布料桿在溧陽抽水蓄能電站地下廠房機組混凝土施工中的應用

胡 其 林，　劉　聰

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都　610066)

布料桿在溧陽抽水蓄能電站地下廠房機組混凝土施工中的應用

胡 其 林，劉聰

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都610066)

摘要：布料桿是一種混凝土澆筑作業(yè)中泵送混凝土的末端輸送設備?；炷凛斔捅昧隙分械幕炷猎诒盟凸ぷ鲏毫ο?，通過混凝土輸送管路和布料桿主梁架的回轉連續(xù)輸送至施工現(xiàn)場布料范圍內(nèi)的所有布料點。因其具有價格低廉、操作方便、性能穩(wěn)定、維護簡單、移動及安拆方便等特點，布料桿在公路、橋梁及高層建筑等建筑行業(yè)中得到了廣泛的推廣和應用，但其在水利水電工程施工中的應用相對較少。介紹了溧陽抽水蓄能電站地下廠房機組混凝土施工過程中入倉手段的選擇及布料桿在澆筑過程中的應用，對布料桿的施工工藝和施工方法進行了闡述，可為類似廠房機組混凝土工程提供一定的借鑒。

關鍵詞：溧陽抽水蓄能電站；布料桿；地下廠房；機組混凝土

1概述

水利水電工程地下廠房土建施工因其與機電安裝干擾大、作業(yè)環(huán)境特殊、空間環(huán)境受限等因素而造成機組混凝土澆筑入倉手段十分有限。如何在確保施工質量的前提下利用有限的施工條件和手段，縮短作業(yè)時間，降低勞動力投入，減輕作業(yè)人員的勞動強度，節(jié)約成本，提高混凝土澆筑施工效率，對地下廠房機組混凝土施工來說具有重要的意義。

溧陽抽水蓄能電站地下廠房系統(tǒng)由主廠房、地下副廠房、主變洞和尾水閘門室組成，其中主廠房由主機間、安裝間組成。地下廠房垂直埋深約為230～260 m，主廠房總寬度約為23.2 m，總長度約為203 m，廠房頂部開挖高程為-16.05 m，主機間凈高約為47 m。主機間自下而上分為錐管層、蝸殼層、水泵水輪機層、母線層和電動發(fā)電機層。根據(jù)設計要求，主機間尾水肘管以上(高程-59.6 m至高程-41.5 m)混凝土屬于機組混凝土(圖)1。

溧陽抽水蓄能電站地下廠房機組混凝土工程由中國水利水電第五工程局有限公司第一分局負責承建，在混凝土澆筑過程中，面對地下廠房各種不利的施工條件，我們對施工設備的選擇及具體的澆筑方法進行了深入地探討和不斷的優(yōu)化，取得了較好的效果，筆者簡述于后。

圖1　溧陽抽水蓄能電站地下廠房結構示意圖

2混凝土入倉強度及入倉設備的選擇

由于抽水蓄能電站多為可逆式水泵水輪發(fā)電機，運行中同時存在發(fā)電及抽水兩種工況，加之其發(fā)電水頭較大，從而造成廠房內(nèi)機組運行中的振動亦相對較大。為確保電站運行安全，在設計過程中機組混凝土相對而言體積較大，配筋也較密集。筆者以溧陽抽水蓄能電站地下廠房為例進行闡述。該電站地下廠房機組混凝土蝸殼保壓層及機墩層的外包混凝土厚度均超過3 m，而水輪機層、母線層及發(fā)電機層樓板由于采用了暗梁厚樓板設計，樓板厚度分別達到800 mm、600 mm和700 mm?；炷磷钚∪雮}強度按下式計算：

Q=(S×D)/T

式中S為最大樓板面積，取630 m2；D為每層最小鋪料厚度，取0.3 m；T為混凝土初凝時間，取4 h。經(jīng)過計算可知：混凝土最小入倉強度Q=630×0.3/4.0=47.25(m3/h)。在確保不發(fā)生冷倉的前提下完成如此大面積以及大方量的混凝土澆筑給混凝土入倉設備及澆筑手段的選擇帶來了很大的難度。

