塔帶機澆筑大壩混凝土工藝探討

彭　岡

摘要：塔帶機澆筑混凝土的突出特點是供抖連續、強度高，并具有倉面布料功能，但也存在預冷混凝土在運輸途中溫度回升較大、控制不當時較易出現混凝土骨料分離現象等問題。因此，如何確保塔帶機澆筑混凝土既高速度，又高質量，是工程施工中必須解決的關鍵問題。通過三峽二期廠壩工程混凝土施工實踐，總結出塔帶機澆筑大壩混凝土時在原材料質量控制、倉面配套設備、倉面施工工藝、設計方面的配合及設備管理方面的要點。

關鍵詞：塔帶機；混凝土澆筑；配合比；配套設備；施工工藝

1 概述

塔帶機是美國羅泰克公司(ROTEC)開發出的大壩混凝土澆筑專用設備，是塔機與皮帶機的有機結合。它將混凝土水平運輸、垂直運輸及倉面布料功能融為一體，具有很強的混凝土澆筑能力。塔帶機與混凝土供料線配合使用實現了混凝土從拌和樓到倉面施工的連續、均勻、高效的工廠化作業方式，是目前世界上最先進的大壩混凝土澆筑設備。塔帶機及混凝土供料線配備了一系列混凝土輸送專用設備，如刮刀、轉料斗及下料皮筒等，基本上克服了普通皮帶機輸送混凝土時存在的骨料分離、灰漿損失等大的缺陷，提高了混凝土輸送質量，使其在大壩混凝土澆筑中有了較大發展。

中國三峽總公司于1994年率先引進一臺羅泰克公司生產的TC2400型塔帶機，在三峽右岸一期工程中進行生產性試驗，取得了較好效果。在此基礎上，三峽二期廠壩工程則采用以6臺塔帶機為主的混凝土施工方案，截止到2000年6月底，6臺塔帶機共澆筑混凝土230萬m3，很好地發揮了主導施工設備的作用。實際施工中，單臺塔帶機的最高月澆筑強度達5萬m3/月，所澆混凝土質量也滿足設計要求，但也反映出預冷混凝土在運輸途中溫度回升較大、控制不當時較易出現混凝土骨料分離現象等問題，工程施工中針對產生問題的原因采取了一系列措施。

2 混凝土原材料與配合比

2.1 粗骨料

四級配混凝土中特大石的粒徑為150mm，部分超徑石的粒徑達175mm，甚至更大。超徑石過多，容易導致混凝土運輸過程中骨料分離，而且也會影響到皮帶機的正常運行。根據現場生產性試驗結果分析，應適當降低特大石比例(將常規比例30%降為20%～25%)，嚴格控制特大石超徑比例。

2.2 細骨料

砂的細度模數過大時，對混凝土和易性及泌水性影響較大，應嚴格按設計要求控制在2.6±0.2。砂的含水率要嚴格控制在6%以內，并盡量減少波動值，以控制混凝土坍落度的穩定性。

2.3 粉煤灰

Ⅰ級粉煤灰中的微珠在混凝土中起“軸承”作用，可大大提高混凝土的和易性，從而改善了皮帶機轉接及下料時容易出現的堵料現象。故對塔帶機澆筑方案，有條件時應盡量選用Ⅰ級粉煤灰。

2.4 混凝土配合比與坍落度

①對四級配混凝土，除適當降低特大石比例外，還應注意對混凝土中最小膠凝材料用量的控制。膠材偏少時，粗骨料易分離，影響混凝土的和易性。②合理選擇混凝土坍落度。隨著大型振搗臂的普遍采用，一般傾向于選擇低坍落度混凝土(1～3cm)，以有效降低混凝土的單位用水量，但過低的坍落度使混凝土變干，易出現堵料及分離現象。因此，在采用塔帶機澆筑混凝土時，以適中的坍落度(5～7cm)為好。

