三峡二期厂坝工程混凝土拌和系统设计

王 毅 曹广晶
（中国三峡总公司）

　　摘 要：三峡二期大坝和电站厂房施工是三峡工程中最艰巨的项目之一，混凝土浇筑量大、工期紧、施工强度高、温控要求严，如何合理布置混凝土拌和系统并选择经济合理的技术参数，是关系工程成败的大事。经过几年的运行实践表明，三峡二期混凝土拌和系统设计、建设是成功的。
　　关键词：混凝土；拌和系统；三峡二期工程

　　二期大坝和电站厂房工程（以下简称“二期厂坝工程”）包括溢流坝段、左岸厂房坝段、左岸电站厂房和左岸非溢流坝段（12^#～18^#）等，沿坝轴线方向长度约1304.5m，混凝土工程量近1236万m³，最大坝高181m，关键部位的直线工期44个月。其工程量之大、施工强度之高、温控要求之严，是世界水电史上所罕见的。

　　工程划分为三个标段：Ⅰ&Ⅱ_B标段包括溢流坝段、左导墙及左岸厂房11^#～14^#坝段；左岸厂房1^#～10^#坝段以及左岸11^#～18^#非溢流坝段为Ⅱ_A标段；左岸电站厂房为Ⅲ标段。三个标段分别由三个承包商承担施工任务。

1 二期厂坝工程混凝土施工对拌和系统的要求

　　（1）混凝土总量大，工期紧，施工强度高，持续时间长。二期厂坝工程的混凝土总量年计划最高浇筑强度达410万m³，最高月强度45万m³，强度在40万m³左右的月份将持续9～10个月，要求混凝土拌和系统初期就高强度连续运行。

　　（2）混凝土质量要求高，特别体现在温控方面。经对坝区多年气温统计资料分析，要求拌和系统从3月份开始制冷，到10月份为止；另外，由于夏季混凝土浇筑量比较大，也要求制冷部分能够稳定可靠地运行，并能连续高强度地生产。

　　（3）坝体结构复杂。泄洪坝段有上下三层孔洞，还有其它如抗冲磨、水上、水下等要求，这就需要拌和系统在保证高强度的情况下能适应多品种混凝土同时生产的要求。

　　（4）二期厂坝混凝土高强度施工必须采用先进的塔、顶带机浇筑方案，其特点是连续高效，因此要求拌和系统与之相适应，并能适应浇筑初期塔、顶带机和汽车运输并行的工况。

2 二期厂坝工程混凝土拌和系统布置原则

　　根据工程施工特点和要求，为使二期厂坝工程混凝土拌和系统的布置进料方便、出料顺畅、布置紧凑、工艺合理、产品质量有保证，布置时提出了如下原则：

2.1 就近设置，尽量缩短混凝土的运输距离

　　塔、顶带机供料线方式和对门塔机供料的汽车运输方式，都要求拌和系统尽量靠近坝体，以缩短混凝土的水平运输距离。缩短运输距离，对保证混凝土质量、减少预冷混凝土在运输途中的温度回升是相当重要的，特别是供料线方式对这种要求更迫切；同时，这样也可减少动力消耗，节约运行成本.

2.2 短期与长期相结合，集中与分散相协调

　　集中设置混凝土拌和系统，既可节省工程量，又能减少运行人员，因而应尽量集中设置；但混凝土拌和系统设置又必须与分标相适应。在总体布置时一定要处理好集中与分散这对矛盾。

　　各混凝土拌和系统应布置于早建设、晚拆除的位置，使其尽可能多地完成所承担范围的任务。2002年5月、9月二期厂坝基坑上游和下游分别要进水，必须保证位于初期蓄水位以上的混凝土拌和系统与对应的混凝土浇筑强度相适应。

2.3 选择合适的出料高程和地质良好的厂址

　　出料高程应根据混凝土浇筑方案、浇筑高程等因素进行综合经济比较后确定。塔、顶带机本身具有上仰、下俯、爬升等功能，供料高程在其承担任务范围约1/2高度处比较合理；从高程120m栈桥供应的混凝土应方便汽车上栈桥。

　　搅拌楼、储罐和料仓等高大建筑物对地基承载能力要求较高，系统选址时最好选择地质条件良好（如基岩）的部位.

