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向下送料连续浇筑竖井混凝土关键技术研究与应用

范文

摘要：通过向下送料连续浇筑竖井混凝土关键技术研究识别、立项、制定研究实施路线到应用实践、专利研发、标准化推广，系统介绍了研究项目的功用、研发路线、有意效果和适用性先进性，采用试验法、淘汰筛选法确定了混凝土缓冲器、缓冲转向器兩个关键技术装置，解决了向下送料连续浇筑混凝土的难题，在行业提供了相应的混凝土浇筑缓冲、连续下料的发明专利技术措施。

关键词：向下送料;连续;浇筑;竖井;混凝土;关键技术;研究;应用

Abstract： Through the research and identification of key technologies for continuous pouring of vertical shaft concrete， project identification， establishment of research and implementation routes to application practice， patent research and development， standardization and promotion， the functions， research and development routes， intentional effects and advancement of applicability of research projects are systematically introduced. The two key technical devices of concrete buffer and buffer diverter are determined by the test method and the elimination screening method， which solves the problem of continuous pouring concrete pouring downward， and provides the corresponding invention patent technology measures for concrete pouring buffer and continuous cutting in the industry.

Key words： downward feed;continuous;pouring;shaft;concrete;key technology;research;application

1? 概述

目前，对于垂直向下大深度输送混凝土采取的主要方法是采用混凝土高压泵机从底部往上输送，逐仓浇筑，在顶部小范围内采用溜筒送料浇筑。这种方法需要采用特殊的一级配泵送混凝土，需要设置大功率供电系统，在泵送过程中会频繁出现混凝土堵管现象，带来高空拆洗泵管安全风险、泵送期间混凝土间歇质量问题等缺点，另外浇筑升层过程中在滑模下部安装和拆卸泵管难度大，起重和固定、混凝土修补难以实现。对于200m以上垂直高度的特高建筑物，除此以外还要设置泵管清洗系统，耗资巨大，极少被水利水电行业采用。水利水电行业采用最多的是底部50m以内高度采用普通泵机浇筑混凝土，竖井以上部位采用从竖井顶部布置普通钢管做溜筒从地面往下输送混凝土到结构部位，但是这种向下输送混凝土容易出现骨料离散，混凝土堵管现象，有的采用了增加弯头当做骨料缓冲装置，但弯头极易磨穿、也不能解决频繁堵管问题以及堵管清理难度极大，往往出现整个管道报废事件。

本研究课题克服了上述弊端，解决了水利水电行业中大高度竖井、闸门井、调压井、通风竖井、其他自高处往低处大高度长距离向下下料，连续浇筑混凝土时的垂直运输、定位下料关键技术，并与行业中成熟的滑模系统组合实现了高深竖井混凝土的一次浇筑成型。

2? 研究技术指标和方案

2.1 总体思路及技术性能指标

技术方案总体思路。摒弃从下往上泵送混凝土的高危、低效、高费用方式，采用从竖井顶部通过溜筒下料浇筑方式。第一就要功克混凝土骨料离析、避免混凝土冲击危害、堵管导致的质量安全隐患等难题;第二要解决混凝土输送能够不间断进行问题;第三要解决混凝土面板能够连续升层并能保证安全、能够调平保证结构空间尺寸和位置的问题。

本研究项目主要技术性能指标有：第一，采用普通钢管构件控制二级配混凝土冲击能量可接受。混凝土溜筒必须设置缓冲装置以控制混凝土自落增加的动能，保证混凝土的冲击可接受。这是经济性、安全性的要求，是本课题成败的关键。第二，指定地点下料连续性。垂直溜筒内径应大于泵管内径，应能保证下料连续，底部应满足使骨料向三维空间一定范围转向下料功能以适应滑模系统升层、定点下料需要。第三，堵管低频性和清理便捷性。万一溜筒堵塞，应能及时、安全、简捷实现清理，清理时间应控制在保证仓面混凝土在被覆盖之前。第四，滑模系统的设计应满足双层钢筋结构混凝土不间断浇筑的工艺要求。液压滑模系统是工程界普遍采用的设施，技术早已成熟，不是本研究内容重点。滑模与溜筒配合应简单易行，尽可能减少高温焊接、高空作业。