3 倉面配套設備

3.1 平倉機

一方面，由于塔帶機本身具有布料功能，在操作比較熟練時，可以比較均勻地布料，另一方面，塔帶機存在一定范圍的死區、盲區，這些部位的施工必須配備平倉機。因此，倉面上是否配備平倉機，應根據倉面具體情況和塔帶機下料條件確定。一般而言，以下情況應配平倉機，以便較好地控制層厚、較好地改善模板周圍粗骨料集中問題：(1)采用皮筒定點下料、平倉機推料的方法澆筑塔帶機的死區、盲區時；(2)塔帶機操作不熟練，布料不均勻時。而以下情況，原則上不需配備平倉機：①倉面較小時。此時倉面上設備已經較多，如再配平倉機，設備間的干擾太大；②倉面上布有水平鋼筋網時；③對倉面上存在的部分骨料分離已采取綜合措施解決，效果較好時。這些措施包括：加強塔帶機的布料培訓、人工分散粗骨料、控制下料工藝、降低混凝土級配、加強振搗等。

3.2 振搗設備

塔帶機澆筑能力強，倉面上必須配備足夠的振搗設備，其振搗能力應按澆筑強度的1.5～2倍配置。針對倉號的具體情況，采用大功率振搗臂(如φ50×850mm，振頻7000～8000次/min，振幅2.8mm)與手持式振搗棒相結合的配套方式。對止水片、止漿片及模板、埋件、廊道周圍混凝土，必須有專人負責，并用手持式振搗棒細心振搗，以保證其密實性。

3.3 布料機

采用布料機接力澆筑塔帶機的死區、盲區是一種較好的配套辦法，但也有一定的局限性，主要是目前的布料機皮帶帶寬均偏小，不能澆筑四級配混凝土。一般認為，是否配備布料機，要根據塔帶機死區、盲區的大小、分布情況及大壩上下游配備的其它澆筑手段而定。

4 倉面施工工藝

4.1 下料

塔帶機采用9～15m長的皮筒下料，為防止混凝土在這一環節產生分離，應重點控制以下事項：①對沒有鋼筋的倉面，皮筒卸料口應距倉面1.5～2m，并均勻移動布料，不得堆積過高；②布料條帶清晰，并有足夠寬度；③在模板周圍布料時，卸料點與模板的距離保持在1～1.5m，人工分散粗骨料后，再用平倉機或振搗臂將混凝土就位；④對布有水平鋼筋網的倉面，應優化鋼筋布置或調整混凝土分層高度，盡量減少鋼筋下的空間；或適當改變鋼筋接頭方式與施工程序，使皮筒伸到鋼筋網下面布料，防止骨料撞擊鋼筋而產生飛石現象。同時，應盡量將壩體前后塊、相鄰塊高差控制在6m之內，為減小布料皮帶與倉面之間的落差創造好的條件。

4.2 層間結合

實際施工情況表明，塔帶機不宜輸送砂漿：因砂漿易粘站在轉料斗中而產生堵塞，堵塞到一定程度后呈團跌落到倉面上，引起飛濺。現場生產性試驗證實，采用“軟著陸法”既方便施工，又可保證新老混凝土層間結合質量：對新澆混凝土的第一坯，在大壩迎水面8m范圍內采用20cm厚相應標號二級配混凝土、其他部位采用40cm厚相應標號三級配富漿混凝土代替層面砂漿。

4.3 澆筑方法

塔帶機具有連續高強度的混凝土澆筑能力，混凝土澆筑方法必須與此相匹配。①對面積不超過500m2的倉號，原則上應采用平鋪法，其澆筑強度不得低于100m3/h。此法倉面組織簡潔，鋪料厚度易于控制，更利于保證質量；②對面積較大的倉號，只要條件允許，也盡可能采用平鋪法，確有困難而采用臺階法澆筑時，必須采用較大的臺階寬度(4～6m以上)，臺階層數控制在3層；采用4臺階2m厚的澆筑層時，其混凝土澆筑強度應達到150m3/h左右。否則，臺階過窄，界線不清，鋪料層厚難以控制，易產生漏振。

