懸臂雙向皮帶布料機(jī)混凝土入倉的設(shè)計與應(yīng)用

孫 永 全， 李 永 山

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

河床式電站發(fā)電廠房(包括主廠房段和安裝間段)底板大體積混凝土施工較為集中、工期緊張及單倉混凝土量大，施工機(jī)械設(shè)備的布置比較緊湊，施工程序復(fù)雜及施工強(qiáng)度高，導(dǎo)致其實現(xiàn)快速連續(xù)入倉較為困難。

筆者闡述了通過采用懸臂雙向皮帶布料機(jī)改善提升防骨料分離爬升皮帶輸送、布料機(jī)水平運輸、瓣膜式緩沖下料筒下料的方式實現(xiàn)混凝土快速連續(xù)高強(qiáng)度入倉、進(jìn)而達(dá)到保障施工質(zhì)量、降低施工成本、加快施工進(jìn)度、增加經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)的過程。筆者所依托的工程為犍為航電樞紐工程。

犍為航電樞紐總庫容為2.27億m3，總裝機(jī)容量為500 MW，為河床式水電站，閘壩式擋水建筑物，Ⅲ級船閘(單級)通航1 000 t級船舶。本標(biāo)段的開發(fā)任務(wù)為以航運為主，結(jié)合發(fā)電，兼顧供水、灌溉并促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展。工程等級為Ⅱ等大(2)型。樞紐工程主要建筑物采用“一字型”布置型式，廠房和船閘分岸布置。

廠房壩段總長276.48 m，其中包括主機(jī)間190.48 m、安裝間63 m，裝卸場23 m。廠房順?biāo)鞣较蜷L度為87.69 m，裝卸場及1#安裝間順?biāo)鞣较蜷L度為62.34 m,2#安裝間長度為70.59 m。廠房進(jìn)水底板高程為300.9 m，尾水底板高程為302.8 m，主廠房高程為328～360 m，副廠房高程為319.5～360.8 m，主變平臺頂高程為337.8 m，尾水排架高程為332～356.5 m?；炷翗?biāo)號為C25W6F100，三級配，總方量約30萬m3。

廠房大體積混凝土施工范圍大，單倉(42 m×40 m)混凝土方量大，混凝土設(shè)備布置難度較大，需要滿足混凝土入倉強(qiáng)度的要求，而單一現(xiàn)有混凝土入倉設(shè)備無法滿足廠房混凝土的澆筑要求。設(shè)計單位提出的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為：發(fā)電廠房底板大體積混凝土采用常態(tài)混凝土澆筑，強(qiáng)度級配為C25，三級配，抗?jié)B抗凍等級為F50W6，入倉坍落度控制在3～5 cm，為低坍落度大粒徑混凝土，而現(xiàn)有的泵送混凝土設(shè)備不能滿足廠房混凝土特性(級配及塌落度等)的要求，實現(xiàn)快速入倉較困難。

項目部技術(shù)人員通過對發(fā)電廠房施工常用設(shè)備的工作效率及使用成本進(jìn)行分析，并根據(jù)發(fā)電廠房施工的進(jìn)度要求對廠房機(jī)械設(shè)備布置提出了初步的改進(jìn)方案，對廠房底板大體積混凝土通過改進(jìn)設(shè)備，選用懸臂雙向皮帶布料機(jī)實現(xiàn)了混凝土連續(xù)快速入倉。筆者對這一改進(jìn)過程進(jìn)行了詳述。

2 懸臂雙向皮帶布料機(jī)入倉設(shè)計

所采用的技術(shù)方案為自卸車將混凝土卸入集料液壓料斗內(nèi)，集料液壓料斗由液壓弧門控制放料速度，固定防骨料分離輸送皮帶通過周轉(zhuǎn)平臺輸送至移動防骨料分離皮帶運輸，布料機(jī)伸縮水平分配，通過布料機(jī)垂直下料緩沖裝置下料進(jìn)行混凝土連續(xù)快速入倉。

2.1 組成系統(tǒng)的主要構(gòu)件

該系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)為：集料液壓料斗、固定支架及防骨料分離輸送皮帶、周轉(zhuǎn)平臺、移動防骨料分離輸送皮帶、25 m長塔式布料機(jī)、布料機(jī)垂直下料緩沖裝置。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計方案

(1) 液壓集料斗的設(shè)計及安裝。液壓集料料斗設(shè)計尺寸為3.1 m(寬)×3.2 m(長)×4.4 m(高)(不包括梯步的體型)，滿足裝載12 m3混凝土要求，并在底部設(shè)置有液壓弧門用以控制混凝土的放料速度[1](圖1)。由于料斗較高，為滿足自卸汽車卸料要求，設(shè)計了自卸汽車卸料平臺并采用C25混凝土作為液壓集料料斗基礎(chǔ)。

