圆形满管在石垭子水电站混凝土垂直运输的应用简介张君雨

圆形满管在石垭子水电站混凝土垂直运输的应用简介张君雨

张君雨

（中国水利水电第九工程局有限公司550081）

摘要：石垭子水电站碾压混凝土重力坝高134.5m，左右两岸山体陡峭，不适宜修建入仓道路，对此，现场采用了圆形满管来进行混凝土的垂直运输，便捷经济地解决了在高陡边坡的条件下，大方量、高强度混凝土运输。

关键词：圆形满管；高陡边坡；高强度；混凝土运输

概述

石垭子水电站大坝工程为碾压混凝土重力坝，最大坝高134.50m，坝顶高程EL547.50m，坝顶全长217.86m。在河床溢流坝段设3孔12×21.5m（宽×高）的溢流表孔。坝体内部主要为三级配碾压混凝土C9015；坝体上游面主要为二级配防渗碾压混凝土C9020；在坝体上、下游面及廊道、孔洞周边为相应强度级配的变态混凝土；大坝碾压（变态）混凝土总方量约70万m³，溢流坝常态混凝土约6万m³。

根据现场的施工条件，大坝EL460m以下的混凝土可采用从坝下游垫渣修建临时入仓道路（浇筑到EL460高程后需要拆除）、自卸汽车直接入仓的方式运输，EL460m以上尚剩约51万m³的碾压混凝土没有直接入仓的通道，现场岸坡陡峻，不能直接修建入仓道路。根据施工进度安排，碾压混凝土浇筑的月最高强度达6万m³，常态混凝土浇筑的月最高强度达2.5万m³。混凝土的运输强度直接制约项目的施工进度，若不采取确实可行的垂直运输方案大坝填筑势必不能按期完成。

运输方案的选择和工艺介绍

从坝顶EL547.5m至EL460m垂直高差87.5m，该高程段的碾压和常态混凝土浇筑方量共计51万m³。解决如此大方量、高强度、高陡边坡的混凝土垂直运输问题，常规采取的基本方式有塔带机、负压溜槽和移动式缆机这三种方式。

使用塔带机和移动式缆机成本过高。负压溜槽的最大输送能力一般不大，且使用过程中顶部的柔性胶带容易敷上混凝土浆液，影响使用。

通过对比，我们选择了在岸坡架设圆形满管垂直运输、仓内自卸汽车水平运输的方案。

方案的入仓工艺顺序为：左岸拌和楼拌制混凝土→汽车水平运输→圆形满管→仓内汽车转运。

圆形满管的设计与施工

圆形满管垂直运输方案简介

满管方案主要是由进口集料斗、管身段、出料口三部分组成，其主要工作原理是通过管壁与混凝土之间的摩擦力同时在出料口预留少量混凝土来减缓混凝土的下降速度，很好的解决了混凝土在垂直运输过程中的骨料分离现象，输送强度大，适用范围广（在岸坡45°~90°的倾角范围内均可适用），操作简单，适用于山区狭谷的大坝工程中。

集料斗设计和制作安装

1、设计

碾压混凝土采用20T自卸汽车运输，考虑集料斗要具有一定储存量，容积设计为21m³。

结合工程的实际情况，先行浇筑左岸1#重力坝段作为集料斗的安装平台，平台上预埋钢板，以便固定集料斗的四根脚支柱。

为便于卸料，料斗上部设计成3m×3.5m×1.2m（长×宽×高）的长方体，料斗下部设计为锥形，高1.5m。

料斗的板材选用δ=6mm厚的A3钢，支柱和料斗加固用型材主要选用10#和8#槽钢。

2、制作安装

集料斗在钢筋加工场先行按照设计图进行下料、制作、焊接拼装成形。验收合格后，运输至1#坝段，用16T吊车将其安装就位。

输料满管设计和制作安装

1、设计

为了保证碾压混凝土200m³/h的强度，输料满管选用直径Φ=800mm的普通钢管，考虑磨损，钢管壁厚选用δ=8mm。管单节长3m，管节之间采用法兰盘连接，法兰之间安装橡胶圈以防碾压混凝土在输送过程中漏浆。

2、制作安装

满管安装的先后顺序依次为：支撑用“灯笼架”安装及加固→钢桁架安装及加固→标准管节安装及加固→下料口安装及加固→中间加强钢斜撑安装及加固→钢索安装及加固。

满管的“灯笼架”和桁架在钢筋加工场下料和焊接，通过坝顶20T固定式缆机将材料吊运至工作面安装及加固。

每隔一级15m高差的马道设置一个钢结构“灯笼架”，在马道之间的开挖坡面上间隔2m增加钢斜撑钢桁架和输料满管。

输料满管安放固定在预先焊接好的钢桁架上，管节的安装按从上至下的顺序依次进行安装及加固。

最后，在岸坡设置抗滑钢索，以防止满管的下移、斜倾等，抗滑钢索选用φ20钢丝绳，共设置5根，抗滑钢索的一端固定于EL475m~EL535m马道上的抗滑桩上，抗滑桩采用3根φ25mm、L=2.0m锚杆束组成，锚杆束外露0.5m。