2.4 经济合理地配置混凝土拌和系统容量

　　选择大容量的搅拌楼，可以减少机械数量和简化运行管理工作；但必须使生产、运输和仓面接收能力相适应，特别要求与塔、顶带机的生产效率匹配。标段间混凝土高峰强度不尽一致，可通过合理调配，以减少混凝土拌和系统总容量，避免规模过于庞大，造成建安工程量增加、设备利用率低下。

2.5 合理选择制冷工艺，满足温控要求

　　二期厂坝混凝土夏季浇筑量大、强度高，对温控要求十分严格；加之可供布置制冷车间的面积十分有限。因而，制冷工艺必须合理可靠，应做到能耗少、运行维护方便、占地面积小。

2.6 交通方便，出料顺畅

　　混凝土拌和系统的原材料用量较大，要求对外交通通畅、受料方便。由于二期厂坝混凝土运输的特点，要求出料能满足汽车和供料线两种工况要求，使其出料顺畅。

2.7 充分利用地形，简化工艺，紧凑布置

　　二期厂坝工程提供给混凝土拌和系统的场地十分有限，应充分利用地形高差，按照生产工艺流程合理布置各组成部分。物料尽量从高处向低处运输，以减少动力消耗。

2.8 确保安全建设和运行，避免同其他施工活动干扰

　　布置系统时，应考虑其建设和生产活动与其它施工活动的相互干扰。基坑抽水后，大坝基础开挖立即开始，而此时正是系统建设的黄金时期，应综合考虑开挖爆破对建设的影响，以及就近设置、缩短运输距离等因素，从而选择一个经济合理、安全可靠的厂址。

3 二期厂坝混凝土拌和系统布置方案

　　经过多种方案的比较、分析，最终选定4个方案（见图1），即高程79m、90m、120m、82m等4个混凝土拌和系统（以下分别简称为“79系统”、“90系统”、“120系统”、“82系统”）。各系统均按生产7℃预冷混凝土配置制冷容量。

3.1 79系统

　　Ⅰ&Ⅱ_B标段具有量大、范围广的特点，其混凝土浇筑量为775.88万m³，占二期厂坝混凝土总量的63%。选定的混凝土浇筑手段以塔、顶带机为主，辅以门塔机，共布置5台塔、顶带机。面对如此多的塔、顶带机及门（塔）机，该标段设置了两个混凝土拌和系统，即高程79m、90m两个混凝土拌和系统。其中79系统供应溢流坝段5^#～23^#，90系统供应溢流坝段的1^#～4^#和厂房坝段的11^#～14^#。

　　将79系统布置于溢流坝段下游，位于混凝土纵向围堰与一期土石围堰之间，距坝轴线235m，占地面积6.9万m²。系统主要承担厂坝导墙、5^#～23^#溢流坝段高程160m以下的混凝土生产任务。出料采用可伸缩的胶带运输机同时向1^#～3^#塔带机供料，与塔带机配合成“一机一带”，同时具备向汽车供料的能力。生产能力见表1。

3.2 90系统

　　该系统主要向溢流坝段的4^#和厂房坝段的5^#塔、顶带机供应混凝土，同时承担部分厂坝导墙混凝土生产任务。将90系统布置在左非18^#～左厂5^#坝段上游，距坝轴线约75～300m，占地面积7.2万m²；也采用伸缩式胶带运输机供料，同时具备向汽车供料的能力。出料线高程90m。配置的搅拌容量稍大（表1），主要是考虑79系统的任务比较繁重，由该系统通过汽车运输供应左导墙的混凝土。