在溧陽抽水蓄能電站地下廠房機組混凝土施工過程中，我們對 “橋機+吊罐”和混凝土輸送泵的優(yōu)缺點(表1)及輸送強度進行了相關的分析對比。

表1　“橋機+吊罐”及混凝土輸送泵優(yōu)缺點對比表

(1)“橋機+吊罐”方案。經(jīng)查證溧陽抽水蓄能電站地下廠房橋機的主要技術參數(shù)得知，“橋機+吊罐”混凝土輸送強度可由下式測算：

Q1=Vmax×60/T1

式中Q1為“橋機+吊罐”混凝土輸送強度；Vmax為吊罐單次最大裝料容量，現(xiàn)場采用8 m3立罐，取8 m3；T1為橋機完成單次混凝土輸送所需要的總時間，T1=t1+t2+t3+t4+t5，其中t1為橋機大車運行耗時；t2為橋機小車運行耗時；t3為橋機起重提升耗時；t4為橋機入倉卸料后返程耗時；t5為吊罐裝、卸料過程耗時。經(jīng)現(xiàn)場測算后t1 取 11.5 min，t2 取 1.3 min，t3 取 5 min，t4 取

8.9 min，t5取15 min，T1=41.7 min。經(jīng)計算得知：“橋機+吊罐”混凝土輸送強度Q1=8×60/41.7=11.5(m3/h)。

(2)混凝土輸送泵方案。由于客觀原因的存在，混凝土輸送泵的實際輸送強度往往低于理論輸送強度。溧陽抽水蓄能電站地下廠房施工現(xiàn)場選用的HBT60型混凝土輸送泵之單臺輸送泵的實際輸送強度可由下式測算：

Q2=Qmax×a1×η

式中Q2為混凝土輸送泵的實際輸送強度；Qmax為混凝土輸送泵理論輸送強度，取60 m3/h；a1為配管條件系數(shù)，取0.8～0.9；η為作業(yè)效率，根據(jù)混凝土攪拌運輸車供料的間斷時間、拆裝泵管和布料停歇等情況，取0.5～0.7。經(jīng)計算得知：單臺HBT60型混凝土輸送泵的實際輸送強度為Q2=60×0.9×0.7=37.8(m3/h)。

將兩種方案進行對比并結合地下廠房現(xiàn)場實際施工條件，從混凝土入倉輸送強度、場地條件及施工干擾等方面出發(fā)，最終確定將混凝土輸送泵方案作為地下廠房機組混凝土澆筑過程中的主要入倉手段。與此同時，由于澆筑面積及方量較大，單臺混凝土輸送泵無法完全滿足入倉強度需要，因而在實際施工中考慮在廠房上下游部位各布置一臺混凝土輸送泵。除此之外，為防止堵管及設備故障等突發(fā)情況造成混凝土澆筑中斷而影響工程質量，利用橋機布料靈活的特點，將橋機吊運吊罐作為一種輔助或應急入倉手段投入到實際施工過程中。

然而，在實際施工過程中，由于地下廠房狹窄的空間以及十分有限的交通運輸條件，在大多數(shù)情況下并不具備同時布置兩臺混凝土輸送泵的條件，與此同時，設備的增加雖然在一定程度上解決了入倉強度的問題，但帶來了施工成本的大大增加，而現(xiàn)場設備、人員的調(diào)度壓力也相應增大，鑒于此，我們經(jīng)過反復探討和研究，最后決定將建筑行業(yè)中已得到成熟應用的布料桿引入到地下廠房機組混凝土施工過程中。

3布料桿的技術性能及其在實際施工過程中的應用

布料桿是混凝土澆筑作業(yè)中泵送混凝土的末端輸送設備，該設備主要由主梁架、平衡架、支撐座、輸送管路等結構構成(圖2)。常見的手動布料桿因其具有價格低廉、操作方便、性能穩(wěn)定、維護簡單、移動及安拆方便等特點，在公路、橋梁及高層建筑等建筑行業(yè)中得到了廣泛的推廣和應用，但在水利水電工程施工中的應用相對較少。