4.4 粗骨料集中的處理

倉面上必須配3～4名工人專門分散集中的粗骨料，應特別注意分散止水片、止漿片和模板周圍的粗骨料，防止架空。

4.5 人工振搗

倉面上除配備大功率的振搗臂外，還應專門配備4～5名振搗工，手持振搗棒進行止水片、止漿片、預埋件和模板周圍混凝土的振搗，以保證這些部位混凝土的密實性。

4.6 倉面積水的排除

倉面積水排除不及時是導致混凝土不密實的重要原因，必須派專人負責此項工作。另外，混凝土收倉時應盡量平整，不留坑、洼，為下一倉的澆筑創造較好條件。

4.7 冷卻水管的固定

冷卻水管易受下料的沖擊而產生位移、變形甚至折斷，故應在混凝土收倉時預埋部分小型埋件，將冷卻水管予以固定。

5 設計方面的配合

5.1 混凝土標號

與傳統的吊罐澆筑法相比，塔帶機澆筑混凝土標號分區較多的倉號難度較大：①改變混凝土品種必須短暫中斷混凝土供料，而料頭、料尾混凝土易產生骨料分離，對混凝土質量不利；②皮帶機上的混凝土量難以準確估計，易造成下料錯誤；③影響塔帶機的澆筑速度。因此，同一倉號應盡量簡化混凝土標號，以不超過2～3種為宜。

5.2 混凝土級配

對下料困難的部位，應盡量避免使用四級配混凝土，如塔帶機死區、盲區、廊道和電梯井等孔洞周圍鋼筋密集區。對下料特別困難的部位，如設有兩排水平鋼筋、豎向鋼筋的部位，應采用二級配混凝土。

5.3 鋼筋布置

對必須鋪設鋼筋的部位，在鋼筋型式、鋼筋間距等方面應充分考慮塔帶機皮筒下料的適應性，應預留下料槽口，以便皮筒伸到水平鋼筋網下進行布料。為此，設計應在鋼筋安裝中允許采用一定數量的綁扎接頭。

6 預冷混凝土在運輸途中的溫度回升

這是一個受到普遍關注的問題。一方面，皮帶機輸送混凝土的速度快，達4m/s左右，可極大地縮短預冷混凝土暴露在高溫環境中的時間，對溫控有利；另一方面，攤鋪在皮帶機上的混凝土層厚很薄，熱量倒灌時，容易將其“熱透”，對溫控很不利。三峽工地實測資料表明，70℃預冷混凝土在供料線上的溫度回升值約10℃ 150m，總回升量4℃～60℃，故如何避免預冷混凝土在皮帶機運輸途中溫度回升值過大，保證預冷效果，顯得十分重要。

6.1 在皮帶機上設置一定的保溫設施

在皮帶機上蓋以白色或鋁制的防雨遮陽保溫罩，不僅可以防止太陽入射引起的溫度回升，還可減少滯留在皮帶機周圍的空氣引起的熱量對流損失，并排除廠混凝土表面風的對流。值得注意的是，出于對風荷載及結構穩定方面的考慮，不允許在混凝土供料線及塔帶機布料皮帶上設置全封閉式的保溫廊道，這使預冷混凝土的保溫受到了一定限制。

6.2 加強管理，使皮帶上的混凝土盡可能滿，勿使料流中斷或不連續

羅泰克皮帶機采用較大的槽角，物料斷面基本上是矩形，其混凝土表面積與體積的比值較小，有利于控制熱量倒灌，但皮帶上攤鋪的畢竟是薄層混凝土，易引起熱量倒灌，故應加強管理，使混凝土生產正常、連續地進行，從而使皮帶上的混凝土層厚盡量厚一些。