3.3 120系统

　　该系统主要承担Ⅱ_A标段300.6万m³混凝土生产任务，月最高浇筑强度为11万m³。浇筑手段有一台顶带机、多台门机、两台摆塔式缆机。布置于左非10^#～13^#坝段下游，高程120～115m平台上，距坝轴线50～600m，占地面积3.4万m²。采用伸缩式胶带运输机向6^#顶带机供料，并具有向汽车供料的能力。出料线高程120m（见表1）。

3.4 82系统

　　该系统主要承担电站厂房混凝土生产任务，混凝土总量为156.61万m³。浇筑以门机为主，因而只需满足汽车运输的要求。由于该标段附近有可供布置混凝土拌和系统的场地，因而将82系统布置于紧邻二期下游围堰左端，占地面积4.8万m²。采用汽车出料方式。出料线高程83m（见表1）。

4 主要工艺及技术参数

4.1 主要工艺

　　4个混凝土拌和系统采用的工艺基本相同，即地面设粗骨料二次筛分，制冷采用两次连续风冷技术。

4.2 各混凝土拌和系统生产能力及搅拌楼配备

　　二期厂坝工程最高月浇筑强度为45万m³，要求拌和系统的生产能力为1350m³/h；4个系统实际配备了标称生产能力为1960m³/h的搅拌楼，其设备储备系数为1.45，比葛洲坝工程1.33稍高。这样配备，主要是为了与塔、顶带机浇筑能力相适应，塔、顶带机及其供料线的浇筑能力在200m³/h左右，相应要求单一搅拌楼小时生产能力应不小于200m³。

　　在搅拌楼楼型选择上，一是考虑温控的特殊要求，预冷混凝土需加入大量片冰，而融冰过程需要延长搅拌时间；二是考虑强制式搅拌楼衬板消耗是自落式的大约4倍，其维修及运行成本较高，故4个拌和系统均选用自落式搅拌楼。

　　各混凝土拌和系统生产能力及搅拌楼配备情况见表1。

表1 混凝土拌和系统设计生产能力及搅拌楼配备情况

4.3 骨料储运系统

4.3.1粗骨料储运系统

　　高程115m平台上设置有集中粗骨料堆场，可通过胶带运输机同时向90、120、82系统供应粗骨料，堆料容积可满足上述三个系统4.3d的需求。根据各系统距115m平台的距离，就近的120、82系统直接从粗骨料堆场通过胶带运输机送

图1 二期厂坝混凝土拌和系统布置图

　　至二次冲洗脱水筛分楼，90系统则在系统内配置了4个暂存粗骨料罐，总容积为12860m³, 活容积10000m³,可满足该系统高峰月强度2d的要求。79系统，从粗骨料生产系统（古树岭）经覃家沱大桥、二期下游围堰采用胶带运输机直接输送粗骨料，在系统内部设有8个暂存粗骨料罐，总容积为22500m³，活容积17000m³可满足该系统高峰月强度2.5d的要求。

4.3.2 细骨料储运系统

　　细骨料采用汽车运至各系统受料点，各系统均设细骨料储罐。从受料坑到储罐再到搅拌楼均采用胶带运输机。79系统设4个储罐，总容积为11250m³，活容积8500m³，可满足该系统高峰月混凝土日均浇筑强度4d的要求；90系统设3个储罐，总容积为9650m³,活容积7500m³,可满足该系统高峰月混凝土日均浇筑强度4d的要求；120系统设4个储罐，总容积为6368m³，活容积5100m³，可满足该系统高峰月混凝土日均浇筑强度2.5d的要求；82系统设2个储罐，总容积为3200m³，活容积3000m³,可满足该系统高峰月混凝土日均浇筑强度2.6d的要求。

4.4 粗骨料二次冲洗脱水筛分系统

　　为控制超逊径及石粉含量，4个系统均设置了地面二阶式冲洗脱水筛分。根据混凝土级配及骨料用量，通过骨料储罐下的给料机混合给料上第一阶冲洗脱水筛分。骨料经过一阶筛分后，通过胶带运输机上第二阶筛进行筛分分级、脱水，出来的合格四级料，经胶带运输机送至相应的骨料冷却调节料仓。