圖1 液壓集料料斗布置立面圖

(2)輸送皮帶的設(shè)計及安裝。為防止混凝土在輸送過程中發(fā)生骨料分離，對輸送皮帶進(jìn)行了專門設(shè)計：皮帶帶寬為650 mm，根據(jù)骨料粒徑設(shè)置了3 cm高的橡膠輸送隔板，隔板間距15 cm。皮帶投影長度為24.68 m，爬升高度為6 m，角度為14°，皮帶運轉(zhuǎn)速度為2.5 m/s[2]。固定皮帶支架采用單桁架式，底部使用鋼管立柱支撐，桁架立柱間距為7 m，具體結(jié)構(gòu)型式見圖2。

在固定皮帶機(jī)頭部位架設(shè)周轉(zhuǎn)平臺作為移動防骨料分離輸送皮帶的上料點及支撐點，平臺尺寸為1.5 m×1.5 m。為提高布料機(jī)利用率及實現(xiàn)快速入倉，周轉(zhuǎn)平臺支撐移動防骨料分離輸送皮帶通過起重機(jī)移動中間移動式桁架皮帶及布料機(jī)伸縮桁架上部結(jié)構(gòu)，進(jìn)而增大了混凝土布料覆蓋范圍。

圖2中的1為固定支架及防骨料分離輸送皮帶；2為周轉(zhuǎn)平臺；3為移動防骨料分離輸送皮帶。圖2 固定防骨料分離輸送皮帶示意圖

移動防骨料分離輸送皮帶為25 m長整體桁架皮帶，帶寬為650 mm；根據(jù)骨料粒徑設(shè)置了3 cm高的橡膠輸送隔板，隔板間距15 cm，移動輸送皮帶見圖3～5?；炷镣ㄟ^移動皮帶進(jìn)入塔式布料機(jī)受料口，移動皮帶爬升6 m，爬升角度為14°，皮帶運轉(zhuǎn)速度為2.5 m。

圖3 移動防骨料分離輸送皮帶示意圖

圖4 移動防骨料分離輸送皮帶C-C剖面圖

圖5 防骨料分離輸送皮帶設(shè)計圖

混凝土通過液壓集料料斗輸送至固定防骨料分離皮帶，再通過周轉(zhuǎn)平臺輸送至移動防骨料分離皮帶，采用門機(jī)或吊車進(jìn)行安裝。

(3)懸臂雙向皮帶布料機(jī)的安裝。懸臂雙向皮帶布料機(jī)安裝之前需澆筑布料機(jī)基座，基座尺寸為4 m×4 m，布料機(jī)塔式立柱高度為12 m，上部集料結(jié)構(gòu)高度為7 m，布料桿長度為25 m，為伸縮式桁架，具體型式見圖6。混凝土布料范圍為2.84～25 m，皮帶帶寬650 mm，皮帶帶速約2.5 m/s，布料瞬時生產(chǎn)率為150 m3/h，額定生產(chǎn)率為100 m3/h。

(4)垂直下料緩沖裝置的設(shè)計。布料機(jī)垂直下料緩沖裝置采用柔性半弧瓣膜進(jìn)行緩沖，混凝土下料筒為橡膠圓筒，直徑為50 cm，圓筒內(nèi)設(shè)置半弧狀瓣膜，圓弧瓣膜與下料筒的夾角為45°，圓弧瓣膜間距為30 cm，按照花瓣形布置?；炷镣ㄟ^專門設(shè)計的垂直下料緩沖裝置防止在下料過程中混凝土發(fā)生骨料分離現(xiàn)象。

(5)自動控制系統(tǒng)的安裝。系統(tǒng)的運行通過聯(lián)動開關(guān)進(jìn)行控制，混凝土運輸車將混凝土運輸至液壓集料料斗，布料機(jī)駕駛員開啟布料機(jī)，通過聯(lián)動開關(guān)同時開啟固定防骨料分離皮帶與移動防骨料分離皮帶，系統(tǒng)開始運轉(zhuǎn)，正常情況下，液壓集料料斗內(nèi)的混凝土輸送完畢關(guān)閉液壓弧門，弧門開關(guān)亦可通過人工控制，液壓弧門關(guān)閉后觸發(fā)延時聯(lián)動開關(guān)，將傳送帶上的混凝土全部運輸至布料機(jī)，通過布料機(jī)將混凝土水平分配到指定倉位中，具體流程見圖7。本系統(tǒng)另設(shè)有急停裝置，如發(fā)生異常情況可通過急停裝置使整個系統(tǒng)停止運轉(zhuǎn)[3]，以便于故障的判斷和排除。

(6)混凝土運輸車?；炷吝\輸采用20 t自卸汽車將混凝土從拌合站運輸至施工現(xiàn)場，自卸汽車一次性運料量約為12 m3。

(7) 液壓集料料斗集料。20 t自卸汽車?yán)靡汛钤O(shè)好的自卸車下料平臺將混凝土料卸入液壓集料料斗內(nèi)，從而實現(xiàn)液壓料斗集料。其中液壓料斗一次性集料量約為12 m3，正好與自卸汽車運料量相匹配。

