(中國水利水電第九工程局有限公司，貴陽，550081)

1 工程概況

西藏某水電站位于西藏自治區(qū)山南地區(qū)桑日縣境內(nèi)，工程區(qū)距桑日縣城公路里程約43km，距山南地區(qū)行署澤當(dāng)鎮(zhèn)約78km，距拉薩市約219km；為二等大(2)型工程，電站樞紐建筑物主要由擋水建筑物、泄洪消能建筑物、引水發(fā)電系統(tǒng)及升壓站等組成。

該水電站混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)規(guī)劃布置于壩址左岸下游1.2km處，系統(tǒng)承擔(dān)大壩及廠房等主體工程約280.0萬m3混凝土生產(chǎn)任務(wù)。大壩及廠房等主體工程施工期間，混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)需滿足混凝土高峰月強度16.0萬m3/月。

大壩及廠房等主體工程施工期間，混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)具備生產(chǎn)各種級配(一～三級配)、各種類(常態(tài)、碾壓)常溫、預(yù)熱(11月～3月)、預(yù)冷(5月～9月)混凝土，滿足預(yù)冷混凝土高峰澆筑強度16萬m3/月，預(yù)熱混凝土高峰澆筑強度10萬m3/月，預(yù)冷混凝土出機口溫度按≤9℃設(shè)計，預(yù)熱混凝土出機口溫度按≥10℃設(shè)計。

預(yù)冷混凝土澆筑高峰當(dāng)月，碾壓混凝土強度約為11.5萬m3/月，常態(tài)混凝土強度約為4.5萬m3/月；另外，本工程預(yù)冷常態(tài)混凝土高峰強度約為7.5萬m3/月(碾壓混凝土高峰澆筑月與常態(tài)混凝土高峰澆筑月不重疊)。

2 地形地質(zhì)條件及氣候環(huán)境

2.1 工程區(qū)地質(zhì)條件

工程區(qū)屬高山峽谷地貌，河流以N15°E流經(jīng)壩址，壩址段河道順直，河谷狹窄，呈較對稱的“Ⅴ”型，枯水期水位高程3371.9m，水面寬92.4m～123.8m。壩址區(qū)出露地層巖性為喜山期黑云母花崗閃長巖，局部夾黑云母角閃石英閃長巖條帶狀巖脈，厚30cm～50cm，局部3m～5m，兩者多呈裂隙接觸，局部呈熔融接觸。第四系由沖洪積、崩坡積、冰水堆積、泥石流堆積組成。

2.2 混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)地質(zhì)條件

混凝土系統(tǒng)場地位于壩址左岸下游1.2km，天然地面高程3360.0m～3410.0m，地形坡度13°～26°。場地下游發(fā)育大古溝，大古溝為小型、低頻泥石流溝，近50年未爆發(fā)過泥石流。

大古溝流域面積2.62km2，溝長2.9km，溝谷縱坡624‰，大致將溝域劃分為三個區(qū)，高程4150m以上為物源區(qū)，高程4150m～3470m為流通區(qū)，高程3470m以下為堆積區(qū)。溝內(nèi)松散固體物源96.98萬m3，可參與泥石流活動的不穩(wěn)定物源為11.49萬m3。

3 混凝土系統(tǒng)生產(chǎn)工藝及布置選擇

該水電站工程混凝土系統(tǒng)布置在下游永久交通橋與砂石系統(tǒng)之間，混凝土系統(tǒng)與砂石系統(tǒng)采用膠帶機無縫連接，砂石系統(tǒng)成品料倉、也是混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)的砂石骨料調(diào)節(jié)料倉。砂石系統(tǒng)與混凝土系統(tǒng)處于同一平臺上，高差小，且場地狹窄，整個混凝土系統(tǒng)的布置場地僅為200m×70m，要布置三座拌和樓或拌和站、以及相應(yīng)的粉灰系統(tǒng)、預(yù)冷系統(tǒng)、預(yù)熱系統(tǒng)、拆包系統(tǒng)、配電系統(tǒng)及供風(fēng)系統(tǒng)等。

