魯地拉電站大壩混凝土拌和系統設計

劉成云 錢士鋒 鄒志平

（中國水利水電第八工程局有限公司 長沙市 410007）

1 工程概況

魯地拉電站位于云南省麗江市永勝縣與大理白族自治州賓川縣交界處的金沙江干流上，為金沙江中游水電規劃8個梯級電站中的第7個。

電站大壩為碾壓混凝土重力壩，壩頂高程1 228.00 m，最大壩高140 m，壩頂長622 m（含進水口壩段）。大壩共分28個壩段，從左到右依次為左岸擋水壩段、左底孔泄水壩段、表孔壩段、右底孔壩段、右岸擋水壩段、右岸進水口壩段。壩體防滲采用上游面二級配碾壓混凝土加變態混凝土防滲，除進水口壩段、底孔孔口周邊和表孔堰面以上采用常態混凝土外，其余壩體均采用碾壓混凝土筑壩。大壩（不包括進水口壩段）混凝土總量約為192萬m3，其中常態混凝土量約為39萬m3，碾壓混凝土量約為153萬m3。

2 砂石骨料供應

電站大壩混凝土骨料采用人工骨料。碾壓混凝土采用砂巖粗骨料及正長巖細骨料，常態混凝土采用正長巖粗骨料。砂巖粗骨料由左岸砂石加工系統提供，正長巖粗細骨料由右岸砂石加工系統提供。左岸砂石加工系統成品料提供能力不小于450 t/h，右岸砂石加工系統成品料提供能力不小于500 t/h。左岸砂石加工系統成品料采用自卸汽車運輸至右岸砂石加工系統受料坑，經膠帶機運輸至成品料倉。

3 系統設計生產能力

電站大壩預冷混凝土最大月高峰澆筑強度為18萬m3。拌和樓每月生產時間為25天，每天生產時間按20小時計算，并且考慮混凝土澆筑不均勻系數為1.5，要求最大的生產強度為：1.5×（18.0×104）/（25×20）=540 m3/h，即拌和系統預冷混凝土生產能力滿足540 m3/h即可滿足要求。

大壩混凝土系統布置兩座HL280-2S4000L型強制式制冷拌和樓和1座HL240-4F3000L自落式制冷拌和樓。HL280-2S4000L型強制式制冷拌和樓生產能力為：常溫常態混凝土280 m3/h、常溫碾壓混凝土240 m3/h，預冷碾壓混凝土180 m3/h。HL240-4F3000L自落式制冷拌和樓生產能力為：常溫常態混凝土240 m3/h、常溫碾壓混凝土220 m3/h，預冷碾壓混凝土180 m3/h。魯地拉大壩混凝土系統3座樓同時生產能力為常溫常態混凝土生產規模為800m3/h、常溫碾壓混凝土生產規模為700 m3/h，制冷碾壓混凝土規模540 m3/h。

4 系統總布置

（1）系統組成。

大壩混凝土拌和系統布置于壩址左岸下游約0.5 km的魯地拉村附近，高程為（1 167～1 196）m。混凝土生產系統從成品骨料倉輸入骨料至拌和樓出料，包括：3座拌和樓及與混凝土拌和樓配套的骨料輸送、儲存設施；水泥和粉煤灰儲存、輸送設施；空壓站設施、外加劑設施、混凝土試驗室、制冷車間、供水和供電等設施。大壩混凝土拌和系統主要技術指標見附表。

附表 魯地拉電站大壩混凝土拌和系統主要技術指標

（2）拌和樓布置。

3座拌和樓布置在左岸低線道路旁，出料高程1 167 m，與低線道路在同一高程，方便混凝土運輸。

（3）水泥、粉煤灰罐布置。

5座水泥罐和6座粉煤灰罐均布置在1 167 m的平臺上，位于拌和樓上游。

（4）一次風冷料倉布置。

一次風冷調節料倉布置在1 185平臺，鋼筋混凝土料倉，用來預冷（80～40）mm、（40～20）mm、（20～5）mm三種骨料，總容積2 740 m3，可保證攪拌混凝土5 h的粗骨料用量。

（5）風冷車間的布置布置。

一冷車間布置在1 181.5平臺，靠近一次風冷料倉，一冷車間內的氨泵向一次風冷料倉的冷風機供氨。二冷車間布置在1 182.5平臺，靠近拌和樓和制冰車間。二冷車間內的氨泵向三座拌和樓料倉的冷風機及制冰樓的片冰機供氨；二冷車間的冷水機同時向3座拌和樓及制冰樓供冷凍水。

