细石混凝土砌石坝入仓设备的选型配置研究

细石混凝土砌石坝入仓设备的选型配置研究

夏小龙1李力2

1.中国葛洲坝集团第一工程有限公司湖北宜昌443002

2.中国葛洲坝集团机电建设有限公司成都610031

摘要：老山口水库是向老山口工业园区供水为主，兼顾农田灌溉及农村人畜安全饮水的综合性水利工程。工程拦河大坝为C15细石混凝土砌石重力坝，坝址区地层结构单一，河谷两岸缓坡发育为阶梯式水田，适合依地形进行施工布置。本文通过对该工程入仓设备的选型分析，从技术可行性和经济性角度，确定中小型砌石坝入仓设备的选型配置，为后续此类工程施工建设提供借鉴。

关键词：细石混凝土；砌石坝；设备选型；借鉴

1工程概况

老山口水库工程坝址位于玉铜高速公路上游约120m处，总库容110.10万m3，正常蓄水位680m，死水位672m。水库首部工程为细石混凝土砌石坝，由左岸非溢流坝、右岸非溢流坝、溢流坝及消力池组成。大坝全长238m，分为9个坝段；最大坝宽22.56m，最大坝高26m，坝底高程657m，坝顶高程683m。

坝址区属黔东低山丘陵盆地河谷地带，库区内相对高程最大不超过35米，多为缓坡、缓丘低山山原地形地貌。坝址所处河谷宽高比为7.55：1，左岸岸坡自然坡度约25°，右岸岸坡自然坡度约30°，河谷为对称的“V”形谷。

2工艺流程及要求

本工程大坝施工主材为C15细石混凝土和砌筑毛石，设计要求毛石尺寸控制在20cm~100cm间，单块重量大于25kg。主要施工工序流程为：砌筑工作面清理→材料选择→铺垫砂浆→石料安放→竖缝灌浆→表面勾缝→质量检查→成品养护，要求毛石砌筑平整、稳定、密实、错缝，毛石砌体设计密度不小于21.0kN/cm3。

3施工技术难点和强度分析

本工程施工难点是如何依据坝址区地形地貌选择合适的混凝土及砌筑毛石的起吊设备，以满足工程进度和质量的要求，达到最优经济效益。

根据工程特点及强度分析，本工程混凝土总量为5.27万m3，其中砌筑块石量3.8万m3。按施工进度计划要求，混凝土月最大浇筑方量为8631m3，月起吊量须达到21577.5t；施工期每月按25天施工计，最大起吊量须≧43.16t/h。

4设备选型方案

根据工程施工经验和规范要求，结合现场布置和施工强度需要，拟选用建筑塔机、履带起重机以及自卸汽车与装载机组合形式等三种方式作为本工程筑坝材料的垂直入仓手段。不同起吊入仓方案的选择，在技术和经济两个层面上将影响工程的综合效益。现针对以上三种方案进行系统分析，选定最为经济合理的设备配置。

4.1建筑塔吊方案

（1）布置原则：根据坝体结构、道路布置以及现场可利用的地形条件，建筑塔机起吊范围需覆盖85%的坝段，覆盖不到的部位采用搭设溜槽进行混凝土入仓的方案，尽可能减少水平运输和垂直运输。

（2）塔机型号选择：拟选择C7015、C6024、C6015、C5513四种型号的建筑塔机进行平面布置。根据施工总进度计划，左、右岸施工时间不一致，且有重叠时间，需布置两台塔机，顺坝轴线的桩号分别为：坝0+72.5m，坝0+167.0m，且大型号塔机应布置在大坝右岸。

（3）起吊能力核算：依据各型号塔机的起重性能特性，计算出各塔机的小时起吊数。在一般工况下，45m能力范围时各塔机的小时起吊次数要求为:①C7015=43.16/4.7=10次；②C6024=43.16/4.4=10次；③C6015=43.16/2.24=20次；④C5513=43.16/1.73=25次。

（4）塔机选型：根据塔机的提升、回转速度和起吊重量，在一般工况下，平均每6分钟吊一次，一小时可起吊10次，因此选择的塔机型号为:C7015、C6024。

（5）入仓方案：①3#~7#坝段坝基垫层混凝土用装载机入仓，液压反铲仓内倒运；②▽658.0m~▽668.0m用装载机和自卸汽车运毛石入仓，混凝土采用塔机入仓；③▽668.0m~▽683.0m混凝土和毛石均用塔机入仓。

（6）塔吊安装时间：根据施工总进度计划安排，塔机应在2015年5月上旬安装完成并投入使用。

4.2履带起重机方案

（1）布置原则：根据现场平面布置，将履带起重机布置在大坝下游面，混凝土浇筑仓位之外。具体布置位置在坝下0+32.8m，坝0+40m~0+200m，高程为▽665.5m。随着坝体的上升，可适时对坝下游进行回填，提升起吊性能。

（2）型号选择：拟选75吨和50吨两种型号的履带起重机。

（3）起吊能力核算及选型：根据施工需求和施工布置，履带起重机起重量为8吨（2m3混凝土加吊罐重量），起吊幅度为30.31m，结合起重机的起吊力矩，需选75吨履带起重机车。

①50t型：起吊力矩50*3.7=185t.m，在30.3m范围内可吊重185/30.3=6.1t；

②75t型：起吊力矩71*4.0＝284t.m，在30.3m范围内可吊重284/30.3=9.3t。

（4）入仓方案：①最低部位坝基垫层混凝土3#~7#坝段用装载机入仓，反铲仓内倒运的入仓方式；②▽658.0m~▽668.0m用装载机和汽车运毛石入仓，混凝土用履带起重机入仓；③▽668.0m~▽683.0m混凝土和毛石均用履带起重机入仓。