根據(jù)工程區(qū)環(huán)境條件和混凝土設(shè)計要求，混凝土在生產(chǎn)過程中，不同的時段需采取預(yù)冷或預(yù)熱才能滿足生產(chǎn)要求，而且預(yù)冷混凝土出機口溫度不大于9℃，采用拌和樓樓上風(fēng)冷不能滿足制冷要求(根據(jù)預(yù)冷混凝土設(shè)計規(guī)范要求，采用拌和樓樓上風(fēng)冷，冷卻時間應(yīng)不小于2.0h)，只有采用“一次風(fēng)冷+冷水+冰”才能滿足制冷要求。另外，為了控制骨料由溫控料倉輸送到拌和機過程中的溫度回升，需最大限度地縮短溫控料倉至拌和站的物料輸送距離。

基于以上原因，為保證混凝土系統(tǒng)的功能和場地布置，采用拌和樓時，由于上料高度比較高，又需要采用一次風(fēng)冷，上料系統(tǒng)需經(jīng)過多次膠帶機導(dǎo)運才能上到樓頂，需要占用的場地較寬。所以混凝土拌和系統(tǒng)在生產(chǎn)工藝上選用拌和站，以減少上料系統(tǒng)占用場地，另外將一次風(fēng)冷與制冷系統(tǒng)采用復(fù)合型布置，將制冷系統(tǒng)布置在一次風(fēng)冷料倉的底部層，抬高風(fēng)冷料倉的出料高度，同時縮短了一次風(fēng)冷料倉與拌和站之間的距離，提高場地利用率。此外，將三座拌和站并排布置，運輸通道進出口分開，形成環(huán)道，提高出料能力。混凝土系統(tǒng)詳細(xì)布置見圖1。

圖1 混凝土系統(tǒng)布置

4 混凝土系統(tǒng)工藝設(shè)計

4.1 混凝土系統(tǒng)產(chǎn)能設(shè)計計算

根據(jù)上述混凝土系統(tǒng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求，拌和系統(tǒng)設(shè)計按預(yù)冷混凝土高峰月強度滿足16.0萬m3/月進行設(shè)計，三班制生產(chǎn)。按設(shè)計規(guī)范計算混凝土的小時生產(chǎn)強度為：

Qh1=Kh×Qm÷20÷25=1.5×160000÷20÷25

=480m3/h

式中：Qh1——小時生產(chǎn)能力，m3/h；

Kh——小時不均勻系數(shù)，取1.5；

Qm——混凝土高峰月澆筑強度，Qm=160000m3。

取混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)的小時需求生產(chǎn)強度Qh2=480m3/h，其中碾壓混凝土小時需求生產(chǎn)強度為345m3/h(按11.5萬m3/月計算)，常態(tài)混凝土小時需求生產(chǎn)強度為135m3/h(按4.5萬m3/月計算)。

4.2 混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)拌和站設(shè)備選型

根據(jù)本工程拌和系統(tǒng)采用拌和站的結(jié)構(gòu)形式，共配置三座型號為HZ300-2S4500L的拌和站，混凝土的生產(chǎn)能力為300m3/h，預(yù)冷水工混凝土和預(yù)冷碾壓混凝土的生產(chǎn)能力為250m3/h?？紤]到水工混凝土密度大、配比中有大骨料及生產(chǎn)碾壓混凝土等因素，強制式攪拌機降檔使用，單機每盤生產(chǎn)4.5m3混凝土(搗實)，本拌和站配置兩臺德國BHS公司的DKX6.00水工型雙臥軸強制式攪拌機。DKX6.00水工型攪拌機拌制混凝土質(zhì)量優(yōu)良，生產(chǎn)效率高。混凝土出料采用雙斗雙線出料，可以同時生產(chǎn)兩種不同標(biāo)號的混凝土。