手動布料桿結構設計合理、穩(wěn)定性好、維護使用方便、能夠快速分體組合拆裝、自重輕、移動方便,只需使用小型起重設備即可實現(xiàn)布料桿的快速安裝及轉移；同時，可根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行布置，設備安裝放置靈活方便，在樓板、腳手架及任意平臺上均可操作。通過手動回轉牽引機構，在施工中可輕松地將其回轉，接通管道后即可實現(xiàn)作業(yè)半徑內(nèi)360°無死角全方位布料，從而有效地擴大了一次施工的范圍，降低了勞動強度，減少了混凝土泵送中的布管輔助時間，提高了作業(yè)效率。相對于直接采用混凝土輸送泵布管泵送入倉，該設備能夠顯著減少泵管的安拆作業(yè)并提高混凝土澆筑速度，能夠起到節(jié)省勞動力投入、降低作業(yè)人員勞動強度的效果。

溧陽抽水蓄能電站地下廠房機組混凝土施工過程中，將布料桿作為混凝土輸送泵入倉的一種輔助設備，不僅彌補了混凝土輸送泵覆蓋面小、布料靈活度差的不足，同時，在地下廠房機組特殊的中空結構中很好地發(fā)揮了其環(huán)形布料的優(yōu)點，極大地發(fā)掘出混凝土輸送泵的輸送效率。在布料桿投入使用后，溧陽抽水蓄能電站地下廠房僅需投入一臺BLG-18型手動布料桿(參數(shù)見表2)配合一臺HBT60型混凝土輸送泵，即滿足了機組各部位混凝土入倉強度需要。

在實際應用過程中，結合地下廠房機組混凝土結構及布料桿使用過程中兩者各自的特點，施工中只需將布料桿架設在機組中心位置搭設的平臺上，利用其360°回轉的優(yōu)點，即實現(xiàn)了一次性對機組樓板、邊墻及立柱等結構部位的全范圍覆蓋(圖3)。

圖2　布料桿結構示意圖

型號最大布料半徑/m最大布料高度/m管徑/mm回轉范圍/°配重梁長度/m整機重量/kg配重/kgBLG-18184.21253603.810001500

備注：布料桿高度及長度尺寸可根據(jù)需要定制。

其中，對于蝸殼保壓層及水輪機層板梁等部位的混凝土澆筑，施工時將布料桿架設在機組下部里襯頂部(高程-52.37 m)搭設的支撐平臺處，平臺下部采用I20工字鋼作為主龍骨，在主龍骨上部間距20 cm均布φ48腳手架鋼管作為次龍骨，次龍骨用φ48鋼管和扣件連成整體后與工字鋼綁扎固定，形成支撐平臺。平臺頂部滿鋪3 cm厚的腳手板，腳手板與平臺綁扎固定，然后再在腳手板上架設布料桿(圖4)。

對于機墩及母線層板梁等部位的混凝土的澆筑，將布料桿架設在機杭上部里襯頂部(高程-49.16 m)搭設的支撐平臺處，平臺型式不變，平臺上部搭設腳手架，腳手架頂部滿鋪、固定3 cm厚的腳手板，然后再在腳手板上架設布料桿(圖5)。

圖3　布料桿控制范圍示意圖

對于風罩及發(fā)電機層板梁等部位的混凝土澆筑，在風罩內(nèi)搭設滿堂紅腳手架平臺，將平臺頂部滿鋪、固定3 cm厚的腳手板，然后再在腳手板上架設布料桿。將腳手架立桿架設在原工字鋼支撐平臺及機墩混凝土上部，立桿鋼管下端設置墊板和掃地桿，架體縱橫相連并根據(jù)實際情況設剪刀撐以確保架體穩(wěn)定。

作業(yè)過程中，布料桿進料彎管前端與混凝土泵管出口端相連，構成完整的泵送施工輸送管路，混凝土輸送泵料斗中的混凝土在泵送工作壓力下，通過混凝土輸送管路和布料桿主梁架的回轉連續(xù)輸送至施工現(xiàn)場布料范圍內(nèi)的所有布料點，從而實現(xiàn)了便捷、快速澆筑。

4施工安全注意事項

(1)布料桿在使用前，應使施工人員了解、掌握布料桿的結構及性能，熟悉其操作方法和注意事項。

圖4　布料桿及支撐平臺布置示意圖(機坑下部里襯)

