向下送料連續澆筑豎井混凝土關鍵技術研究與應用

摘要：通過向下送料連續澆筑豎井混凝土關鍵技術研究識別、立項、制定研究實施路線到應用實踐、專利研發、標準化推廣，系統介紹了研究項目的功用、研發路線、有意效果和適用性先進性，采用試驗法、淘汰篩選法確定了混凝土緩沖器、緩沖轉向器兩個關鍵技術裝置，解決了向下送料連續澆筑混凝土的難題，在行業提供了相應的混凝土澆筑緩沖、連續下料的發明專利技術措施。

關鍵詞：向下送料;連續;澆筑;豎井;混凝土;關鍵技術;研究;應用

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，對于垂直向下大深度輸送混凝土采取的主要方法是采用混凝土高壓泵機從底部往上輸送，逐倉澆筑，在頂部小范圍內采用溜筒送料澆筑。這種方法需要采用特殊的一級配泵送混凝土，需要設置大功率供電系統，在泵送過程中會頻繁出現混凝土堵管現象，帶來高空拆洗泵管安全風險、泵送期間混凝土間歇質量問題等缺點，另外澆筑升層過程中在滑模下部安裝和拆卸泵管難度大，起重和固定、混凝土修補難以實現。對于200m以上垂直高度的特高建筑物，除此以外還要設置泵管清洗系統，耗資巨大，極少被水利水電行業采用。水利水電行業采用最多的是底部50m以內高度采用普通泵機澆筑混凝土，豎井以上部位采用從豎井頂部布置普通鋼管做溜筒從地面往下輸送混凝土到結構部位，但是這種向下輸送混凝土容易出現骨料離散，混凝土堵管現象，有的采用了增加彎頭當做骨料緩沖裝置，但彎頭極易磨穿、也不能解決頻繁堵管問題以及堵管清理難度極大，往往出現整個管道報廢事件。

本研究課題克服了上述弊端，解決了水利水電行業中大高度豎井、閘門井、調壓井、通風豎井、其他自高處往低處大高度長距離向下下料，連續澆筑混凝土時的垂直運輸、定位下料關鍵技術，并與行業中成熟的滑模系統組合實現了高深豎井混凝土的一次澆筑成型。

2? 研究技術指標和方案

2.1 總體思路及技術性能指標

技術方案總體思路。摒棄從下往上泵送混凝土的高危、低效、高費用方式，采用從豎井頂部通過溜筒下料澆筑方式。第一就要功克混凝土骨料離析、避免混凝土沖擊危害、堵管導致的質量安全隱患等難題;第二要解決混凝土輸送能夠不間斷進行問題;第三要解決混凝土面板能夠連續升層并能保證安全、能夠調平保證結構空間尺寸和位置的問題。

本研究項目主要技術性能指標有：第一，采用普通鋼管構件控制二級配混凝土沖擊能量可接受。混凝土溜筒必須設置緩沖裝置以控制混凝土自落增加的動能，保證混凝土的沖擊可接受。這是經濟性、安全性的要求，是本課題成敗的關鍵。第二，指定地點下料連續性。垂直溜筒內徑應大于泵管內徑，應能保證下料連續，底部應滿足使骨料向三維空間一定范圍轉向下料功能以適應滑模系統升層、定點下料需要。第三，堵管低頻性和清理便捷性。萬一溜筒堵塞，應能及時、安全、簡捷實現清理，清理時間應控制在保證倉面混凝土在被覆蓋之前。第四，滑模系統的設計應滿足雙層鋼筋結構混凝土不間斷澆筑的工藝要求。液壓滑模系統是工程界普遍采用的設施，技術早已成熟，不是本研究內容重點。滑模與溜筒配合應簡單易行，盡可能減少高溫焊接、高空作業。

2.2 技術方案

2.2.1 技術難點

本課題研制出來的混凝土溜筒緩沖器和緩沖轉向器是本課題需要保密的核心的關鍵技術，是本課題難點，除此以外的滑模施工等工藝都是成熟的常見工藝和機具。課題涉及到的“一種混凝土垂直輸送緩沖裝置”和“一種混凝土垂直輸送緩沖轉向裝置”已獲得國家實用新型發明專利。

采用材料易得的普通無縫鋼管作混凝土下料裝置，首先要考慮骨料下落時的不斷增加的動能，控制骨料速度及動能，同時要保證混凝土不堆積、不分離，還要考慮緩沖裝置與混凝土溜管易于連接、拆除、方便清理。經過歷次研制、試用、改造，最終確定了本課題研制的“一種混凝土垂直輸送緩沖裝置”發明，現已獲得專利授權。

同樣，在溜筒的底部，混凝土不能直接沖擊滑模主溜槽，而且主滑模需要在三維空間隨著滑模頂升而不斷第改變平面位置和高度，這樣溜筒底部需要設計一種與之適應的緩沖轉向裝置。該裝置同樣要考慮緩沖裝置與混凝土溜管易于連接、拆除、方便清理。經過歷次研制、試用、改造，最終確定了本課題研制的“一種混凝土垂直輸送緩沖轉向裝置”發明專利，該裝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適應滑模頂升和逐節溜筒拆除的需要。

