水工混凝土输水箱涵一体化施工技术工法.pdf

水工混凝土输水箱涵一体化施工技术工法 刘治峰 郭永为 刘 斌 ( 河北省水利工程局 石家庄0 5 0 0 2 1 ) 【 摘要】 水工混凝土输水箱涵一体化施工技术工法， 将混凝土各个环节的分散施工形成一条具有现代化水平的 混凝土流水作业生产线， 减少中间诸多不利环节， 将混凝土原材料供应， 混凝土拌制、 运输、 浇筑等环节有机结合， 组成一个系统整体， 克服 了传统混凝土浇筑施工缺乏连续性的弊端， 避免 了混凝土浇筑过程 中易老化、 坍落度损 失、 强度无保证等现象的发生， 减少了安全、 质量隐患， 有效保证了浇筑强度和工程质量。工法同时结合应用实例 进行效果分析， 经济效益和社会效益明显。 【 关键词】 水工混凝土 输水箱涵 一体化 工法特点 工艺流程 1 概述 2 0 0 5 年 8月河北省水利工程局 自行研制成功水工混 凝土一体化连续施工系统， 2 0 0 7年经国家知识产权 局认 定为发明专利， 专利号： Z L 2 0 0 5 1 0 0 4 8 1 9 5 8 。 该系统是集混凝土原材料称量 、 投料、 搅拌设备 于一 体具有地面双平行轨道 、 带有混凝土输送机的行走式起重 机系统的大型混凝土工程一体化连续施工系统装置。 2 工法特点 2 1 工法特点 工法在“ 大型混凝土工程一体化连续施工系统装置” 专利技术 的基础上 ， 结合工程实例进行 系统配置， 将物流 供应原材料、 混凝土生产、 混凝土拌和、 运输和浇筑仓 内的 布料机等环节有机组合 ， 实现混凝土工厂化生产， 保证 了 混凝土箱涵整体施工质量。与传统的施工工艺相 比， 有下 列特点： a 免除了装载机给混凝土拌和系统供料的装卸而代 之以地垄 自动取料。 b 免除了多台混凝土搅拌车装运混凝土而代之 以斜 带机和主带机以 1 6 m s 速度向浇筑仓面输送混凝土 。 c 免除了塔吊装罐做垂直和水平运输混凝土 的布料 模式而代之以起重布料机的运行布料 ， 其施工连续性是传 统混凝土施工模式所没有的。 d 施工过程中避免了装车、 卸车和装罐、 卸罐耽搁的 时间及装载机 、 混凝土搅拌车、 塔 吊等机械故障对施工的 困扰 ， 经济上也减少 了此部分机械购置费用。 2 2 主要技术创新点 系统装置现场布置紧凑合理 ， 将单机产能优化集合， 形成一条具有现代化水平的流水作业生产线。本发明的 大型混凝土工程一体化连续施工系统装置， 包括混凝土原 材料称量 、 投料和搅拌设备及行走式砌筑布料机 ， 其特征 在于具有混凝土过渡输送机与主带机， 混凝土搅拌设备与 混凝土过渡输送机相连， 混凝土过 渡输送机与主带机相 连 ， 主带机的输送带上设有多个转料 口， 上述行走式起重 布料机为带有混凝土输送机的行走式起重布料机， 上述转 料 口与行走式起重布料机上的混凝土输送机相连， 行走式 起重布料机上的混凝土输送机设有多个布料 口， 混凝土从 搅拌设备输出经输送带进 入 自行式布料 机， 可将 混凝土 输送到任何建筑部位 ， 从而实现大体积 昆 凝土的一体化 连续施工。 3适用范围 本工法属于水利建筑工程施工技术。可广泛应用于 人工水道 、 桥梁、 涵洞 、 水坝等大型水工混凝土工程施工。 4工艺原理 4 1 工艺设计思想 a 一个可控的具有足够生产能力的混凝土 自动化生 产系统 。 1 9 水利建设与管理 2 0 1 1 年 第1 0 期 b 一个能将混凝土拌和楼生产的拌和物输送至仓面 布料的连接装置。 C 一个行走式集混凝土布料 和钢筋 、 模板 吊装于一 体的施工装置。形成从原材料集料 、 下料 、 投料 、 搅拌 、 混 凝土输送入仓 、 布料浇筑各个环节有效对接的系统 ， 各个 环节的配合 由计算机监控运行 。 4 2 工艺原理 a 料仓子系统。为保证混凝土原材料 的优质及时供 应 ， 料仓系统分设大 、 中 、 小石 、 砂料 4个分料仓 ， 整个料仓 由遮阳、 防雨棚覆盖。仓面以下设有地垄 ， 由计算机控制 自动下料 ， 并将各种原材料按配合比要求输送至拌和楼。 