下料口设计和制作安装

1、设计

下料口上接满管尾部的弯头法兰盘，下料口的上半部为圆变方的渐变段，下部为出料闸阀，采用δ=8mm厚的A3钢板制作加工成型。下料口的中心线尽量保持垂直（保持其与重力线重合，卸料干扰最小）。

2、制作安装

下料口按设计图加工焊接完成后，汽车运输至EL460m仓面，待管节全部安装完成后用16T吊车将其安装就位，使其与满管尾部的弯头法兰盘连接牢固。

集料斗和下料口弧门均采用气动装置控制，用一台3m³电力自动空压机供风。

运行使用情况说明

本次大坝碾压混凝土芯样现场取芯一次完成，在石垭子水电站对现场钻好的芯样进行了取样并运回贵阳。取回的芯样中，二级配Φ200mm芯样在8号坝段，芯样总长约17m；三级配Φ200mm芯样在7号坝段，芯样总长约21m。

通过对石垭子水电站大坝C9020W8F100二级配、C9015W6F50三级配碾压混凝土钻孔芯样的外观描述、容重、抗压强度、抗拉强度、极限拉伸值、静力抗压弹模、抗渗等级、抗冻等级、抗剪断强度的试验及统计分析，得出以下结论：

（1）从大坝二级配和三级配碾压混凝土芯样的外观来看，大部分碾压混凝土的整体密实性较好，芯样表面较为光滑，骨料分布均匀，层间胶结较好，个别芯样存在小气泡和小空洞和骨料分离的现象。依据《水工碾压混凝土施工规范》（DL/T5112-200m）“8.4质量控制和评定”，芯样级别属于良好。

（2）C9020W8F100二级配、C9015W6F50三级配碾压混凝土芯样的抗压强度达到设计要求。

（3）C9020W8F100二级配、C9015W6F50三级配碾压混凝土芯样的的静力抗压弹模值均不高。

（4）C9020W8F100二级配、C9015W6F50三级配碾压混凝土芯样的极限拉伸值测值相比常规室内试验结果略低，主要是芯样的浆体量较室内试件要少，测值符合碾压混凝土芯样的一般规律，所测结果属正常。而三级配碾压混凝土的极限拉伸值比二级配要低，主要是因为三级配碾压混凝土的浆体量比二级配的要少。

（5）C9020W8F100二级配的抗渗等级满足W8的设计要求；C9015W6F50三级配碾压混凝土芯样的抗渗等级满足W6的设计要求。

（6）C9015W6F50三级配的抗冻等级满足F50设计等级、C9020W8F100二级配的抗冻等级满足F100设计等级。

（7）碾压混凝土压水检查共进行128段次压水试验，100%的试段小于1Lu，86.6%的试段小于0.5Lu，15.2%的试段小于0.1Lu。其中最大值0.98Lu，最小值0.09Lu。混凝土整体抗渗性能良好。

综上可知采用圆形满管垂直输送碾压混凝土质量良好，骨料分布均匀，骨料分离极少，整体质量优良。

使用过程中的细节和改进事项

通过对圆形满管的使用和改良，获得以下几点经验：

1、在料斗和管身（尤其是转弯和角度变化处）安装附壁式振捣器，可在产生堵管时振动消堵。

2、保证满管的输送通畅至关重要，除底部液压弧门口径需足够大外，在调节料斗与满管的连接处、满管与液压弧门的连接处设计时要注意连接平滑，以防堵管。管身开设适当的检修门及时清理管内敷上的混凝土和砂浆，保证管路的通畅。

3、满管下料运行时易形成真空和压缩空气，如不及时将管内气体排出，下料时的冲击力很大，不利于结构稳定，故在每一节钢管上开设通气孔与外界连通。

4、弧门采用气动弧门，使弧门操作方便快捷。

5、更大方量的混凝土运输时可采用更为耐磨的材料做输送管身。

参考文献：

[1]黄厚农，费洪武.石垭子水电站高水头过水围堰防冲设计与施工[J].水利水电施工.2011（02）

[2]汪永剑，丁仕辉，何育文，谭万善，孟庆红.高陡坡运输碾压混凝土抗分离溜管的研制与应用[A].广东省水力发电工程学会2012年获奖优秀科技论文集[C].2012