高陡坡运输碾压混凝土抗分离溜管的研制与应用.pdf

水利水电技术第 4 2卷2 0 l 1 年第 1 0期 高陡坡运输碾压混凝土抗分离溜管的 研制与应用 汪永剑 ，丁仕辉 ，何育文，谭 万善，孟庆红 ( 广东水电二局股份有限公司， 广东 增城5 1 1 3 4 0 ) 摘要 ：为解决黄花寨水 电站大坝工程 高陡坡碾压混凝土运输问题 ，根据混凝 土拌和物流变体特征 ， 通过试验研制 出能改变混凝土运行状态、控制混凝土输送速度 ，并能使混凝土在输送过程 多次拌和的 抗分离溜管。该抗分 离溜管结构简单、操作 简便 ，运行安全 ，制作及使 用费低 ，在高陡坡条件 下输送 碾压混凝 土，可以防止混凝土分 离、保证混凝土质量，具有 良好的推广价值 。 关键词 ：碾压混凝土坝 ；高陡坡 ；混凝土输送 ；混凝土入仓 ；抗分离溜管 中图分类号 ：T V 5 3 6 ( 2 7 3 ) 文献标识 码 ：B 文章 编号 ：1 0 0 0 0 8 6 0 ( 2 0 1 1 ) 1 0 0 0 9 1 0 4 De v e l op m e nt a nd ap pl i c a t i o n o f a n t i - s e pa r a t i n g c h ut e - t ube f or t r a ns p o r t o f r o l l e r c ompa c t e d c on c r e t e o n hi g h s t e e p s l o pe WA N G Y o n g j i a n ， D I N G S h i h u i ， He Y u w e n ， T A N Wa n s h a n g ， MO N G Q i n h o n g ( G u a n g d o n g N o 2 H y d r o p o w e r E n g i n e e r i n g C o ，L t d ， Z e n g c h e n g 5 1 1 3 4 0， G u a n g d o n g ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：I n o r d e r t o s o l v e t h e p r o b l e ms f r o m t h e t r a n s p o r t o f r o l l e r c o mp a c t e d c o n c r e t e o n h i g h s t e e p s l o p e f o r t h e c o n s t r u c t i o n o f t h e da m o f Hu a ng h u a z h a i Hy d r o po we r S t a t i o n，a n a n t i s e pa r a t i ng c h u t e t ub e for t h e t r a n s p o r t o f t he c o nc r e t e i s d e v e l o pe d t hr o ug h t h e e x p e r i me n t c o n c e r n e d i n a c c o r da n c e wi t h t h e r he o l o g i c a l p r o p e rty o f t h e c o nc r e t e mi x t ur es ；wi t h whi c h n o t o n l y t h e t r a n s p o rt s t a t u s c a n b e c h a ng e d a n d t he t r a n s p o r t s pe e d c a n b e c o n t r o l l e d f o r t h e c o n c r e t e，bu t t h e muhi mi x i ng C an a l s o b e ma d e o n t h e c o n c r e t e d u ri n g t h e t r a n s p o rt a t i o n T h e c h u t e t u b e h a s t h e me rit s s u c h a s s i mp l e s t r u c