（6）制冰樓的布置。

30 t冰庫布置在二次風冷車間旁，向2#、3#拌和樓的貯冰庫輸送片冰。15 t冰庫布置在1#拌和樓旁，向1#拌和樓的貯冰庫輸送片冰。

（7）系統供風設施。

供風設施包括空壓機車間及配套的儲氣罐、管道系統、冷卻水系統。空壓機車間布置在1 182.5 m高程，緊靠主要供風對象粉煤灰罐及水泥罐。

（8）外加劑車間。

外加劑車間布置在高程1 196 m，拌和樓的外加劑貯液池高程為1 184 m，并設一個面積為264 m2的外加劑倉庫。

5 拌和系統主要工藝及技術參數

5.1 混凝土拌和系統工藝流程

魯地拉大壩拌和系統工藝流程見附圖。

5.2 混凝土拌和樓

混凝土拌和系統配備2座微機自動化控制的HL280-2S4000L型強制式制冷拌和樓和1座HL240-4F3000L自落式制冷拌和樓，其中1#樓為HL240-4F3000L自落式制冷拌和樓，2#樓及 3#樓為 HL280-2S4000L型強制式制冷拌和樓。按骨料輸送流程，碾壓砂送 1#、2#樓、3#樓，常態砂送 2#、3#樓。 所以系統的 1#、2#、3#樓均可生產碾壓混凝土，2#、3#樓也可生產常態混凝土。HL280-2S4000L拌和樓內裝兩臺DKX-6.0雙臥軸強制式攪拌機，雙集料斗，雙車道出料。HL240-4F3000L拌和樓內裝4臺JF3000A雙錐傾翻自落式攪拌機，單集料斗，單車道出料。拌和樓為預冷拌和樓，外圍為夾心彩鋼板，骨料倉外壁另貼橡塑保溫板保溫。

附圖 大壩拌和系統工藝流程

5.3 骨料儲運系統

設備選型計算：根據參考級配，每立方混凝土粗骨料用量1 470 kg，按產量540 m3/h計，每小時粗骨料用量=1.47×540=794 t。 三組調節料倉容積=5.5×4.5×12.3×9=2 740 m3，總儲量4 110 t，可滿足約5.2 h的生產需求。料倉下設9臺振動給料機，骨料從給料機出料，經由三路皮帶機分別向3座拌和樓輸送。9臺冷風機分布料倉外側，每個料倉設進、回風道各2個，使倉內骨料均勻冷卻。

向一次風冷調節料倉供粗骨料的各條供料皮帶機帶寬為B1000，帶速為2 m/s，輸送能力為1 000 t/h。粗骨料經調節料倉至拌和樓的上樓膠帶機帶寬也為B1000，帶速為2 m/s，輸送能力為1 000 t/h。

從成品碾壓砂倉出來的膠帶機可同時向3座拌和樓供料，輸送砂膠帶機帶寬為B800，帶速為2 m/s，輸送能力為7 00 t/h。

骨料儲運設施中的膠帶機采用標準立柱、桁架；粗骨料上樓膠帶機采用保溫廊道，廊道側頂板采用80 mm的夾心彩鋼板、底板采用50 mm厚的木板保溫。砂上樓膠帶機采用遮陽雨蓬。

5.4 膠凝材料系統

系統配置1 500 t水泥儲存罐5座，總儲量7 500 t水泥，滿足高峰期12天生產需求；配置1 250 t粉煤灰儲存罐6座，總儲量7 500 t粉煤灰，滿足高峰期10天生產需求。本系統的任務是向3座拌和樓輸送膠凝材料。系統中每座樓配有兩只粉煤灰儲存罐，滿足使用兩種摻合料的需要。膠凝材料共采用11臺濃相式倉泵以氣力吹送上樓。