豎井襯砌混凝土一般都是雙層結構鋼筋，靠滑模的外層鋼筋可根據滑模澆筑方案在混凝土澆筑過程中安裝。

2.2.2 技術實施流程

除上述關鍵技術以外，研究課題技術方案操作工藝流程如圖1。

2.2.3 操作要點

①加工混凝土溜筒構件。

溜筒構件主要包括鋼管溜筒、緩沖器、轉向緩沖器，通常統一采用外徑219mm鋼管及對應法蘭盤制作。用高強鋼材焊接，例如16錳鋼、615高強鋼，材料難得時也可采用廢舊鉆桿。緩沖轉向器進料口與出料口之間的角度根據需要設定。據此，為適應滑模高度不斷變化，至少應當加工3種不同角度的緩沖轉向器。初始夾角大，采用大角度轉向器，滑模提升后旋轉轉向器，轉向器轉到極限后換用夾角較小的轉向器，再轉到極限時在更換更小夾角的轉向器。

②現場準備要點。

1）靠近巖壁一側的結構鋼筋（內側鋼筋）必須預先安裝完成，以減少滑模提升期間工程量和安全風險。2）按照廠家指導安裝滑模系統，并組織技術、質量、安全驗收，合格后才能投入使用。3）在下料平臺及進口和滑模的布料層、養護層必須布置水管供水，以保證管道濕潤、養護等之用。4）混凝土配合比應獲得批準，并進行凝結時間的檢測。5）滑槽布料系統應該保證方便布料，當滑槽間距過大過稀疏時應加密。反之可減少滑槽數量。

③安裝垂直溜管和緩沖器、緩沖轉向器、下料斗要點。

1）溜管和緩沖器應利用巖石錨桿加長后采用焊接方法加以固定。固定點和間距、焊接長度等應考慮發生全線堵管時的活載。一般每隔4m以內在溜筒上布置雙側拉桿一排。2）下料斗與溜筒要連接緊密，不得漏漿;下料斗下部第一個緩沖器到下料斗的距離不得超過12m。溜筒中緩沖器間距按照一根鋼管的長度12m布置。3）溜筒隨著滑模的不斷爬升、緩沖轉向器的循環更換而逐根拆除。

④利用溜筒輸送混凝土、安裝外層鋼筋要點。

1）澆筑混凝土過程中同時安裝內層鋼筋及遠離巖壁側的一層鋼筋網，每次安裝其中水平鋼筋高度應當與滑模爬升機構匹配，防止出現鋼筋阻礙爬升的現象。2）當往溜筒中下料間斷時間超過15分鐘以上時，應檢查溜筒壁水分損失及失水情況，再視情況采用一車較高塌落度混凝土或者向溜筒補水濕潤，補水時應把流出的水和砂漿混合物采用水桶盛出倉外。3）鋼筋連接應當采用套筒連接或其他快速機械連接。4）在意外情況下發生堵管時，打開最下面一只緩沖器檢修蓋板，從此處清理集料，集料處理可以采用敲落、掏、水沖等等方法。

⑤提升滑模并檢查、調平滑模系統。

1）提升之前要首先檢查緩沖轉向器、滑模布料系統中主滑槽、滑槽群三者之間再提升時是否會出現卡阻，確認無卡阻或者調整主滑模角度到位、更換緩沖轉向器后才能爬升滑模。2）滑模液壓系統應保持油量適中、油缸干凈;根據滑模操作規程檢查滑模垂直度，發現偏差立即啟動對應液壓閥組進行調平，保證結構偏差合格、保證運行安全。3）滑模系統拆除應當嚴格按照廠家要求的順序進行。4）澆筑靠近地面下料點附近一定高度時，如果滑模系統不便布料，可采用其他方法澆筑剩下混凝土，如采用攪拌車直接往滑模中下料;采用搭設一定高度排架布置泵管，通過抬高泵管往滑槽布料系統中下料;采用吊罐轉料入倉;采用反鏟轉料入倉等等。

3? 施工應用與實踐

本課題在實踐中經歷了一段曲折的研究、試驗過程。

首先在緩沖器設計方面經歷了在筒內壁考慮耐磨的第一代技術方案，后發展到在其他地方設計耐磨補償的新專利方案;在緩沖轉向器發明方面也經歷了采用鋼管彎頭、活動溜筒、橡膠泵管等作緩沖轉向器的過程，直到有了本緩沖轉向器發明專利技術后才找到成熟穩定的方案，最后解決了垂直向下用溜筒輸送混凝土的連續性、穩定性、經濟性問題，最終在累計3個項目進行應用，其豎井澆筑深度分別為215m、193m、130m，均獲滿意成效。

4? 本研究項目的有益效果

本關鍵技術解決了采用簡單、經濟、可靠地向下輸送混凝土到大高（深）度長距離輸送混凝土、一次將豎井襯砌澆筑成型的難題，其關鍵技術屬于國內先進技術上的改進和創新，達到國內甚至國際先進水平，2015年被評為中國電力建設聯合會評定為中國電力建設工法，現已在國家專利保護下推廣應用中。

5? 結語

本研究項目是在施工生產過程中根據項目和企業實際情況為提高生產率、減少安全風險和費用投入展開的攻關，其中緩沖器和轉向緩沖器的發明解決了大高度向下垂直輸送混凝土的卡關難題。

本研究項目已在多個項目得到成功應用，技術簡單、經濟、安全可靠。該研究成果可以廣泛應用于水利水電行業所有自上向下垂直輸送的項目，例如各類閘門豎井、調壓豎井、水道豎井、排風排煙豎井、電纜豎井等等所有由上往下垂直長距離不間斷輸送、澆筑混凝土的場所和項目，因此該研究成果在水利水電建筑行業將具有廣闊的前景。

參考文獻：

[1]黃靜.中國葛洲壩集團第一工程有限公司.混凝土緩沖裝置實用新型發明專利：中國，ZL 2016 2 0052795.5[P].2016-06-15.

[2]黃靜.中國葛洲壩集團第一工程有限公司.一種混凝土緩沖轉向裝置發明專利：中國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.