t u r e ，e a s y a n d s a f e o p e r a t i o n，l o w e r ma n u f a c t u r e a n d o p e r a t i o n c o s t s ，e t c ，a n d t h e n c a n p r e v e n t t h e c o n c r e t e t o b e s e p a r a t e d d u ri n g t h e t r a n s p o rt a t i o n o n h i g h s t e e p s l o p e a n d e n s u r e t h e q u a l i t y o f i t T h e r e f o r e，t h e c h u t e t u b e h a s a b e t t e r p o p u l a r i z i n g v a l u e Ke y wo r d s：r o l l e r c o mp a c t e d c o n c r e t e d a m ；h i g h s t e e p s l o p e ； c o n c r e t e t r a n s p o r t a t i o n；c o n c r e t e p l a c e me n t ；a n t i s e p a r a t i n g c hu t e t ub e 1 前言 混凝土运输是水工建筑物混凝土施工的一个重要 环节 ，它包括 自拌和楼到浇筑部位的供料运输 ( 俗称 水平运输 ) 和混凝土人仓( 俗称垂直运输 ) 。 传统的人仓方式在工期短、浇筑强度大的狭陡山 谷高坝上应用，仍存在一些不足 J 。采用溜管输送 混凝土人仓 ，则 可弥补这些 不足 ，但 在高陡边坡 情况下用溜管运输混凝土 ，混凝土各组分间会分离 ， 造成不均 匀和失去连续性 现象 J ，使其 振捣或碾 压 不密实 ，导致力学性能 、变形性能 、热力学性能不一 Wa t e r Re s o u r c e s a n d Hy d ro p o we r En g i n e e r in g V o 1 4 2 No 1 0 致 ，降低结构的抗压 、抗拉 、抗渗能力 ，给混凝土工 程留下质量隐患。近几年开发 的溜管人仓技术 ( 如缓 降溜管 。 。 、满管溜槽 ) 还存在一 些缺 陷，如满 管溜槽第一次装满的管内混凝土是分离的 ，质量很难 满足标准要求 ；缓降溜管 ( 在溜管上装 MY B O X缓降 器 ) 管径较小 ，混凝土运输速度受到限制 ，最佳 的安 装倾角为 9 0 。 ，否则 易堵 管 ；且 其缓 降器 结构 较 复 杂 ，制作较困难 。本文介绍了黄花寨水电站大坝工程 收稿 日期 ：2 0 1 1 一 O 1 1 7 作者简介 ：汪永剑 ( 1 9 7 l 一 ) ，男 ，高级工程师 ，主任工程师。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 汪永剑， 等高陡坡运输碾压混凝土抗分离溜管的研制与应用 高落差陡坡 运输碾 压混凝土抗分离溜管 的研 制与应 用 ，供相关工程参考 。 2 抗分离溜管的设计思路 混凝土拌 和物是 由水泥 、粗 细骨料 、水 、掺合 料 、外加剂等搅拌而成 ，是具有弹性 、粘性 、塑性等 特征的流变体 J ，运动 中的混 凝土拌和物 ，骨料对 于周围混 凝土 的位移 ( 骨料 的分 离程度 ) 可用 下 式 。 表示 ( 1 ) o L l 式中，r 为骨料半径 ( c m) ；叼为混凝土粘性 系数 ( P ， d y n s c m ) ； 。为骨 料对 于周 围的混凝 土 的速度 ( c r n s ) ；P为骨料的密度( g c m ) 。 即混凝土配合 比已确定时 ，骨料的分离程度只与 其速度有关 ，混凝土下落越快 ，骨料越易分离。 据此 ，确定抗分离溜管 的设计思路 ：一是在满足 混凝土运输强度要求下尽量降低混凝土下落速度 ，另 外是在运输过程使稍有分离 的混凝土能够重新拌和均 匀 。 3 抗分离装置的设计和抗分离溜管的试验 3 1 抗分离装置的设计 在一定长度的溜管内按一定角度成对设置且出口 相互垂直 、间距一定的两组斜钢板 ( 下称抗分离板 ) ， 混凝土在该段溜管内与第一组抗分离板相撞 ，下落速 度降低 ，下落方 向改变 ，混凝土相互挤压、碰撞并混 合 ，进行第一次混料拌和。