b 拌和楼 自动投料 、 自动称量子系统。通过计算 机 控制使各种原材料的称量误差控制在规范以内。 C 混凝土输送子 系统。建立一条 由出机 口皮带 、 过 渡斜皮带和与施工轴线平行 的主皮带子系统。三部分皮 带的有机连接可将混凝土输送到预定位置 ， 并可完全替代 多台混凝土搅拌车的往返运输 ， 省去 了施工道路 、 车辆维 修 ， 抑制了运输造成 的扬尘 ， 减少尾气排放， 做到安全 、 文 明 、 环保施工。 d 一台集起重布料为一体的施工装置 ， 主体结构为 h 形。见图 1 。 行走式起重机 行走式布料机 2 0 图 1 起重布料一体装置 该装置分别 由行走式起重布料机( 主机) 和行走式辅 助输送机( 副机) 两个独立单元组成 ， 副机与主皮带有效 对接 ， 主机与副机对接 ， 主机 、 副机均为行走式装置 ， 可同 向移动， 也可相 向移动。主、 副机 的行走轨道 与主皮带机 的输送线路呈平行布置， 以适应弯道输送的需要 。混凝土 拌和物通过以上三个子系统输送至布料机 ， 再 由布料机分 布到仓面的任何一个部位。非浇筑混凝土时 ， 可 以利用该 机的起重功能吊装钢筋、 模板等物料入仓进行作业。该系 统装置可沿施工基坑 内架设的轨道， 平行于施工轴线任意 移动 ， 可覆盖整个作业面， 与国外类似设备塔带机相 比， 不 仅增加 了仓 面延 伸作 业和 吊装 功能， 而 且大 大节 省 了 投资。 4 3 控制电路及系统连接 上述一体化系统装置通过分段控制电路来控制 ， 并通 过有机组合形成联合运行系统 ， 将混凝土输送到建筑物仓 面的任何部位。 5施工工艺流程及操作要点 5 1 施工工艺流程 工艺流程为： 料仓一地垄一拌和站一过渡皮带一主皮 带一行走式副机一行走式起重布料机主机一 昆 凝土人仓。 混凝土箱涵一体化施工系统见下页图 2 。 5 2 操作要点 a 考察优选砂 石料 、 水泥、 粉煤灰及钢材原料 ， 招标 选择原材料供应商； 建立储存料仓遮 阳棚并实现地垄取 料， 有效降低骨料温度。地垄内安装砂、 石料 自动称量系 统和有计算机控制的取料 口门， 向搅拌机输送骨料。 b 选择具备微机控制 、 电子称量和投料搅拌 、 地垄取 料和胶带机输送供料功能的强制式拌和系统拌制混凝土。 C 胶带输送机运 送混凝土。机架 两侧设置竖 向转 轴， 进料 口附近安装集料槽 ， 两条胶带输送机之间设挡板 或漏斗。 d 起重布料机布料运输混凝土熟料。布料机分料 口 数量和位置根据浇筑需要设 置。各个分料 口经 吊筒将混 凝土连续快速分布到各个部位。 e 施工运行及维护 ： 混凝土浇筑期间加强设备维护和保养。皮带机驱 动滚筒定期换油 ； 刘 治峰 等 水 工 混凝 土 输水 箱涵 一体 化 施 工 技 术 工 法 图2 混凝土箱涵一体化施工系统 混凝土浇筑前 ， 对混凝土物流系统、 混凝土浇筑供 料系统 、 浇筑人仓运输系统设备 、 系统机械 、 电气配件及 电 缆进行全面检查 ； 注意观察布料机运行状态及现场施工情况 ， 确保 系统运行正常 ； 开机时皮带上应无任何障碍物。停机时需把皮带 上混凝土卸干。故障停机时要采用人工及时清理混凝土。 清扫器要专人随时清理， 皮带偏移及时调整； 正常布料要均匀 ， 控制胶带机的运行速度在允许 范围内。为防止胶带运行 “ 跑偏” ， 机架两侧应设置竖 向 转轴 ， 进料 口附近还应安装集料槽 ， 使混凝土顺利送出 ； 依靠缓降串简实现混凝土垂直运输。串通依箱涵 浇筑部位 的不同分别设置。 f 劳动力组合。输水箱涵混凝土施工过程中， 作业人 员经过培训合格后上 岗。人员要职责分 明、 各负其责 、 协 调工作并且相对固定。将作业组 主要 岗位及 职责绘制成 标识牌悬挂。 g 节能减排： 节省劳动力。传统的混凝土施工方式 ， 从原材料 供应 、 称量、 投料 、 拌和 ， 混凝土成品料运输 、 人仓到布料浇 筑混凝土等环节， 每班大约需要劳动力 2 5人； 采用一体化 施工技术 ， 相同工况 ， 现场混凝土浇注仅需要 6人即可完 成 。