)工程，上距馬爾康市約46km，下距金川縣城約45km。

壩址位于大渡河上源河流足木足河與綽斯甲河匯合口以下約2km處，控制流域面積約39330km2，多年平均流量502m3/s。電站的開(kāi)發(fā)任務(wù)主要為發(fā)電，采用壩式開(kāi)發(fā)，水庫(kù)正常蓄水位2500m，總庫(kù)容28.97億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容19.17億m3。電站裝機(jī)容量2000MW，多年平均發(fā)電量77.07億kW·h。

雙江口水電站工程樞紐主要建筑物為1級(jí)，次要建筑物為3級(jí)。樞紐工程由攔河大壩、泄洪建筑物、引水發(fā)電系統(tǒng)等組成。引水發(fā)電系統(tǒng)布置于左岸，發(fā)電廠房采用地下式，廠內(nèi)安裝4臺(tái)立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組，采用“單機(jī)單管供水”及“兩機(jī)一室一洞”的布置格局，包括進(jìn)水口、壓力管道、主廠房、副廠房、主變室、出線場(chǎng)、尾水調(diào)壓室、尾水隧洞及尾水塔等建筑物。

電站進(jìn)水口布置在左岸岸邊，人工開(kāi)挖后布置4臺(tái)機(jī)組所需的進(jìn)水口，進(jìn)水口為塔式結(jié)構(gòu)。進(jìn)水塔呈“一”字線并排布置，前緣總寬度112.6m，塔體順?biāo)飨蜷L(zhǎng)33.7m，塔體前緣開(kāi)挖高程2397m，塔基開(kāi)挖高程2395m，進(jìn)水塔底板高程2400m，塔頂高程2508m，塔總高113m，內(nèi)設(shè)攔污柵、檢修閘門(mén)、工作閘門(mén)、通氣孔，頂部設(shè)有儲(chǔ)門(mén)槽、儲(chǔ)柵槽、電纜溝、配電房等，閘墩之間布置有橫撐304根、縱撐120根；塔身背后回填混凝土，回填高程2420～2455m，1號(hào)進(jìn)水塔后設(shè)有一座寬8m的交通橋與15號(hào)公路相連，電站進(jìn)水塔后為20m長(zhǎng)的漸變段與壓力管道相連。

進(jìn)水塔塔身混凝土方量約29萬(wàn)m3、背后回填約4萬(wàn)m3，混凝土澆筑工程量總計(jì)約33.5萬(wàn)m3，鋼筋制安約1.78萬(wàn)t，金屬結(jié)構(gòu)預(yù)埋約500t，固結(jié)灌漿2065m。

2 投標(biāo)混凝土澆筑方法

投標(biāo)時(shí)混凝土澆筑方法：擬布置一臺(tái)K80/115型塔機(jī)和一臺(tái)C7050型塔機(jī)作為進(jìn)水口施工階段垂直運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備。

2.1 混凝土澆筑施工

進(jìn)水塔底板長(zhǎng)112.6m，寬33.7m，厚5.0m，按結(jié)構(gòu)和永久分縫位置，分成4塊。根據(jù)招標(biāo)文件和施工規(guī)范要求，結(jié)合強(qiáng)弱約束區(qū)對(duì)分層高度的限制，底板分3層澆筑，第①、③層層高均為1.5m，第②層層高為2.0m。底板混凝土采用分塊跳倉(cāng)澆筑。在完成第②層澆筑后穿插進(jìn)行底板固結(jié)灌漿。

進(jìn)水塔底板采用自卸汽車(chē)配合塔機(jī)進(jìn)行澆筑，進(jìn)水塔底板最大單倉(cāng)面積為964m2，底板混凝土采用臺(tái)階法澆筑，分3～4個(gè)臺(tái)階澆筑，臺(tái)階高度為50cm，入倉(cāng)強(qiáng)度最低為28.6m3/h，采用2臺(tái)塔機(jī)共同澆筑入倉(cāng)。