经第一次混料拌和的混凝 土继续下落后与第二组抗分离板相撞 ，速度进一步降 低 ，并改变 下落方 向，混凝 土相互挤压 、碰撞并混 合 ，进行第二次混料拌和。为防止因设置抗分离板使 溜管的过流面积缩小太多，导致堵管 ，将设置抗分离 板的溜管管径加大 ，用渐变管与主溜管连接 ，这种由 设置抗分离板 的加大溜管 和渐变管组成的抗分离装 置 ，称为抗分离器 ，如图 1 所示。 图 1 抗分离器 3 2 抗分离溜管的试验和改进 在溜管上按一定 的间距安装抗分离器后组成抗分 离溜管。为了验证抗分离溜管在各种工况下输送混凝 土的效果 ，于 2 0 0 7年 5月 6月在广东省惠州抽 水 蓄能电站下水库大坝施工现场进行试验 。试验溜管管 径 2 0 0 m m，抗分离器管径 2 5 0 m m，溜管布置倾角为 6 0 。 、7 0 。 、8 0 。 ，抗分离器布置间距为 2 m、6 r n ，溜 管长度为 1 0 1 5 2 2 3 5 I n ，采用二级配碾压混凝土 ， 共进行 了7次。检测指标包括混凝土 V C值损失 、强 度变化 、输送速度及混凝土分离情况 。根据检测数据 分析 ，对抗分离溜管进行改进 ，调整 了抗分离器中抗 分离板出口的间距 ，确定用于输送三级配碾压混凝土 的抗分离器( 管壁厚 5 m m，抗分离板厚 1 0 mm) ，见 图 2所示 。 图2 三级配混凝土抗分离器( 单位：m m) 4 抗分离溜管的应用及效果检测 贵州黄花寨水 电站大坝为全断面不分缝碾压混凝 土双曲拱坝 ，最大坝高 1 1 0 m，坝顶 高程 8 0 0 m、宽 6 m、弧长 2 5 3 4 2 m，坝底弧长 8 O 6 0 m、宽 2 6 5 m， 主体采用 C 。 。 2 0三 级 配碾 压 混凝 土 ( 2 8 5万 m ) 。 由于山体 陡( 约 7 0 。 ) ，坝 区只在左 岸修一条坝顶 公 路和下基坑 开挖 道路 。工 程 于 2 0 0 6年 底开 工 ，混 凝土采用 自卸车入仓浇到高程 7 5 0 8 m( 原计划高程 7 4 5 0 m) ，高程 7 5 0 8 m以上混凝土采用抗分离溜 管进仓 。 4 1 抗分离溜管的布置与制安 2 0 0 8年 1 2月 ，根 据大 坝左坝 坡实测 资料 ，进 行布置 ( 上部倾 角 5 1 。 下部倾 角 6 5 。 ) 。抗 分离 溜管 主要 由集料斗 、渐变管 、弯管 、主溜管 、抗分离器 、 出口控制弧 门及下部支撑型钢组成 ，弯管由专门厂家 水利水电技术第 4 2卷2 0 1 1年第 1 0期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 汪永剑， 等高陡坡运输碾压混凝土抗分离溜管的研制与应用 表 1 抗分 离溜管溜送混凝土检测结果 混凝土检测指标 溜送速度 值 s 匀质性 强度 测量位置 砂浆密度相对误差 粗骨料质量相对误差 平均值 差值 离差 溜管长 平均值 组数 平均值 损失值 组数 组数 差值 平均值 差值 平均值 差值 MP a 系数 度 m m3 h一 溜管进 口 l 3 4 5 O 5 6 0 7 7 2 8 3 0 0 9 1 溜管 出口 4 9 O 4 l 2 一O 1 2 一O 2 3 1 2 1 8 0 O 1 4 9 4 2 4 8 0 4 4 0 5 4 2 7 8 0 0 81 制作，其余采用普通钢板 、型钢在工地车间 自行制 作 ，所有钢材 总重约 1 7 t 。2 0 0 9年 1月 2 8日2月 1 3日安 装抗 分 离溜 管 ，总 长度 为 5 3 2 m( 落 差 为 5 0 3 m) ，见 图 3 。溜管 支架 与埋 人 岩基 的锚 筋 连 接 。 图 3安装好的抗分 离溜 管 4 2抗分离溜管的应用 在高程 7 5 0 8 7 5 3 8 m坝块试输送 2 5 6 5 3 m 混凝土过程中，发现存在堵管和溜管出口自卸车车箱 前部混凝土装不满 的问题 ，分别采取控制出口弧 门开 启时间和取消溜管出口处与控制弧门相接弯管的措施 后 ，顺利解决 了上述问题。高程 7 5 3 8 m以上坝块全 部采用抗分离溜管输送混凝土 ，由于客观原 因，施工 几度停滞 ，至 2 0 1 0年 1 1月，浇 至坝 顶高 程 8 0 0 m ( 右岸非溢流坝段高程 7 9 1 m) ，采用抗分离溜管共输 送混凝土约 1 0万 m 。 