6.3 高溫季節盡量選擇低溫時段澆筑混凝土

利用塔帶機入倉強度高的特點，在高溫季節盡量利用夜間澆筑，以避開中午高溫時段。

6.4 進一步降低混凝土出機口溫度

通過現場試驗，實測預冷混凝土在皮帶機上的溫度回升值，根據此值確定滿足混凝土澆筑溫度的混凝土出機口溫度。這是目前塔帶機澆筑預冷混凝土時采取的主要溫控措施，效果是肯定的，但有其局限性：①當混凝土出機口溫度達70℃時，溫度很難繼續下調；②工程量大時，經濟上的代價較高。

7 設備管理

如前所述，塔帶機及其混凝土供料線具有很強的混凝土澆筑能力，但也存在很大風險，主要是塔帶機基礎埋入壩體之內，且澆筑范圍大，仟何一個環節一旦出現故障，都會因相互間支援較差而影響眾多倉面的混凝土生產。故必須建立嚴格的設備日常保養、維護及定期檢修制度，使設備能持續、穩定地保持完好狀態。

7.1 必須嚴格推行強制性維護、檢修制度

應針對每種設備的特點，制定相應的定期維護、檢修的具體規定，并嚴格貫徹落實。要特別加強皮帶、轉料斗、刮刀等關鍵部件的沖洗與維護，保證混凝土的輸送質量。此外，在制訂生產計劃時，必須為設備維護、檢修安排足夠的時間。

7.2 及時更換易損件

刮刀、下料皮筒等零部件損壞后，應及時更換，否則，不僅影響混凝土質量、加劇相關部件的磨損，還會增加非正常停機時間，其負作用相當大。

7.3 盡可能提高設備完好率，使混凝土供料連續、均勻

混凝土供料連續、均勻時，可有效減少混凝土的骨料分離，減少混凝土溫度回升，也便于均衡地組織倉面生產。故一旦開澆混凝土，就要求混凝土生產系統、供料線、塔帶機這“一條龍”能正常運行，不出故障。這對設備的維護、保養和檢修提出了嚴格要求，必須精心管理才能達到。

7.4 從設備配套和倉面組織上著手，使塔帶機澆筑混凝土的小時強度穩定在較高水平

當供料充分、各環節配合很好時，塔帶機的平均澆筑強度可達200m3/h以上，實際施工中，應采取各種措施，使塔帶機的澆筑強度穩定在150m3/h或以上。強度偏低時，一方面使塔帶機的生產能力受到制約，另一方面，對混凝土的輸送質量也有較大影響：①混凝土在下料時易產生骨料分離；只有當混凝土下料強度較高時，混凝土在下料皮筒中因擠滿給料而形成局部真空，從而對混凝土下落產生阻滯作用，起到緩降效果。如強度偏低，混凝土在皮筒中所受阻力很小，從而因跌落高度過大而引起骨料分離；②皮帶機上混凝土層厚較薄，對預冷混凝土的溫度回升控制不利；③倉號澆筑時間長，不利于在夏天高溫季節避開中午高溫時段澆筑混凝土。因此，必須從設備配套和倉面組織等各方面著手，盡量使混凝土的澆筑強度穩定在較高水平，克服上述不利影響。

8 結束語

塔帶機澆筑大壩混凝土在我國是一項新工藝，其關鍵問題是預冷混凝土在皮帶機運輸途中的溫度控制及澆筑四級配混凝土時防止骨料分離。對此，在三峽二期廠壩工程混凝土施工中，從混凝土原材料質量控制、倉面配套設備、倉面施工工藝、設計方面的配合及設備管理等方面進行了一系列探索，取得了較好效果，但也存在一些薄弱環節，應進一步細化施工工藝，加強管理，確保塔帶機澆筑混凝土既高速度，又高質量。

[作者簡介]

作者簡介：三峽總公司建設部廠壩項目部副主任，高級工程師。