2.2 進(jìn)水塔塔身混凝土施工

進(jìn)水塔塔身高113m，順?biāo)鞣较蚍譃閿r污柵、進(jìn)水閘段和墻后回填段，按結(jié)構(gòu)和永久分縫位置將進(jìn)水塔和墻后回填段分成8塊。根據(jù)招標(biāo)文件和施工規(guī)范要求，進(jìn)水口塔身分為61層，墻后回填段分為14層。

進(jìn)水塔混凝土采用自卸汽車(chē)運(yùn)輸，2臺(tái)塔機(jī)吊3～6m3罐垂直入倉(cāng)，由于塔身高度較高，前期2臺(tái)塔機(jī)均布置在進(jìn)水口前沿的2397m高程平臺(tái)，后期待墻后回填混凝土澆筑完成后，將一臺(tái)K80/115塔機(jī)布置在墻后2455m高程回填混凝土上。

2.3 縱橫撐施工

攔污柵閘和主塔體之間采用隔墻和縱撐連接，縱橫撐斷面尺寸較小，縱撐斷面尺寸為1.5m×1.5m，橫撐斷面尺寸為0.8m×1.5m，共八排(見(jiàn)圖1)?？v、橫撐的澆筑采用滿(mǎn)堂腳手架支撐散裝組合模板，混凝土采用塔機(jī)吊運(yùn)，直接入倉(cāng)。

圖1 進(jìn)水口布置

3 實(shí)際混凝土澆筑方法

通過(guò)進(jìn)水口結(jié)構(gòu)分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工條件勘察，進(jìn)水口處于左岸邊坡，塔機(jī)安裝后操控室及橫桿高度分別位于2455m高程、2510m高程，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際氣象資料分析，全年進(jìn)水口外側(cè)風(fēng)力達(dá)6級(jí)以上的占比約為一半以上，根據(jù)塔機(jī)運(yùn)行安全規(guī)定，當(dāng)風(fēng)力達(dá)到6級(jí)及以上時(shí)將自動(dòng)斷電，無(wú)法正常使用。同時(shí)結(jié)合已建成投運(yùn)水電站施工布置和施工單位在建工程施工布置經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)專(zhuān)題討論，同意將招標(biāo)階段的混凝土施工垂直運(yùn)輸機(jī)械布置調(diào)整為布料機(jī)+皮帶機(jī)布置方式。

3.1 進(jìn)水口上游測(cè)布置塔機(jī)

在進(jìn)水口上游測(cè)布置1臺(tái)K80/115型塔機(jī)主要負(fù)責(zé)模板、鋼筋吊裝和打雜等工作，同時(shí)負(fù)責(zé)2475m高程以下少量盲區(qū)混凝土澆筑和2475m高程以上布料機(jī)施工盲區(qū)的進(jìn)水口混凝土澆筑。塔吊布置分兩個(gè)階段進(jìn)行。

第1階段布置在進(jìn)水口攔污柵上游側(cè)2397m高程平臺(tái)上，將進(jìn)水口混凝土澆筑到2455m回填混凝土設(shè)計(jì)高程。

第2階段將塔吊拆裝到進(jìn)水口2455m高程回填混凝土平臺(tái)上，將進(jìn)水口混凝土澆筑到2508m設(shè)計(jì)高程。

由于塔吊單件重量較大，起吊高度又高，進(jìn)水口結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不能從2397m高程直接拆裝到進(jìn)水口2455m高程回填混凝土頂面平臺(tái)上，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有其他的施工道路通到進(jìn)水口2455m高程回填混凝土頂面平臺(tái)。通過(guò)進(jìn)水口結(jié)構(gòu)分析和現(xiàn)場(chǎng)施工道路情況研究分析，塔吊拆裝布置方法如下：

在進(jìn)水口右側(cè)外泄洪洞豎井2475m高程平臺(tái)到2440m高程平臺(tái)6號(hào)水池施工道路之間修一條支路通道至進(jìn)水口右側(cè)開(kāi)挖邊坡，這條支路簡(jiǎn)稱(chēng)塔吊拆裝運(yùn)輸?shù)缆贰?/p>

在進(jìn)水口右側(cè)開(kāi)挖邊坡到進(jìn)水口右側(cè)2455m高程回填混凝土平臺(tái)之間的空間，布置一座承載力為30tf的貝雷橋進(jìn)行連接。