比传统方式节省人力 l 9 人 ， 节约 7 6 ； 减少混凝土成品料 的损耗 。传统施工方式 ， 混凝 土从原材料运输到成品料人仓 ， 各个施工环节损耗率较 高， 总体 昆 凝土损耗率 约为 5 8 。如果施工条件较 差 ， 混凝土损耗率能达到 1 0 。采用一体化施工技术工 法施工 ， 经工程应用实例比较， 相同工况条件 ， 混凝土损耗 率仅为 2 左右， 大大节约施工材料 ； 降低机械成本， 提高浇筑速度。以古运河枢纽为 例 ， 按传统施工方法 ， 需投入 7 6 3 4 5 万元 ， 用于搅拌车和塔 吊购 ； 改用一体化连续施工技术装置 ， 仅投人 1 3 1 万元人民 币， 对比结果节约了6 3 2 4 5 万元临时工程费。混凝土入仓 速度快， 达到了 7 5 8 5 m h ， 最大限度地缩短 了混凝 土在 空气中的暴露时间， 使浇筑的混凝土质量大大提高。 6材料与设备 输水箱涵混凝土一体化施工技术工法 ， 所用材料均为 常用的建筑材料。修建地垄使用红机砖 ， 修建混凝土原材 料的遮 阳防雨棚使用碳钢钢管及型钢 ， 制作布料机、 支腿 及吊车梁使用碳钢钢管及型钢。 工法需要配备的设备 为： 计算机 、 强制式混凝土拌和 站( 具备微机控制、 电子称量和投料搅拌、 地垄取料和胶带 机输送供料功能) 、 电气控制系统 、 电动机、 螺旋输送机、 胶 带输送机、 起重布料机 、 测量仪器。 7质量控制 工法技术实施中要加强混凝土组成材料 的计量 ， 混凝 土拌和物的搅拌、 运输、 入仓、 布料等的质量控制， 严格按 照 水工混凝土施工规范 组织施工。 8安全控制 开工前， 向全员进行安全技术交底 ， 针对工程特点和 危险点进行危险源辨识 ， 制定 防范措施 、 应急避难和急救 措施 。配备相应防护用品。 布料 、 运输等操作人员应经培训合格后持证上 岗， 严 格按照设备操作说明操作。混凝土布料时应有专人指挥， 上下协调 ， 避免安全事故的发生。 认真做好机械设备的保养和维护。 9 环保措施 施工中产生的少量废 弃物 ， 如混凝土废料、 机械设备 保养的废机油等 ， 按有关环保要求处理 ， 防止污染环境。 拌和站 、 布料机等机械设备冲洗废水汇集到集水坑后 经过滤 、 沉淀处理后 ， 达标排放 。 对拌和站的粉尘 、 噪声污染制定措施 ， 降低对周围环 境的影响。 21 水利建设与管理 2 0 1 1 年 第1 0 期 l 0 效益分析 a 工法首先应用在古运河枢纽工程 中。采用水工混 凝土箱涵一体化施工技术， 从 2 0 0 5年 5 月开始进行管身 混凝土浇筑至 2 0 0 7年 4月底 ， 古运河枢纽工程浇筑混凝 土 5 万 IT I ， 拌和系统生产能力和人仓能力均达到 8 0 m h 以上 ， 节约资金共 7 6 2 4 5万元。 b 自2 0 0 5年 5月 以来 ， 在我局承建的南水北调京石 段应急供水工程古运河枢纽项 目、 天津干线天津市 2段工 程 、 天津干线保定市 1 段工程 2 _5施工标等工程 中实 际应用 ， 混凝土箱涵施工质量满足设计及相关规 范要求。 共节约和增加经济效益达 1 5 4 3 2 2万元 ， 经济效益显著。 C 采用水工混凝土输水箱涵一体化施工技术工法组 织混凝土施工 ， 有效解决 了混凝土生产、 运输和布料浇筑 的连续性 ， 使分散作业的工艺 流程 ， 集合形成具有现代化 水平一条龙式的流水作业施工生产线。实现 了大体积混 凝土浇筑安全、 环保 、 高效 、 节能、 优质的特性 ， 实现了大体 积混凝土浇筑的时效控制、 强度控制和质量控制。符合 国 家产业政策。而且临时工程费用投入仅为传统模 式临时 工程费的 1 6 ， 运行费用低廉， 为水工混凝土箱涵施工提 供了成熟的系统装置 ， 是一项技术、 经济和社会效益十分 显著、 具有广阔应用前景 的创新技术。其实施应用 ， 将 为 国家和社会带来重大的经济效益和社会效益。对大体积 输水箱涵混凝土浇筑有极高的应用价值。 1 l 工程实 例 l 1 1 工程实例一 ： 古运河枢纽项 目( S 1 标 ) a 工程概况 。