2.2 技术方案

2.2.1 技术难点

本课题研制出来的混凝土溜筒缓冲器和缓冲转向器是本课题需要保密的核心的关键技术，是本课题难点，除此以外的滑模施工等工艺都是成熟的常见工艺和机具。课题涉及到的“一种混凝土垂直输送缓冲装置”和“一种混凝土垂直输送缓冲转向装置”已获得国家实用新型发明专利。

采用材料易得的普通无缝钢管作混凝土下料装置，首先要考虑骨料下落时的不断增加的动能，控制骨料速度及动能，同时要保证混凝土不堆积、不分离，还要考虑缓冲装置与混凝土溜管易于连接、拆除、方便清理。经过历次研制、试用、改造，最终确定了本课题研制的“一种混凝土垂直输送缓冲装置”发明，现已获得专利授权。

同样，在溜筒的底部，混凝土不能直接冲击滑模主溜槽，而且主滑模需要在三维空间随着滑模顶升而不断第改变平面位置和高度，这样溜筒底部需要设计一种与之适应的缓冲转向装置。该装置同样要考虑缓冲装置与混凝土溜管易于连接、拆除、方便清理。经过历次研制、试用、改造，最终确定了本课题研制的“一种混凝土垂直输送缓冲转向装置”发明专利，该装置由溜筒主管材料加工而成，可加工成不同角度配合使用以适应滑模顶升和逐节溜筒拆除的需要。

竖井衬砌混凝土一般都是双层结构钢筋，靠滑模的外层钢筋可根据滑模浇筑方案在混凝土浇筑过程中安装。

2.2.2 技术实施流程

除上述关键技术以外，研究课题技术方案操作工艺流程如图1。

2.2.3 操作要点

①加工混凝土溜筒构件。

溜筒构件主要包括钢管溜筒、缓冲器、转向缓冲器，通常统一采用外径219mm钢管及对应法兰盘制作。用高强钢材焊接，例如16锰钢、615高强钢，材料难得时也可采用废旧钻杆。缓冲转向器进料口与出料口之间的角度根据需要设定。据此，为适应滑模高度不断变化，至少应当加工3种不同角度的缓冲转向器。初始夹角大，采用大角度转向器，滑模提升后旋转转向器，转向器转到极限后换用夹角较小的转向器，再转到极限时在更换更小夹角的转向器。

②现场准备要点。

1）靠近岩壁一侧的结构钢筋（内侧钢筋）必须预先安装完成，以减少滑模提升期间工程量和安全风险。2）按照厂家指导安装滑模系统，并组织技术、质量、安全验收，合格后才能投入使用。3）在下料平台及进口和滑模的布料层、养护层必须布置水管供水，以保证管道湿润、养护等之用。4）混凝土配合比应获得批准，并进行凝结时间的检测。5）滑槽布料系统应该保证方便布料，当滑槽间距过大过稀疏时应加密。反之可减少滑槽数量。

③安装垂直溜管和缓冲器、缓冲转向器、下料斗要点。

1）溜管和缓冲器应利用岩石锚杆加长后采用焊接方法加以固定。固定点和间距、焊接长度等应考虑发生全线堵管时的活载。一般每隔4m以内在溜筒上布置双侧拉杆一排。2）下料斗与溜筒要连接紧密，不得漏浆;下料斗下部第一个缓冲器到下料斗的距离不得超过12m。溜筒中缓冲器间距按照一根钢管的长度12m布置。3）溜筒随着滑模的不断爬升、缓冲转向器的循环更换而逐根拆除。