4.3 拌和站混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)能力復(fù)核計算

Qh2=60×V×N×K÷(t1+t2+t3)=60×4.5×2×0.85÷(0.33+0.33+1.75)=190.46m3/h

式中：Qh2——拌和站設(shè)計小時生產(chǎn)能力，m3/h；

V——攪拌機容量，m3，按出料計；

N——攪拌機臺數(shù)；

K——時間利用系數(shù)；

t1——裝料時間，可取0.25min～0.33min；

t2——卸料時間，可取0.17min～0.33min；

t3——靜攪拌時間，可取1.5min～1.75min。

綜上所述，單臺HZ300-2S4500L拌和站的生產(chǎn)能力約為190m3/h，則3座拌和站設(shè)計生產(chǎn)能力為：190×3=570m3/h≥Qh1=480m3/h，選用3座HZ300-2S4500L強制式拌和站，滿足大壩及廠房工程施工預(yù)冷混凝土高峰月澆筑強度16萬m3的要求?？梢酝瑫r生產(chǎn)多種混凝土，滿足電站多種混凝土的生產(chǎn)要求。

4.4 水泥及摻和料粉灰罐系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)主體工程混凝土用量計算，得出月高峰強度日平均所需水泥用量約為850t，所需摻和料用量約為620t。根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計手冊》規(guī)范要求，水泥的必要儲備天數(shù)取7d，摻和料的必要儲備天數(shù)取10d，經(jīng)計算得出水泥的必要儲備量為5950t。另外根據(jù)摻和料與粉煤灰在碾壓混凝土的用量計算，應(yīng)為水泥用量的1.5倍左右，由于本工程所在地500km公路范圍內(nèi)沒有發(fā)電廠，所用粉煤灰和摻和料需采用火車從外地運來，應(yīng)加大儲備量，保證系統(tǒng)生產(chǎn)，設(shè)計儲備量為12000t。結(jié)合實際情況，設(shè)1500t粉灰罐共12座，其中水泥灰罐4座，可儲備水泥共6000t，滿足高峰強度7d用量；摻和料粉灰罐8座，可儲備摻和料總量為12000t，滿足高峰混凝土強度15d用量。

4.5 外加劑系統(tǒng)設(shè)計

外加劑車間工藝設(shè)計：1#、2#、3#拌和站的外加劑全部由外加劑車間集中拌制后分別供應(yīng)，主要由外加劑庫房、攪拌池、儲液池和泵房組成。根據(jù)本工程特點，外加劑車間主要配置1套引氣劑攪拌池，3套減水劑攪拌池，2座儲液池(底板面上設(shè)計氣管路均勻攪拌)，每座拌和站均設(shè)計有2套外加劑泵一對一分別供應(yīng)2種外加劑。

4.6 供風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

空壓機車間系統(tǒng)工藝設(shè)計：本系統(tǒng)采取集中供風(fēng)方式為粉灰輸送系統(tǒng)和混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)3座拌和站供風(fēng)，分別在主要用風(fēng)點1#、2#、3#拌和站、預(yù)冷預(yù)熱料倉、成品料倉出口等設(shè)置1m3的儲氣罐，以確保供風(fēng)平穩(wěn)。粉料輸送系統(tǒng)和混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計成2套獨立運行的供風(fēng)管網(wǎng)，同時，將粉灰輸送的用風(fēng)管路與生產(chǎn)系統(tǒng)用風(fēng)管路串聯(lián)，以滿足緊急情況下生產(chǎn)系統(tǒng)用風(fēng)需要。

5 溫控系統(tǒng)設(shè)計

5.1 自然出機口溫度計算

根據(jù)招標(biāo)文件給出的自然條件及混凝土參考配合比，結(jié)合我公司類似工程的經(jīng)驗，對碾壓混凝土(平均配合比)及常態(tài)混凝土(平均配合比)分別在高溫季節(jié)及低溫季節(jié)自然狀態(tài)下的出機口溫度，及其需降(升)溫的幅度進行計算，其計算公式如下：