布置1臺(tái)150t履帶吊、1臺(tái)25t汽車(chē)吊負(fù)責(zé)塔吊拆裝，布置1臺(tái)100t平板拖車(chē)負(fù)責(zé)水平運(yùn)輸。

在進(jìn)水口底板由150t履帶吊和25t汽車(chē)吊負(fù)責(zé)拆除，100t平板拖車(chē)運(yùn)輸路徑為：進(jìn)水口→25-3號(hào)路→25號(hào)路→塔吊拆裝運(yùn)輸?shù)缆贰惱讟颉M(jìn)水口2455m高程塔吊安裝平臺(tái)。其后，150t履帶吊和25t汽車(chē)吊重新布置在進(jìn)水口右側(cè)2455m高程回填混凝土平臺(tái)上進(jìn)行塔吊安裝。

3.2 進(jìn)水口結(jié)構(gòu)內(nèi)布置混凝土倉(cāng)面懸臂雙向皮帶布料機(jī)

在進(jìn)水口結(jié)構(gòu)內(nèi)布置3臺(tái)SHC25型混凝土倉(cāng)面懸臂雙向皮帶布料機(jī)(單臺(tái)布料機(jī)覆蓋半徑R=25m)負(fù)責(zé)整個(gè)進(jìn)水口4臺(tái)機(jī)組混凝土澆筑垂直運(yùn)輸，布料機(jī)單月澆筑強(qiáng)度約3萬(wàn)m3。單臺(tái)布料機(jī)最大生產(chǎn)能力為120m3/h，結(jié)合雙江口水電站進(jìn)水口結(jié)構(gòu)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況布料機(jī)生產(chǎn)能力可在80～100m3/h。布料機(jī)為固定懸臂結(jié)構(gòu)，立柱標(biāo)準(zhǔn)節(jié)L=12m，隨澆筑部位上升可加高立柱滿(mǎn)足倉(cāng)位上升要求。

3.3 澆筑部位外布置皮帶機(jī)供料線

皮帶機(jī)供料線負(fù)責(zé)為倉(cāng)內(nèi)布料機(jī)供料。為滿(mǎn)足布料機(jī)供料要求和皮帶機(jī)輸送要求，皮帶機(jī)供料線需要始終高于布料機(jī)，需要不斷變換位置，分為兩個(gè)階段進(jìn)行皮帶機(jī)供料的布置來(lái)滿(mǎn)足供料要求。

4 施工布置

根據(jù)進(jìn)水口施工總高度，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地形情況，布料機(jī)分3階段供料。

4.1 第1階段供料線布置方式

將進(jìn)水口2397m高程平臺(tái)3號(hào)拌和系統(tǒng)拌和樓出料口作為受料平臺(tái)，在上游側(cè)2397m高程布置一條從拌和系統(tǒng)受料斗到進(jìn)水口倉(cāng)內(nèi)B2布料機(jī)，由3條皮帶機(jī)組成的供料線，皮帶機(jī)立柱布置在2397m高程上(見(jiàn)圖2)?；炷劣?號(hào)拌和系統(tǒng)生產(chǎn)，直接進(jìn)入在上游側(cè)2397m高程布置的皮帶機(jī)供料線，供料線將混凝土從拌和系統(tǒng)受料斗輸送到倉(cāng)內(nèi)B2皮帶機(jī)，再由B2皮帶機(jī)將混凝土轉(zhuǎn)料至B1及B3布料機(jī)，完成進(jìn)水塔2395～2420m高程混凝土澆筑施工，澆筑混凝土約6.9萬(wàn)m3。

圖2 第1階段布料機(jī)與皮帶機(jī)布置

4.2 第2階段供料線布置方式

在進(jìn)水口下游2455m高程平臺(tái)外布置受料平臺(tái)，從受料平臺(tái)到進(jìn)水口倉(cāng)內(nèi)B2布料機(jī)受料斗布置由一條皮帶機(jī)組成的供料線。供料線立柱在進(jìn)水口開(kāi)挖邊坡2435m高程的馬道平臺(tái)上(見(jiàn)圖3)。