古运河枢纽工程 位于石 家庄市郊 区， 距市中心 7 k m 。枢纽工程包括渠道 、 古运河暗渠和 田庄分 水闸。古运河暗渠总长 5 6 5 m， 洞身过水断面为三孔一联 拱涵结构 ， 单孔过水断面 6 6 m 8 2 m( 宽 高 ) 。混凝土 浇筑 7 6 1 万 m ， 钢筋制安 6 4 3 9 t 。工程投资 1 1 8 3 亿元。 b 施工情况。古运河枢纽使用工法中的一体化连续 施工系统及浅埋暗挖施工技术， 完成了穿石太高速公路段 拱涵施工及 5 6 5 m运河暗渠施工。自2 0 0 5 年 5 月开始进行 管身混凝土浇筑至 2 0 0 7年4月底 ， 浇筑混凝土5 3 5 万 r n 3 ， 拌和系统生产能力和入仓能力均达 到 8 0 m 。 h ， 混凝土经 3 4 m i n 运输即可入仓 ， 胶带机速度达 1 4 r n s ， 布料机行走 速度达到 1 0 m m i n ， 运行稳定、 可靠， 未发现任何安全或机 械故障， 已完工程单元质量评定合格率 1 0 0 ， 优良率 1 0 0 。 2 2 1 1 2 工程实例二： 天津干线天津市 2 段工程 a 工程概况。南水北调中线一期工程天津干线天津 市 2 段工程位于天津境 内， 其中输水箱涵段长 3 9 8 6 k m， 为 2 孔 3 6 m 3 6 m钢筋混凝土箱涵 ， 混凝土强度等级为 C 3 0 W6 F 1 5 0 。箱涵混凝土 6 5万 m 。箱涵每节平面尺寸 1 5 m 8 7 5 m ( 长 宽) ， 基坑最大深度 9 5 Il l 。单节最大混 凝土方量 2 6 3 m 。 采用水工混凝土输水箱涵一体化施工技术工法组织 箱涵混凝土施工 。2 0 0 9年 3 月现场组装调试完成并投入 使用。经过一个施工期箱涵混凝土浇筑作业 ， 于 2 0 1 0 年 5 月顺利完成天津干线天津市 2段工程箱涵混凝土浇筑施 工任务。共完成箱涵混凝土浇筑 6 5 0 0 0 m 。大大提高 了 混凝土施工效率和混凝土浇筑质量。保证了施工期安全。 b 应用效果。天津市 2段工程采用 了工法 中的大型 混凝土工程一体化连续施工系统 ， 初步计算 ， 按传统 的施 工模式需投入 4 3 8 8 9 万元用于搅拌车、 输送泵等购置 ， 改 用一体化连续施 工系统， 仅需投入 1 1 6 万元 ， 对 比节约了 3 2 2 8 9万元临时工程费。实践证明： 一体化 连续施工装 置实现了高速输送混凝土入仓 ， 达到 7 58 5 m h， 最大限 度地缩短了 昆 凝土在空气中的暴露时间， 加快了混凝土人 仓和浇筑速度 ， 大大提高了混凝土的浇筑质量， 为后续土 方 回填施工及时提供了工作面。有效 降低 了基坑降排水 作业时间， 减少降排水施工措施费用 1 0 0万元 ， 提高了工 程经济效益。 1 1 3 工程实例三 ： 南水北调中线天津干线保定市 1 段工 程 T J 2 5 施工标 a 工程概况。南水北调中线一期工程天津干线保定 市 1段 工 程 T J 2 5施 工 标 主 体 建 筑 物 输 水 箱 涵 长 6 8 7 k m， 为 3孔 4 4 m 4 4 m C 3 0现浇有压输水混凝土结 构 ， 箱涵标准单节长度为 1 5 m 。单节最大断面平 面尺 寸 1 5 m 1 5 8 m( 长 宽) ， 箱涵最大埋深 5 8 m 。单节最大混 凝土方量 5 4 0 4 2 m 。单节最大钢筋量 3 9 2 2 6 t 。 b 应用效果。采用了水工混凝 土输水箱涵一体化施 工技术工法施工， 2 0 1 0 年 3 月 一 2 0 1 1 年 3月 ， 共浇筑箱涵 混凝 土 1 4万 m ， 高 峰浇 筑强 度达 到 1 0 6 0 m 天 ， 节 约 3 4 1 8 8万元临时工程费， 浇筑速度 比计划提高了 1 3 倍 ， 大大缩短了仓面层间的布料时间， 入仓混凝土各项指标符 合现行规范要求。已完单元工程质量评定合格率和优 良 率均为 1 0 0 ， 施工期安全无事故。