(8) 固定防骨料分離傳送帶傳輸。由液壓料斗控制下料速度，將混凝土卸到由桁架立柱支撐的固定支架及防骨料分離輸送皮帶進(jìn)行混凝土的傳輸。

(9) 移動防骨料分離傳送帶傳輸。固定防骨料分離皮帶上的混凝土通過周轉(zhuǎn)平臺轉(zhuǎn)入移動防骨料分離皮帶，再由移動防骨料分離皮帶輸送至所指向的塔機(jī)。

圖6 懸臂雙向皮帶布料機(jī)結(jié)構(gòu)圖

圖7 系統(tǒng)運行圖

(10)塔式布料機(jī)傳輸。混凝土由移動皮帶輸送至塔式布料機(jī)，由塔式布料機(jī)伸縮、水平分配進(jìn)行混凝土的入倉工作。

(11)混凝土下料緩沖裝置垂直布料。通過緩沖半弧瓣膜下料筒進(jìn)行混凝土快速入倉，防止混凝土骨料分離。

3 懸臂雙向皮帶布料機(jī)入倉實現(xiàn)

3.1 倉位分層分塊

發(fā)電廠房高程302.8 m以下為底板混凝土，采用懸臂雙向皮帶布料機(jī)實現(xiàn)混凝土連續(xù)快速入倉。根據(jù)施工規(guī)劃要求，廠房底板混凝土工程按照施工藍(lán)圖的倉位劃分進(jìn)行分層、分塊，將1～2#機(jī)底板定為1#倉位，3～4#機(jī)底板定為2#倉位，5～6#機(jī)底板定為3#倉位，7～8#機(jī)底板定為4#倉位，9#機(jī)底板定為5#倉位 。

3.2 懸臂雙向皮帶布料機(jī)的布置

犍為航電樞紐發(fā)電廠房工程共布置2臺塔式布料機(jī)參與發(fā)電廠底板混凝土施工。為提高布料機(jī)的利用率，實現(xiàn)快速入倉，在發(fā)電廠房混凝土施工過程中，通過起重機(jī)移動中間移動式桁架皮帶及25 m長的布料桿伸縮桁架上部結(jié)構(gòu)，將其吊裝至對稱倉位的立柱上以實現(xiàn)高效大范圍覆蓋。

1～2#機(jī)組布料機(jī)布置在2#機(jī)組流道內(nèi)，3～4#機(jī)組布料機(jī)布置在4#機(jī)組流道內(nèi)，1～4#機(jī)組的兩臺布料機(jī)共用1個料斗，料斗布置在3#機(jī)組對應(yīng)的上游側(cè)。5～6#機(jī)組布料機(jī)布置在6#機(jī)組流道內(nèi)，7～8#機(jī)組布料機(jī)布置在8#機(jī)組流道內(nèi)，5～8#機(jī)組的兩臺布料機(jī)共用1個料斗，料斗布置在7#機(jī)組對應(yīng)的上游側(cè)?；炷镣ㄟ^固定皮帶+移動式皮帶的方式上料。在料斗處布置一條固定皮帶，向下游布設(shè)，皮帶投影長度為24.68 m，爬升高度為6 m，角度為14°。在固定皮帶機(jī)頭的部位架設(shè)周轉(zhuǎn)平臺作為移動式皮帶的上料點及支撐點，混凝土在此處由固定皮帶轉(zhuǎn)到移動式皮帶進(jìn)入布料機(jī)受料口，移動皮帶爬升6 m，爬升角度為14°[4]。

在發(fā)電廠房大體積混凝土澆筑過程中，由20 t自卸車將混凝土卸入集料液壓料斗內(nèi)，通過由桁架立柱支撐的固定皮帶運轉(zhuǎn)到移動式皮帶進(jìn)入布料機(jī)受料口，經(jīng)25 m長的塔式布料機(jī)運轉(zhuǎn)，完成混凝土快速入倉[5]。

4 結(jié) 語

通過懸臂雙向皮帶布料機(jī)的設(shè)計，對防骨料分離爬升皮帶輸送、布料機(jī)水平運輸、瓣膜式緩沖下料筒下料的改進(jìn)，實現(xiàn)了混凝土的連續(xù)快速入倉，順利實現(xiàn)了犍為航電樞紐工程大體積混凝土施工項目全面履行承建合同約定，滿足了安全、質(zhì)量、進(jìn)度與技術(shù)要求。通過該入倉方式，在料源充足的前提下，能夠?qū)崿F(xiàn)低坍落度大粒徑混凝土入倉速度100 m3/h的目標(biāo)，實現(xiàn)混凝土高強(qiáng)度入倉，從而達(dá)到降低施工成本、保障施工安全、加快施工進(jìn)度，增加經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)。