圖3 第2階段布料機(jī)與皮帶機(jī)布置

混凝土由3號(hào)拌和系統(tǒng)生產(chǎn)，配備6臺(tái)15t自卸汽車(chē)(混凝土坍落度為50～70mm)由進(jìn)水口2397m高程平臺(tái)運(yùn)輸至2455m高程受料平臺(tái)(運(yùn)距約1.5km)，由受料平臺(tái)到進(jìn)水口B2布料機(jī)的皮帶機(jī)供料線將混凝土輸送到B2布料機(jī)受料斗內(nèi)，再由B2皮帶機(jī)將混凝土再轉(zhuǎn)料至B1及B3布料機(jī)，可完成進(jìn)水塔2420～2456m高程混凝土澆筑施工，澆筑混凝土約12萬(wàn)m3(含塔背回填2萬(wàn)m3)。

4.3 第3階段供料線布置方式

在15號(hào)公路進(jìn)水口3號(hào)機(jī)后邊坡2508m高程平臺(tái)外布置受料平臺(tái)，從受料平臺(tái)供料，由受料平臺(tái)到進(jìn)水口B2布料機(jī)的皮帶機(jī)供料線將混凝土輸送到B2布料機(jī)受料斗內(nèi)，再由B2皮帶機(jī)將混凝土轉(zhuǎn)料至B1及B3布料機(jī)(見(jiàn)圖4)，完成2456～2508m高程塔身澆筑52m，該工況下完成進(jìn)水塔混凝土澆筑約14.6萬(wàn)m3。

圖4 第3階段布料機(jī)與皮帶機(jī)布置

布料機(jī)基礎(chǔ)斷面為3.0m×3.0m×2m(長(zhǎng)×寬×高)，皮帶機(jī)立柱基礎(chǔ)斷面形式為3.0m×3.0m×1.5m(長(zhǎng)×寬×高)。布料機(jī)與皮帶機(jī)具體規(guī)格尺寸：長(zhǎng)度21～55m、寬度650mm、帶速2.5m/s，電機(jī)功率22～45kW；布料機(jī)與皮帶機(jī)立柱尺寸分別為211cm×211cm、186cm×186cm，立柱采用方鋼，每節(jié)立柱間采用高強(qiáng)螺栓連接。

5 對(duì)比分析

目前，進(jìn)水口已澆筑至2455m高程，在布料機(jī)與皮帶機(jī)提升階段利用塔機(jī)+吊管進(jìn)行混凝土澆筑，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際平均澆筑強(qiáng)度為25m3/h,與布料機(jī)+皮帶機(jī)平均澆筑強(qiáng)度80m3/h相比嚴(yán)重偏低。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)施工總結(jié)分析，布料機(jī)混凝土施工強(qiáng)度較塔機(jī)高，通過(guò)已澆筑混凝土強(qiáng)度對(duì)比分析，采用布料機(jī)+皮帶機(jī)施工每倉(cāng)混凝土澆筑時(shí)間節(jié)約1/3，且塔機(jī)屬于特種設(shè)備，安全風(fēng)險(xiǎn)突出，使用布料機(jī)安全風(fēng)險(xiǎn)較塔機(jī)大大降低。進(jìn)水口長(zhǎng)度達(dá)到112.6m，因此需在塔體內(nèi)布置3個(gè)轉(zhuǎn)料立柱，且轉(zhuǎn)料立柱不拆除直接澆筑在塔體內(nèi)部，隨混凝土上升而加高，故立柱方鋼使用量較大。布料機(jī)基礎(chǔ)的具體位置應(yīng)根據(jù)進(jìn)水口設(shè)計(jì)圖紙確定，不得侵占結(jié)構(gòu)邊線，并經(jīng)設(shè)計(jì)代表確認(rèn)同意。另外，由于三期布料機(jī)位置在進(jìn)水塔后面，其中轉(zhuǎn)料立柱在進(jìn)水塔塔背回填混凝土上，轉(zhuǎn)料立柱(倉(cāng)外)需單獨(dú)設(shè)置，且立柱高度較高，總高度約為60m，故需在塔體外側(cè)單獨(dú)設(shè)置的轉(zhuǎn)料立柱上加設(shè)防風(fēng)繩或加裝與塔體間的硬連接。布料機(jī)立柱均澆筑在塔體混凝土內(nèi)部，但皮帶機(jī)轉(zhuǎn)料立柱需在每階段混凝土澆筑完成后及時(shí)拆除。