T01=(ΣTiGiCi+Q)/ΣGiCi

式中：T01——混凝土自然拌和出機口溫度，℃；

Ti——第i種材料的溫度，℃；

Gi——每立方米混凝土中第i種材料的質(zhì)量，kg/m3；

Ci——第i種材料的比熱容，kJ/(kg·℃)；

Q——每立方米混凝土拌和時產(chǎn)生的機械熱，kJ/m3，Q=42Pt/V+δ；

P——攪拌機的電動機功率，kW；

t——攪拌時間，min；

V——攪拌機容量，m3，按有效出料容積計；

δ——運輸和二次篩分增加的機械熱。

計算結(jié)果如表1所示。

5.2 混凝土溫控措施

根據(jù)計算結(jié)果，結(jié)合我公司在混凝土溫度控制方面的施工經(jīng)驗，擬對預(yù)冷混凝土采取加冷水、加片冰、對粗骨料在風(fēng)冷料倉(兼作一次加熱料倉)以及拌和站料倉進行兩次風(fēng)冷的組合溫控措施；對預(yù)熱混凝土采取在成品料倉預(yù)熱小石及砂、在一次加熱料倉及拌和站料倉對粗骨料進行兩次加熱，以及加熱水拌和的溫控組合措施。不同月份、不同種類的混凝土溫控措施組合及采取組合措施后出機口溫度見表2。

表1混凝土自然出機口溫度及需升(降)溫幅度

表2混凝土溫控措施組合

注： A——加4℃制冷水拌制混凝土；

B——加片冰拌和，常態(tài)混凝土每方加30kg，碾壓混凝土每方加20kg～25kg；

C——粗骨料一次風(fēng)冷，常態(tài)混凝土冷至3℃～4℃，碾壓混凝土冷至3℃～4℃；

D——加60℃熱水拌制混凝土。

5.3 溫控系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計

根據(jù)水工混凝土設(shè)計的相關(guān)規(guī)范，制冷系統(tǒng)按混凝土系統(tǒng)高峰期平均產(chǎn)能的1.5倍進行設(shè)計，制冷系統(tǒng)各項參數(shù)如下：

(1)骨料冷卻采用一次風(fēng)冷方式，骨料倉的儲量按4.0h設(shè)計，將骨料G2、G3從16.6℃降至3℃，G4從16.6℃降至4℃，預(yù)留1℃的傳送溫升，一次風(fēng)冷總耗冷量為4078kW；

(2)拌和站內(nèi)用5℃冰水，考慮到輸水系統(tǒng)溫升，實際冰水出水溫度按4℃考慮，實際冰水使用量約為8m3/h，考慮到高原能量損耗大等原因，冰水生產(chǎn)能力按35m3/h，冰水系統(tǒng)總耗制冷量590kW；

(3)通過計算，片冰最大用量為140t/d，片冰生產(chǎn)能力按150t/d配置設(shè)備，同時配置60t庫，調(diào)節(jié)日間高低溫時段。片冰機出口溫度-5℃，考慮冷損，制冷量860kW(因冰庫是24h不間斷開機，冰庫需自帶冷源)；

(4)根據(jù)本工程所在地的氣候特性，冬季不施工碾壓混凝土。通過計算，在最低氣溫時段，只需將水加熱至55℃，就能保證常態(tài)混凝土出機口溫度不低于10℃。根據(jù)用水量和損耗，系統(tǒng)配置兩臺功率為720kW、容量為12m3的電熱水鍋爐，向拌和站供60℃的熱水，保證混凝土出機口溫度不低于10℃。

6 結(jié)語

西藏某水電站混凝土系統(tǒng)位于峽谷地區(qū)，場地狹窄，在充分考慮系統(tǒng)生產(chǎn)能力、溫控要求(預(yù)冷預(yù)熱)的基礎(chǔ)上，選擇合理的生產(chǎn)工藝和設(shè)備配置，既解決了場地狹窄問題，同時縮短了物料輸送距離，減少了預(yù)冷骨料在輸送過程中的能量損失，提高溫控效果。通過提高制冰機的生產(chǎn)能力和配置大庫容的片冰冷庫，保證系統(tǒng)晝夜溫度較大的峰值調(diào)節(jié)能力，保證了混凝土的預(yù)冷質(zhì)量。通過本拌和系統(tǒng)的設(shè)計，為特殊工程環(huán)境的類似工程提供參考。