（5）使用时间：▽658.0m高程以上均需使用，需从2015年5月开始至工程施工结束。

4.3自卸汽车与装载机组合方案

（1）布置原则：根据坝体结构、施工道路布置以及现场可利用的地形条件，考虑上游面板布置有钢筋混凝土面板，且坝体内大部位置无钢筋，为尽量减少施工干扰，可在坝体下游面布置入仓施工道路，砌筑毛石采用50型装载机和10吨自卸汽车直接入仓，混凝土采用装载机端料入仓。

（2）入仓道路布置方案：

①左岸非溢流坝段：从坝顶683m高程到混凝土拌和站平台665m高程的高差为18m，水平距离约100m。可将坝顶位置开挖至680高程，6#坝段下游垫高至668m。在其间修筑道路纵坡为12%，修筑该道路作为668m高程至683m高程的毛石和混凝土的入仓主路。随着坝体的上升，逐步修筑各支路入仓，且道路纵坡会逐渐变缓。目前左岸有基坑出渣道路，从混凝土拌和站傍到基坑道路长55m，起点高程665m，终点高程657m，高差8m，纵坡14.5%，路宽5m，可利用该路作为668m高程以下毛石和混凝土入仓主路。随着坝体的上升，逐步回填并修筑支路入仓。在下游面板混凝土浇筑筑过程中，通过仓位安排尽量减少主路改道，当下游面板混凝土浇筑后，及时申请验收后可以回填。

②右岸非溢流坝段：右岸现有上下两层开挖出渣道路，可利用下层道路为668m高程以下毛石和混凝土入仓道路。当坝体上升至668m高程后，利用左右岸联接道路为起点，修支路作为坝体毛石和混凝土的入仓道路。

拟投入资源：

①仓内外：为方便施工、节约时间，在进仓位置道路没回填时，在仓内外架设钢栈桥。钢栈桥拟采用20型工字钢、20型槽钢及直径20mm的钢筋加工制作，仓内外钢栈桥长4m、宽3.5m。根据布置需要，仓外栈桥需布置2块，仓内栈桥需布置8块，则总需钢量为12.54t。

②道路挖填工程量估算：道路填筑所需土石方以就近的原则选取，不够的从弃料场挖取，且设计要求原始地面以下的开挖部位需要用原土回填，则估算增加回填方量为6000m3。

5方案优缺点分析

以上三种入仓方案，在技术可行上均能满足施工需求。但由于本项目所处地形地貌便于布置施工道路，同时自卸汽车与装载机组合方案（以下简称方案三）所需设备均为工程土石方开挖设备，不需要在结构施工期间从外另行采购进场。其次，对比方案中建筑塔吊（以下简称方案一）和履带起重机方案（以下简称方案二）需电力驱动，对全场用电负荷有影响，同时也存在开挖修路及机身安全防护等需求。除此之外，以方案三为分析对象，将三种方案具体的优缺点分析如下：

（1）方案三布置灵活、施工方便：现场施工人员足够时，此方案可同时开多个工作面，有利于提高施工速度。而方案一、二受制于起重设备的配置数量和位置固定，难以展开多点面施工。

（2）方案三费用较低：按设计要求，坝体原始地面以下均需回填，修路需增加的回填量约6000m3。方案三在施工期间增加的钢栈桥12.54吨和开挖回填量6000m3所需费用投入约为20万元，而方案一、二仅一个季度的设备租赁费便超过以上费用投入。所以从经济可行方面，方案三更具优势。

（3）方案三受限于不能为溢流坝段（5#坝段）施工提供服务：根据总进度计划安排，5#坝施工时（2015年9月19日开始混凝土施工），6#坝段在进行672m至674m高程施工，7#坝段在进行670m至672m高程施工；4#坝段在进行666m至668m高程施工，3#坝段在进行664m至666m高程施工，若调整6#、7#坝段，3#、4#坝段的施工顺序，其高差至少有7m(664m－657m)，施工难以协调。

针对方案三的缺点，编制溢流坝段砌筑毛石和混凝土入仓补充方案：①668m高程以下，可通过拌和站→漫水桥→右岸下线道路→直接入仓；②668m高程以上，可采用租用25吨汽车吊。

通过以上分析，本工程砌筑材料垂直入仓方案选用方案三（自卸汽车与装载机组合方案）。

6结束语

近些年随着我国大江大河水利水电开发建设趋于饱和，水利建设从大流域大规模转向“小农水工程”建设。水利部在全国范围推广和鼓励“小农水工程”建设，以解决偏远地区居民、牲畜饮用水短缺和农业灌溉用水不足等问题。在此背景下，中小型砌石坝施工又将迎来一波建设浪潮。而砌石坝施工在我国已拥有悠久的历史，已有一套较为成熟的砌石坝施工工艺。其具有就地取材、节约材料、水化热低、可控温度、坝顶泄流、施工简单以及工期安排灵活等优点，受到全国各省市水利部门“小农水工程”的大力推崇和青睐。

本文以老山口水库C15细石混凝土砌石坝设备选型作为研究对象，通过对三种不同入仓设备选型的分析对比，着力推广中小型砌石坝工程应依据工程所处地形地貌合理配置施工设备，以更为经济的设备选型手段完成项目建设。

参考文献：

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