(2)布料桿操作工須經(jīng)過專業(yè)培訓后由專人負責操控。操作人員應充分了解施工現(xiàn)場，尤其是在布料桿回轉過程中，對其布料半徑范圍內(nèi)應對施工人員進行疏散、對障礙物進行清理或標注，防止其與布料桿發(fā)生碰撞。

(3)在布料桿使用過程中，需安排專人做好監(jiān)護和安全管理工作，一旦發(fā)現(xiàn)有失穩(wěn)跡象，應立即停止供料并著手進行加固工作。

(4)布料桿平衡配重箱原則上不允許與布料桿分開吊運。若一定要分開時，必須用鋼絲繩牽引牢固，并將旋轉彎管固定好后才能進行吊運，且在吊運時信號工必須旁站指揮。

(5)在使用布料桿時，其支腿必須放置在穩(wěn)固、結實的平臺上，平臺必須具有足夠的支撐力；應將主梁架及手動管支好，配重箱加配重；軟管出料口嚴禁加接任何長短的輸送泵管且出料口不得被混凝土堆埋。

(6)布料桿在施工時不可隨意加大布料桿半徑，且不得使用超過規(guī)定的配管。操作時，操作人員可直接用繩子拉動臂架進行轉動并完成澆筑；在混凝土泵送過程中，嚴禁移動布料桿的位置。

圖5　布料桿及支撐平臺布置示意圖(機坑上部里襯)

(7)布料桿的折疊收縮需按順序進行，未用纖繩固定前不得啟動布料桿，嚴禁用布料桿起吊或拖拉物件。

(8)布料桿在停止使用時，底架必須放置在堅固的平臺上，配重嚴禁與機身分離并用繩索牽引牢固。不得隨意增減配重箱內(nèi)的配重材料，以防傾覆。

(9)施工期間，必須定期檢查支腿、塔身、臂架等部位是否開裂、開焊，特別是支腿伸縮節(jié)處，一旦發(fā)現(xiàn)須立即修復；定期檢查拉桿活動處是否磨損，若發(fā)現(xiàn)磨損嚴重的必須予以更換；檢查回轉支承螺栓是否松動、磨損。對設備活動部位應定期加注潤滑脂，確保其回轉靈活。

(10)在完成混凝土澆筑作業(yè)后，需對布料桿管路進行徹底的清洗，管道內(nèi)不得有混凝土殘留。在清洗過程中，嚴禁采用壓縮機空氣沖洗。

5結語

溧陽抽水蓄能電站地下廠房機組混凝土施工通過引進布料桿并將其作為一種混凝土輔助入倉的手段，減少了混凝土泵送過程中泵管的安拆倒運，實現(xiàn)了連續(xù)布料，使得混凝土輸送泵的實際輸送強度達到了理論輸送強度的80%～90%，充分發(fā)揮了混凝土輸送泵的輸送效率，提高了混凝土施工效率。同時，由于安拆泵管工作的減少，混凝土輸送泵停泵時間隨之減少，在一定程度上降低了發(fā)生混凝土泵堵管的風險，避免了發(fā)生冷倉，保證了工程質量。

通過對比投入布料桿前后地下廠房內(nèi)各機組相同部位混凝土澆筑時間及資源投入發(fā)現(xiàn)，澆筑現(xiàn)場人工投入及作業(yè)人員的勞動強度明顯降低。與此同時，由于澆筑時間大大縮短，混凝土施工設備及資源的投入也隨之減少，從而實現(xiàn)了施工成本的有效降低。由此可見：在今后的水利水電工程地下廠房及其他結構部位混凝土施工中，布料桿具有著更大的推廣及應用價值。

收稿日期:2016-04-06

中圖分類號:TV7;TV52;TV53;TV554;TV544

文獻標識碼:B

文章編號:1001-2184(2016)03-0001-05

作者簡介:

胡其林(1986-)，男，湖北黃岡人，助理工程師，學士，從事水利水電工程施工技術與管理工作；

劉聰(1972-)，男，重慶云陽人，項目總工程師，高級工程師，學士，從事水利水電工程施工技術與管理工作.

(責任編輯：李燕輝)