由于布料機(jī)和皮帶機(jī)立柱需提前施工，且安裝完成長(zhǎng)達(dá)2月之久，為保證進(jìn)水口大體積混凝土能夠連續(xù)澆筑，在上一階段布料機(jī)完成工作前需提前進(jìn)行下一階段布料機(jī)的規(guī)劃與安裝。結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn)，布料機(jī)與皮帶機(jī)立柱較高，在皮帶機(jī)轉(zhuǎn)料過(guò)程中，需增設(shè)緩降措施，以防止混凝土由于下料高度過(guò)高導(dǎo)致骨料離析，倉(cāng)外轉(zhuǎn)料立柱安裝有鋼制蛇形溜管用于混凝土垂直方向下降，但在布料機(jī)端頭倉(cāng)內(nèi)下料則采用柔性橡膠溜筒，在保證混凝土質(zhì)量的同時(shí)能夠確保安全。另外由于布料機(jī)在倉(cāng)內(nèi)可進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)，只存在極小一部分盲區(qū)，對(duì)于小盲區(qū)可以臨時(shí)采用塔機(jī)+吊罐入倉(cāng)輔助措施。

由于混凝土拌和系統(tǒng)布置在進(jìn)水口2400m高程平臺(tái)，故混凝土運(yùn)輸距離大大縮短，在布料機(jī)與皮帶機(jī)滿(mǎn)足澆筑強(qiáng)度前提下，混凝土運(yùn)輸平板汽車(chē)數(shù)量及總體運(yùn)輸能力略大于拌和系統(tǒng)生產(chǎn)能力。

6 施工要點(diǎn)

施工場(chǎng)地面積須足夠大,才能夠滿(mǎn)足布料機(jī)與皮帶機(jī)布置要求，能夠滿(mǎn)足布料機(jī)與皮帶機(jī)空間上旋轉(zhuǎn)、伸縮要求。雖然布料機(jī)與皮帶機(jī)制作使用成本較普通塔機(jī)偏高，但其適應(yīng)自然環(huán)境能力較好，且輸運(yùn)能力強(qiáng)，大體積、大倉(cāng)位混凝土澆筑施工使用效果顯著，工期較快、澆筑強(qiáng)度高，入倉(cāng)速度快，費(fèi)用經(jīng)濟(jì)合理?；炷涟韬拖到y(tǒng)實(shí)際生產(chǎn)能力應(yīng)與布料機(jī)輸送能力相匹配，方可發(fā)揮布料機(jī)與皮帶機(jī)高強(qiáng)度輸送能力。

當(dāng)混凝土有溫控要求時(shí)，也可輸送溫控混凝土，混凝土從收料斗輸送到倉(cāng)內(nèi)速度很快，在2min左右時(shí)間，混凝土溫升不到1℃，故對(duì)溫控混凝土影響極小，可忽略不計(jì)，但應(yīng)考慮拌和時(shí)間延長(zhǎng)對(duì)混凝土拌和生產(chǎn)能力的影響。

使用布料機(jī)與皮帶機(jī)前，應(yīng)在倉(cāng)內(nèi)提前策劃好布料機(jī)與皮帶機(jī)立柱位置，同時(shí)避開(kāi)結(jié)構(gòu)線，盡可能做到在后續(xù)混凝土澆筑過(guò)程中不調(diào)整立柱位置或不增加臨時(shí)立柱，立柱在倉(cāng)內(nèi)直接加高即可。

雨季混凝土施工時(shí)，可在固定皮帶機(jī)上安裝防雨棚，在運(yùn)輸平板汽車(chē)上加設(shè)自動(dòng)覆蓋帆布裝置，既能保溫又兼有防雨功能。

7 結(jié) 語(yǔ)

采用布料機(jī)+皮帶機(jī)方式澆筑電站進(jìn)水口混凝土，施工效率高，安全風(fēng)險(xiǎn)低，不受自然環(huán)境條件制約。使用前提是現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地足夠大。