膠凝材料由散裝車運來，經地磅稱量后，運到儲存罐旁以氣力吹卸入罐。儲存罐體下錐靠出口處設有氣化裝置，使出料順暢。每只水泥、粉煤灰罐下方的出灰口通過檢修閘門與濃相式倉泵相連。倉式泵的供風管路接供氣系統的儲氣罐；輸灰管道接拌和樓上的膠凝材料罐。罐內的水泥、粉煤灰由倉泵采用氣力輸送方式輸送至攪拌樓。濃相式倉泵氣力輸灰效率高，單泵輸送能力＞40 t/h。根據輸送距離和高程的不同，耗氣約（11～14）m3/min。每只儲藏罐和拌和樓上的粉料罐上均安裝多組料位計，系統根據料位指示自動控制加料。此外，儲藏罐和拌和樓上的粉料罐的罐頂都安裝48袋除塵器以保證廢氣達標排放。在同一品種膠凝材料罐頂部設連通管，使除塵器協同作業，粉料輸送更順暢。

5.5 空壓機站

在高程1 182.5 m平臺設置1座空氣壓縮機站，總供風能力為200 m3/min，配置3臺供風能力為40 m3/min、4臺供風能力為20 m3/min的空壓機。供風系統主要供給一次風料倉廊道氣動弧門、水泥煤灰卸灰和輸送、攪拌樓用風等，同時要求拌和樓的供風風壓為7 kg/m2，水泥粉煤用風風壓為4 kg/m2。4臺LW-20/7型（20 m3/min）空壓機主供拌和樓及氣動配料漏斗的氣動裝置等用氣，其余3臺LW-40/7型（40 m3/min）空壓機（無油）主供濃相式倉泵向拌和樓輸灰、散裝車卸灰及水泥粉煤灰罐的出料口的氣化。兩路之間設旁通閥可互為備用。每臺空壓機配置1只后冷卻器，除空壓機配套的儲氣罐外，還在系統管路中增設5只儲氣罐（4 m3）及1只2 m3的儲氣罐，以穩定系統壓力。

5.6 外加劑車間

外加劑車間布置在高程1 196 m，拌和樓的外加劑貯液池高程為1 184 m，外加劑車間攪拌池與拌和樓的外加劑貯液池高差為12 m，外加劑液體可利用高差自流式流入拌和樓的外加劑貯液庫，配加壓泵以防外加劑管堵塞以及時疏通管路。

共配置8個外加劑池，其中2個引氣池、4個碾壓混凝土減水劑池，2個常態混凝土減水劑池，單個池的容量均為28.8 m3，可同時配制2種外加劑，并設一個面積為264 m2的外加劑倉庫。配置外加劑采用通氣攪拌。

5.7 制冷系統

5.7.1 預冷混凝土要求

要求碾壓混凝土出機口溫度為＜12℃，常態混凝土出機口溫度為＜10℃。混凝土出機口溫度以5月、6月份為設計控制月，為＜（10～12）℃，生產強度為 540 m3/h。 由于混凝土溫控要求嚴格，混凝土出機口溫度低，骨料降溫幅度大，本系統采取多種冷卻措施相結合，聯合運行以滿足混凝土澆筑溫控要求。混凝土生產系統采用二次風冷、加冰和加冷水工藝，即調節料倉一次風冷各級粗骨料，拌和樓料倉二次風冷各級粗骨料，加冰和冷水攪拌。

5.7.2 制冷工藝設計

冷系統采用二次風冷粗骨料加冷凍水及加片冰拌和的方法生產預冷混凝土。系統設兩座制冷車間、兩座制冰樓。粗骨料先在一次風冷調節料倉冷卻至8℃以下，經由皮帶機輸送到拌和樓料倉進行二次風冷，小骨料冷至6℃以下，大、中骨料冷至（2～4）℃以下。

在每個風冷料倉均安裝雙進風、雙回風通道及1臺由高效附壁式空氣冷卻器和離心風機組成的冷風機。冷風從空氣冷卻器下部由離心風機經兩個進風通道吹入料倉，冷風冷卻骨料后從進風通道上方的回風通道吸入空氣冷卻器進行冷卻后再由風機吹入倉內。

空氣冷卻器采用氨泵強制供液，供液管和回液管分別接至制冷車間氨泵和低壓循環貯液器。回液在低壓循環貯液器內進行氣液分離，分離出來的氨氣被吸入氨壓縮機，經壓縮后的高溫氨氣送至臥式冷凝器冷卻，氨氣冷凝成氨液流至高壓貯液器、低壓循環貯液器。低壓循環貯液器內的氨液經氨泵再向冷風機供氨液。臥式冷凝器的冷卻水由冷卻水泵供給，回水進入冷卻塔冷卻后匯入冷卻水池，再由水泵向至臥式冷凝器供水。氨機的油冷卻器也由冷卻水泵供給冷卻水。