④利用溜筒输送混凝土、安装外层钢筋要点。

1）浇筑混凝土过程中同时安装内層钢筋及远离岩壁侧的一层钢筋网，每次安装其中水平钢筋高度应当与滑模爬升机构匹配，防止出现钢筋阻碍爬升的现象。2）当往溜筒中下料间断时间超过15分钟以上时，应检查溜筒壁水分损失及失水情况，再视情况采用一车较高塌落度混凝土或者向溜筒补水湿润，补水时应把流出的水和砂浆混合物采用水桶盛出仓外。3）钢筋连接应当采用套筒连接或其他快速机械连接。4）在意外情况下发生堵管时，打开最下面一只缓冲器检修盖板，从此处清理集料，集料处理可以采用敲落、掏、水冲等等方法。

⑤提升滑模并检查、调平滑模系统。

1）提升之前要首先检查缓冲转向器、滑模布料系统中主滑槽、滑槽群三者之间再提升时是否会出现卡阻，确认无卡阻或者调整主滑模角度到位、更换缓冲转向器后才能爬升滑模。2）滑模液压系统应保持油量适中、油缸干净;根据滑模操作规程检查滑模垂直度，发现偏差立即启动对应液压阀组进行调平，保证结构偏差合格、保证运行安全。3）滑模系统拆除应当严格按照厂家要求的顺序进行。4）浇筑靠近地面下料点附近一定高度时，如果滑模系统不便布料，可采用其他方法浇筑剩下混凝土，如采用搅拌车直接往滑模中下料;采用搭设一定高度排架布置泵管，通过抬高泵管往滑槽布料系统中下料;采用吊罐转料入仓;采用反铲转料入仓等等。

3? 施工应用与实践

本课题在实践中经历了一段曲折的研究、试验过程。

首先在缓冲器设计方面经历了在筒内壁考虑耐磨的第一代技术方案，后发展到在其他地方设计耐磨补偿的新专利方案;在缓冲转向器发明方面也经历了采用钢管弯头、活动溜筒、橡胶泵管等作缓冲转向器的过程，直到有了本缓冲转向器发明专利技术后才找到成熟稳定的方案，最后解决了垂直向下用溜筒输送混凝土的连续性、稳定性、经济性问题，最终在累计3个项目进行应用，其竖井浇筑深度分别为215m、193m、130m，均获满意成效。

4? 本研究项目的有益效果

本关键技术解决了采用简单、经济、可靠地向下输送混凝土到大高（深）度长距离输送混凝土、一次将竖井衬砌浇筑成型的难题，其关键技术属于国内先进技术上的改进和创新，达到国内甚至国际先进水平，2015年被评为中国电力建设联合会评定为中国电力建设工法，现已在国家专利保护下推广应用中。

5? 结语

本研究项目是在施工生产过程中根据项目和企业实际情况为提高生产率、减少安全风险和费用投入展开的攻关，其中缓冲器和转向缓冲器的发明解决了大高度向下垂直输送混凝土的卡关难题。

本研究项目已在多个项目得到成功应用，技术简单、经济、安全可靠。该研究成果可以广泛应用于水利水电行业所有自上向下垂直输送的项目，例如各类闸门竖井、调压竖井、水道竖井、排风排烟竖井、电缆竖井等等所有由上往下垂直长距离不间断输送、浇筑混凝土的场所和项目，因此该研究成果在水利水电建筑行业将具有广阔的前景。

参考文献：

[1]黄静.中国葛洲坝集团第一工程有限公司.混凝土缓冲装置实用新型发明专利：中国，ZL 2016 2 0052795.5[P].2016-06-15.

[2]黄静.中国葛洲坝集团第一工程有限公司.一种混凝土缓冲转向装置发明专利：中国zl2016 2 0027363.0[P].2016-06-29.

[3]BUILDING CODE REQUIREMENTS FOR STRUCTURAL CONCRETE? AND COMMENTARY （ACI 318M-05）， ACI Committee 318 Structural Building Code.

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