布料機入倉技術(shù)在混凝土箱涵施工中的應(yīng)用

□文/鄭小平

1 工程概況

南水北調(diào)中線一期工程天津干線全長155.344 km，天津干線共分為6個設(shè)計單元。廊坊市段工程是天津干線中的第4個設(shè)計單元，起點位于河北省廊坊市固安縣馬莊鎮(zhèn)李洪莊村西約900 m處，樁號為75+927，終點位于河北省廊坊霸州市與天津武清區(qū)分界處，樁號為131+360，全長55.433 km。

廊坊市段工程共分為5個土建標，為TJ4-1～TJ5標。TJ4-4標樁號 XW111+600～XW122+212，全長約10.61km，以現(xiàn)澆混凝土箱涵為主，為有壓輸水箱涵。

輸水箱涵為3孔4.4 m×4.4 m鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)計流量45 m3/s，加大流量55 m3/s，全長10.612 km，設(shè)計以15 m為一節(jié)，共有717節(jié)。有3種斷面型式，其中：I33型箱涵92節(jié)，K型箱涵361節(jié)，L5型箱涵90節(jié)，L4型箱涵65節(jié)，H型箱涵48節(jié)，其他61節(jié)。各種箱涵的結(jié)構(gòu)斷面尺寸略有不同，箱涵頂板厚度550～700 mm，底板厚度 650～800 mm，邊墻厚度 550～650 mm，中墻厚度450～500 mm。主要工程量見表1。

表1 主要工程量

箱涵本身結(jié)構(gòu)單一、形體規(guī)則，而整個工程又具有戰(zhàn)線長、工期緊、工作面狹窄。從技術(shù)、質(zhì)量和經(jīng)濟等方面對各種入倉方式進行對比，最終選定用布料機入倉的施工方案。混凝土由2座HZS90型混凝土攪拌站生產(chǎn)，9.0 m3混凝土攪拌運輸車運至現(xiàn)場受料斗、布料機輸送、垂直溜筒入倉。

2 布料機的結(jié)構(gòu)型式和主要組成部分

布料機主要包括行走部分、主體部分、皮帶機輸送系統(tǒng)、起吊部分、電氣系統(tǒng)和控制室，是較為大型的混凝土澆筑作業(yè)機械。其行走系統(tǒng)主要利用安裝在箱涵兩側(cè)基礎(chǔ)面上的軌道，軌距為18 600 mm，輪距為5 530 mm，要求將基礎(chǔ)地面夯實，按照600 mm間距將枕木安放平穩(wěn)并與鋼軌固定為一體，要求兩軌平行并保持在同一水平面上。布料機結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 布料機結(jié)構(gòu)

3 布料機的工作原理

1）利用布料機的行走系統(tǒng)解決布料機在沿箱涵軸線方向的移動。該行走系統(tǒng)主要利用安裝在行走架上的主動輪和從動輪，驅(qū)動主要依靠行走架上安裝的行走電機，布料機行走在箱涵兩側(cè)安裝的軌道上。

2）混凝土由攪拌運輸車運至開挖邊坡開口線外側(cè)的卸料平臺，卸入布料機端頭的盛料斗，再通過三套皮帶機系統(tǒng)輸送混凝土料至澆筑倉號的上部，經(jīng)各料槽和溜筒輸送到所需的各部位。

3）布料機除了用于輸送混凝土入倉外，還可以利用安裝在布料機機架上的電動葫蘆進行大模板的安裝拆除、鋼筋、鋼管等材料的吊裝和轉(zhuǎn)運等。

4 布料機的主要技術(shù)參數(shù)

4.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)

1）結(jié)構(gòu)尺寸。龍門布料機支腿高6 750 mm左右，依據(jù)不同的斷面設(shè)計略有不同，頂部桁架高2 400 mm(分為兩層)，寬2 400 mm，側(cè)部桁架高1 500 mm。

2）軌距。兩側(cè)為18 600 mm左右，居中對稱布置。

3）操作空間。側(cè)部有1 500 mm左右的支模操作空間，頂部有1 650 mm的鋼筋編織和抹面空間，桁架內(nèi)部有兩側(cè)800 mm左右的行走空間。

4）布料機采用懸臂結(jié)構(gòu)形式坡頂不設(shè)軌道，懸臂桁架受料斗在施工主干道一側(cè)坡頂取料。

4.2 行走及運輸系統(tǒng)參數(shù)

1）行走系統(tǒng)。一套系統(tǒng)共設(shè)置4個車輪，其中2個主動輪，兩套動力驅(qū)動系統(tǒng)，其中每套驅(qū)動系統(tǒng)包含1臺電動機、1臺減速機、1條完整電路、1套電控箱、1套液壓制動系統(tǒng)。內(nèi)部車輪為直徑400 mm的鑄鋼車輪，軸承為錐形軸承，每個軸承承載力為10 t，輪槽70 mm、雙邊、表面淬火處理煮黑。減速機行走速度約為10 m/min。

2）皮帶機輸送系統(tǒng)。一套布料機共設(shè)置3條皮帶，4套動力系統(tǒng)。

5 布料機與泵送入倉的比較

5.1 機械使用費

布料機系統(tǒng)全套成本遠比泵車便宜，澆筑速度卻提高1倍以上，大大提高了運輸車輛及拌和系統(tǒng)的有效利用率，降低了混凝土澆筑全過程的機械和人工費用。本標段共配置布料機6臺，按34.63萬元/臺計算，合計為207.78萬元，3 a后殘余價值約40萬元，另軌道安裝及運行維修費用375萬元，布料機使用費為542.78萬元；而泵車每臺月租按11萬元計算，3臺泵車3 a工期，共需支付泵車租金891萬元；僅此一項，布料機澆筑比泵車澆筑節(jié)約機械使用費308.22萬元。

5.2 混凝土材料費

在混凝土配合比設(shè)計時，考慮到布料機入倉和泵送入倉對混凝土坍落度等性能的不同要求，試驗室分別完成了布料機和泵送兩種混凝土配合比的設(shè)計和比較。布料機澆筑混凝土與泵送混凝土相比，節(jié)約水泥等膠凝材料約40 kg/m3，35.02萬m3混凝土總共可節(jié)約水泥等膠凝材料約1.4萬t，節(jié)約材料費約380萬元。

5.3 環(huán)保節(jié)能分析

本工程混凝土總量為35.02萬m3，采用泵車澆筑耗油量為0.7 kg/m3，總耗油量為245.14 t，約需支付油費163.95萬元；而采用布料機澆筑耗電量0.47 kW·h/m3，總耗電量為16.46萬kW·h，約需支付電費14.31萬元。布料機澆筑方案將減少149.64萬元的能耗成本，同時還將減少柴油燃燒帶來的污染氣體排放。

6 結(jié)語

南水北調(diào)天津干線廊坊市段TJ4-4標，由于受征地及氣候條件等方面的影響，采用布料機入倉的方案加快施工進度，共配置布料機6臺，高峰混凝土施工強度近2.8萬m3/月。實踐證明，布料機的入倉強度高，使用操作簡單，方便靈活，性能穩(wěn)定，安全可靠，故障少，保證率高，安拆和轉(zhuǎn)運容易。布料機不僅價格便宜而且運行和維修保養(yǎng)成本低。布料機的成功使用不僅滿足了高強度的混凝土入倉需要，還取得了良好的經(jīng)濟效益，目前在南水北調(diào)箱涵、倒虹吸等線型工程中已得到廣泛應(yīng)用。