生產冷凍水的螺桿式冷水機組安裝在二冷車間內，生產的冷凍水貯藏在冷水池內并由水泵輸送到拌和樓的貯水箱內備用，另一部份泵送至制冰樓供制冰。制冰樓內片冰機氨液由二冷車間供給，其生產的片冰貯存在冰庫內，并由膠帶輸送至拌和樓的貯冰槽備用。

5.7.3 制冷容量

一次風冷將粗骨料從26.5℃冷卻至8℃以下，一次風冷制冷量需490萬Kcal/h。

LG20ⅢA氨壓機組和LG20ⅡA氨壓機組在標準工況時時制冷量50萬Kcal/h，JZJG20氨壓機組在標準工況時時制冷量50萬Kcal/h，一冷車間選用2組JZJG20氨壓機、3組LG20ⅡA氨壓機、5組LG20ⅢA氨壓機總制冷量達500萬Kcal/h，可滿足要求。

二次風冷將粗骨料從10℃冷卻至3℃以下，二次風冷制冷量需395萬Kcal/h，為8臺LG20A氨壓縮機組，LG20A氨壓機組氨壓機組在標準工況時時制冷量50萬Kcal/h，總制冷量達400萬Kcal/h，可滿足要求。制冰制冷量為148萬Kcal/h，配3臺JZJG20氨壓縮機組，JZJG20氨壓機組氨壓機組在標準工況時時制冷量50萬Kcal/h，總制冷量達150萬Kcal/h，可滿足要求。另外配置1臺75萬Kcal/h冷水機組。

5.8 制冰系統

混凝土最大加冰量為每立方米混凝土20 kg。經計算需要生產冰的產量為168 t/d。片冰由片冰機生產，冰機置于冰庫上方。

選用日產片冰30 t的片冰機6臺，日生產能力為180 t。 容量 30 t、15 t冰庫各一座，30 t冰庫供 2#樓和 3#樓用片冰；15 t冰庫供1#樓用片冰。

4臺30 t/d制冰機與30 t冰庫組合布置在2#、3#樓上樓膠帶機中間1 182.5 m高程的平臺上，通過膠帶機輸送向2#、3#樓送冰。2臺30 t/d制冰機與15 t冰庫組合布置在1#樓邊，通過螺旋機直接給拌和樓供冰。

6 優化設計

本系統布置在原投標文件上作了較大的優化調整。主要體現在三個大的方面：

（1）在優化調整中充分考慮基礎受力條件與工藝布置相結合，在保證工藝布置合理的條件下，滿足對基礎承載力較大的建筑物（如拌和樓基礎、灰罐基礎、風冷料倉基礎）均修建在基巖上，使得拌和系統土建工程量比投標時減少。

（2）拌和系統位于低線公路1 166與高線公路1 220階地上，邊坡高且地質條件差，在系統總體布置時充分考慮拌和系統高邊坡不安全因素，調整了風冷料倉的位置，減少了高邊坡的開挖與支護。

（3）在拌和系統場地內修建低線公路與高線公路的連接線，使得混凝土運輸距離縮短，減少預冷混凝土在運輸途中的溫度回升，同時也節約了混凝土運輸成本。

7 結語

魯地拉電站大壩拌和系統于2008年12月初開始施工，拌和樓于2009年3月底3#拌和樓開始投產，2#拌和樓相繼投產，由于本工程受環評影響，大壩主體還沒有澆筑混凝土，圍堰混凝土及護岸混凝土已澆筑約18萬m3，已投產的拌和樓運行正常。拌和系統通過設計優化，其布置和工藝是合理的，對以后的拌和系統設計中提出以下

參考意見：

（1）充分利用地形高差，按照生產工藝流程合理布置各組成部分。

（2）攪拌樓、儲灰罐和風冷料倉等高大建筑物對地基承載能力要求較高，最好選擇地質條件良好（如基巖）的部位。

（3）拌和系統盡量靠近壩布置，以縮短混凝土的水平運輸距離，對保證混凝土質量、減少預冷混凝土在運輸途中的溫度回升是相當重要的。

（4）經濟合理地配置混凝土拌和系統容量，避免規模過于龐大，造成建安工程量增加、設備利用率低下。

（5）合理選擇制冷工藝，滿足溫控要求，制冷工藝合理可靠，做到能耗少、運行維護方便、占地面積小。