4 3 抗分离溜管应用效果 为验证 抗分 离溜 管 输送 混 凝 土 的 效果 ，在 高 程 7 5 0 88 0 0 m坝 体 施 工 时 ，对 经抗 分 离溜 管 输 送 的混 凝 土 的 V C值 、混 凝 土分 离 程 度 、抗 压 强度及输送速度( 能力) 等进行检测 ，其中混凝土 分 离程 度 用 匀 质 性 进 行 定 量 计 算 。检 测 结 果见 表 1 。 从表 1 可知 ，混凝土经抗分离溜管输送后 值 损失小 、匀质性变好 、强度离散程度缩小 ，可保证混 凝土质量 ；混凝土输送速度快。 水利水电技术第 4 2卷2 0 1 1年第 1 o期 5 结语 5 1 结论 ( 1 ) 抗分离溜管输送混凝土能防止混凝土 因大落 差 向下输送而产生分离 ，混凝土 值损失小 、匀质 性变好 、强度离散程度缩小 ，可保证混凝土质量 ；其 中抗分离器 已获得国家专利。 ( 2 ) 抗分离溜管输送混凝土能力强 ，布置倾角 5 1 。 6 5 。 ，直径 5 0 0 m m 的抗分离溜管在落差 5 0 5 m时， 输送三级配碾压混凝土的平均速度达到 2 4 8 m3 h 。 ( 3 ) 抗分 离溜 管结 构简 单 ，安装 周期 短 ，费用 低 ，操作简便 ，运行安全 ；基本无需 电气设备 ，节能 降耗 ，使用成本低。黄花寨水电站大坝工程应用抗分 离溜管与塔机费用比节省费用 1 0 8 8 4万元 。 ( 4 ) 采用匀质性指标对混凝土的分离程度进行检 测 ，可以客观 、定量地对混凝土骨料分离情况进行评 定。 5 2抗分离溜管的应用建议 ( 1 )抗分离溜管适用于输送落差大于 5 m、坡度 陡于4 5 隋况下的混凝土 ( 特别是高陡坝体碾压混凝 土) ；当坡度小或中间有转弯时，抗分离器在溜管上的 布置间距可加大 ；如果坝坡陡，在坝坡 开挖时，应 随 着开挖的进度 ，进行锚筋钻孔 、预埋等基础处理工作。 ( 2 )抗分离溜管输送混凝土时 ，应保证溜管出口 到 自卸车受料面的 自由落差符合规范要求 ，防止混凝 土在输送后分离 ；且要保证溜管 出 口至边坡的距 离， 以便 自卸车能装满混凝土。 ( 3 )抗分离溜管不宜采用卷板 自焊管 ( 焊接处易 裂开漏浆 ) 、不宜兼作储料作用( 会发生堵管) 。 5 3展望 抗分离溜管在高落差陡坡情况下输送混凝土，具 有 良好的推广应用价值。2 0 0 9年贵州石垭子水 电站 引水竖井( 高 4 0 IT I ) 衬砌 的二级配常态混凝土 ，采用 抗分离溜管( 管径 2 0 0 m m) 进行竖直输送 ，取得了较 好 的的经济效益 ；2 0 1 0年 l 0月广东乐 昌峡水利枢纽 ( 下转 第 1 0 5页) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 方案优选 以上方案中激光焊接和激光打孔打孔工艺是将来 发展 的方 向，原因在于采用这两种工艺 和采用其他工 艺相 比具有 以下优点 ： ( 1 ) 粘接后的喷水带表面平整美观。由于激光是 高能量的光束 ，可以在一个很小的面积上产生很大的 热能，使带片内表面熔化 同时又可以通过较远的距离 将能量直接射人两带片在人辊前所形成 的夹缝中 ，形 成不接触 的远距离传热 ，这是其他热粘接方法难 以实 现的 ，同时 由于能量集 中，对带 片而言加热 时间较 短 ，仅 0 0 2 s ，故带片未熔化部分不会软化 ，能够保 持原有的形状 ，因此粘接后表面光滑平整。 ( 2 ) 激光枪的输出功率是可以调节 的，因此无论 邓丽， 等双翼式喷水带打孔与粘( 焊) 接工艺研究 激光打孑 L 和激光焊接都可以适应不同厚度的带片和不 同的走带速度。 ( 3 ) 激光打孔所成的孔型圆整 、光滑 ，不会出现 机械钻孔或冲孔时断钻头或冲头的漏孑 L 现象 ，而且同 一 支枪前后打T L T L 型和规格一致 ，因此喷射出的水束 也齐整 、美观。 ( 4 ) 激光枪的寿命 在 1 0 0 0 h以上 ，可 以生产喷 水带几十万米 ，激光枪的价格 占生产成本的几十分之 一 以下 ，故用于生产是完全可行的。 通过“ 9 4 8 ” 项 目研制出的激光打孔和激光焊接设 备仅数十万元 ，大大降低 了生产成本 ，生产的喷水带 其质量明显高于国产喷水带 ，价格可大大低于 日本产 品，因此具有极强的市场竞争能力。 ( 责任编辑欧阳越 ) 1E ( 1 | 1 1 1 1 1 1E ( 1 E ( 1E ( 1 1 1 11E ( 1E ( 1E ( 1E ( E ( 11E ( E ( 1E ( 11 1 E ( 1E ( E ( 1E ( 1E ( 1 1 E ( E ( 1 E ( 1E ( 1E ( 1E ( ( 上接 第 9 3页) 碾压混凝土 重力坝左岸非溢 流坝段采用抗分离 溜管 ( 长 3 4 0 8 m、管径 6 3 0 mm、安装倾角为 4 5 。 ) 进行三 级配碾压混凝土 的输送 ，解决 了混凝土的人仓难题 ； 湖北恩施青龙水电站 1 3 7 7 m高的碾压混凝土拱坝预 计 2 0 1 1 年下半年开始浇筑混凝土 ，计划采用抗分 离 溜管进行混凝土的人仓运输 。 参考文献 ： 1 水利 电力部水利水 电建设总局 水利水电工程施工组织设 计手 册第 三卷施工技术 M 北京 ：中国水 利水电出版社 ，1 9 8 7 2 翟洪波 ，汪永剑 鲁古河水电站拱坝混凝土温控防裂技术 措施 J 人 民长江 ，2 0 0 9 ，4 0 ( 1 6 ) ：5 5 5 7 3 顾志 刚，张东 成 ，罗 红卫 碾压 混凝 土 坝施丁 技术 M 北 京 ：中国电力出版社 ，2 0 0 7 4 易佳利 ，王杰 1 O 0米级 真 空溜 管研 究 J 混 凝 土坝 技 术 ， + ”+“ - ” - ” +- ” “+ 2 0 0 4( 4)：1 1 4 1 1 9 5 成 新 文 1 0 0 m级 真 空溜 管 设计 与 施 工 J 云 南水 力 发 电 ， 2 0 0 1 ，1 7 ( 4 ) ：1 0 4 1 0 6 6 S L 3 0 3 -2 0 0 4 ， 水利水电工程施工组织设计规范 s 7 D L T 5 1 3 5 -2 0 0 1 ，水电水利工程爆破施工技术规范 s 8 洪雷 混凝土性能及新型混凝土技术 M 大连：大连理工大 学 出版社 ，2 0 0 5 9 戴正甫 爬升模板在三峡竖井混凝土施工中的应用 J 云南 水力发 电，2 0 0 1 ，1 7 ( 3 ) ：9 2 9 3 【 1 O 周宇 ，沈洁 ，钱兴 喜 新型 My B o x缓降 器简介 J 云南 水 利发 电，2 0 0 3，1 9 ( 1 ) ：7 5 7 7 1 1 刘辉 满管溜筒卸料在碾压混凝土垂直运输 中的应 用 C 福 建省水力发 电工程学会 2 0 0 6年学术论 文汇编 ，2 0 0 6 1 2 GB 5 0 1 6 4 - - - 9 2 ，混凝土质量控制标准 S 1 3 GB T 1 0 1 7 1 -2 0 0 5，混凝 土搅拌站 ( 楼 ) S 1 4 S L 3 5 2 -2 0 0 6，水工混凝土试验规程 S ( 责任编辑欧阳越 ) 简讯 水利部“ 9 4 8 ” 项 目“ 化学追踪方法及污染源模 拟集成技术 ” 通过验收 2 0 1 1 年 8月 3 0日，南 京水利科学研 究院水文水 资源所和 长江委水保所 共同完成 的 引进 国外 先进技 术项 目( 简称 “ 9 4 8 ” 项 目) “ 化学追踪方法及污染源模拟集成技术” 在南京通过了水 利部 “ 9 4 8 ” 项 目管 理办公 室组织 的验收 ，来 自水利部科 技推广 中心 、江苏省水利厅、南京大学、河海大学、教育部湖泊重 点实验室、污染控制资源化研究国家重点实验室等单位的专 家组成的验收专家组认为该项 目全面完成了任务书规定的内 容 ，达到了考核指标要求，一致同意通过验收。 验收专家认为：该项 目引进了化学追踪仪、AD P声学多 水利水电技术第4 2卷2 0 1 1 年第1 0期 普勒流速测定仪、便携式毒性检测仪和多参数水质监测仪等 设备以及污染源模拟集成模型软件包；在技术引进的基础上， 开展了 C S T三维荧光示踪技术应用研究，实现了非点源污染 来源的成功识别；进行了 B A S I N系统二次开发，并以嫩江那 金河小流域为示范区，建立了污染源数据库 ，搭建 了污染源 模拟集成系统平台。该技术在非点源污染控制技术领域提出 了新的思路和方法 ，能够实现流域非点源污染物来源的追踪 鉴别和定量模拟，先进性明显，推广应用前景广阔。 ( 摘 自“中国水利 国际合作科技 网” 2 0 1 1 年 9月 7日) 1 0 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m