　　各系统设备配置情况如下：79系统冲洗脱水筛分能力为2×700t/h，一阶筛分配备2台2YKR2460筛分机，二阶筛分设4台2YKR2460筛；90系统冲洗脱水筛分能力为2×700t/h，一阶筛分设备型号为2YKR2460,共2台，二阶筛分设4台2YKR2460筛；120系统冲洗脱水筛分能力为2×500t/h，每组筛选用2台2YAH2148筛和1台USL2.4×5.25直线振动筛；82系统冲洗脱水筛分能力为2×460t/h，一阶筛分设备型号为2YKR2050,共1台，二阶筛分设1台2YKR2050筛和1台2ZKR2052筛。

　　部分系统二阶筛选用直线筛，原希望利用其脱水效果好的优点，使进入预冷调节仓的骨料含水率尽量低，避免冻仓。运行后发现，其筛孔易堵，筛分后的骨料超逊径严重超标，最后将其更换为圆振筛，保证了骨料质量。

4.5 骨料预冷调节料仓

　　采用两次连续风冷工艺，其预冷是关键，欲使骨料第一段冷却终温到达8℃，必须保证骨料在预冷仓内停留1 h。

　　调节料仓的数量和容量根据上述要求选择，其中：79、90、82系统分别设8个240m³容积的料仓，120系统设4个250m³容积的特大石、大石料仓，4个300m³容积的中石、小石料仓。所有料仓均为金属结构，座落在钢筋混凝土廊道上，预冷调节料仓与胶带运输机上楼栈桥均设保温装置。

4.6 胶凝材料系统

　　各系统胶凝材料均采用散装集装箱或罐车运至工地，气力输送卸至系统内储罐，从储罐到搅拌楼采用气化喷射泵气力输送。4个系统胶凝材料储罐设置情况见表2。

4.7 制冷系统

　　由于混凝土工程量大，需要全年浇筑，要求各拌和系统的出机口温度为7℃，并能供应大坝冷却用水。4个系统均采用两次连续风冷工艺。即在冲洗筛分后的骨料调节料仓内对四级骨料进行一次风冷，使骨料温度冷却到6～8℃；在搅拌楼仓内，继续对四级骨料进行二次风冷，使骨料温度降至-2～0℃；与此同时加片冰及冷水拌和。见表3。

表2 各系统胶凝材料储罐设置情况表

表3 各系统制冷容量配备及制冷水生产量情况表

4.8 辅助配套设施

　　各系统配套辅助设施技术参数见表4。

表4 各系统风、水、电、胶带运输机情况表

5 结语

　　4个系统从1998年1月至1999年6月相继投产，至2001年12月底共生产混凝土1092万m³，最高月强度达到49万m³。经统计分析4个系统各搅拌楼设备利用率均在0.42以上，最高达0.72。几年良好运行情况说明，二期厂坝工程混凝土拌和系统满足了高强度浇筑要求，其产品质量包括温控均达到了设计要求，从而也证明其布置和工艺是合理的，所选定的技术参数是可靠、合理的，但也提醒我们在以后的工程中注意以下一些问题：

　　(1)当采用两次连续风冷的制冷工艺时，最好将混凝土拌和系统布置成120系统的“一字长蛇阵”，避免象79、82系统的“L”或90系统的“U”形布置，以减少占地面积和能耗。

　　(2)二次冲洗脱水筛分系统尽量设置于地面，避免设于搅拌楼顶，给楼带来不必要的振动荷载。同时，在脱水筛分设备选型上应注意，直线振动筛尽管脱水效果好，但是其筛孔易堵塞，造成骨料超逊径超标。

　　(3)一般情况下混凝土拌和系统一建成就进入高强度运行阶段，因而在设备选型和采购时，一定要选用可靠的成熟产品，不必过于追求先进。

　　(4)楼型选择时，搅拌楼生产能力要与运输能力匹配。