鲁地拉电站大坝混凝土拌和系统设计

刘成云 钱士锋 邹志平

（中国水利水电第八工程局有限公司 长沙市 410007）

1 工程概况

鲁地拉电站位于云南省丽江市永胜县与大理白族自治州宾川县交界处的金沙江干流上，为金沙江中游水电规划8个梯级电站中的第7个。

电站大坝为碾压混凝土重力坝，坝顶高程1 228.00 m，最大坝高140 m，坝顶长622 m（含进水口坝段）。大坝共分28个坝段，从左到右依次为左岸挡水坝段、左底孔泄水坝段、表孔坝段、右底孔坝段、右岸挡水坝段、右岸进水口坝段。坝体防渗采用上游面二级配碾压混凝土加变态混凝土防渗，除进水口坝段、底孔孔口周边和表孔堰面以上采用常态混凝土外，其余坝体均采用碾压混凝土筑坝。大坝（不包括进水口坝段）混凝土总量约为192万m3，其中常态混凝土量约为39万m3，碾压混凝土量约为153万m3。

2 砂石骨料供应

电站大坝混凝土骨料采用人工骨料。碾压混凝土采用砂岩粗骨料及正长岩细骨料，常态混凝土采用正长岩粗骨料。砂岩粗骨料由左岸砂石加工系统提供，正长岩粗细骨料由右岸砂石加工系统提供。左岸砂石加工系统成品料提供能力不小于450 t/h，右岸砂石加工系统成品料提供能力不小于500 t/h。左岸砂石加工系统成品料采用自卸汽车运输至右岸砂石加工系统受料坑，经胶带机运输至成品料仓。

3 系统设计生产能力

电站大坝预冷混凝土最大月高峰浇筑强度为18万m3。拌和楼每月生产时间为25天，每天生产时间按20小时计算，并且考虑混凝土浇筑不均匀系数为1.5，要求最大的生产强度为：1.5×（18.0×104）/（25×20）=540 m3/h，即拌和系统预冷混凝土生产能力满足540 m3/h即可满足要求。

大坝混凝土系统布置两座HL280-2S4000L型强制式制冷拌和楼和1座HL240-4F3000L自落式制冷拌和楼。HL280-2S4000L型强制式制冷拌和楼生产能力为：常温常态混凝土280 m3/h、常温碾压混凝土240 m3/h，预冷碾压混凝土180 m3/h。HL240-4F3000L自落式制冷拌和楼生产能力为：常温常态混凝土240 m3/h、常温碾压混凝土220 m3/h，预冷碾压混凝土180 m3/h。鲁地拉大坝混凝土系统3座楼同时生产能力为常温常态混凝土生产规模为800m3/h、常温碾压混凝土生产规模为700 m3/h，制冷碾压混凝土规模540 m3/h。

4 系统总布置

（1）系统组成。

大坝混凝土拌和系统布置于坝址左岸下游约0.5 km的鲁地拉村附近，高程为（1 167～1 196）m。混凝土生产系统从成品骨料仓输入骨料至拌和楼出料，包括：3座拌和楼及与混凝土拌和楼配套的骨料输送、储存设施；水泥和粉煤灰储存、输送设施；空压站设施、外加剂设施、混凝土试验室、制冷车间、供水和供电等设施。大坝混凝土拌和系统主要技术指标见附表。

附表 鲁地拉电站大坝混凝土拌和系统主要技术指标

（2）拌和楼布置。

3座拌和楼布置在左岸低线道路旁，出料高程1 167 m，与低线道路在同一高程，方便混凝土运输。

（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的平台上，位于拌和楼上游。

（4）一次风冷料仓布置。

一次风冷调节料仓布置在1 185平台，钢筋混凝土料仓，用来预冷（80～40）mm、（40～20）mm、（20～5）mm三种骨料，总容积2 740 m3，可保证搅拌混凝土5 h的粗骨料用量。

（5）风冷车间的布置布置。

一冷车间布置在1 181.5平台，靠近一次风冷料仓，一冷车间内的氨泵向一次风冷料仓的冷风机供氨。二冷车间布置在1 182.5平台，靠近拌和楼和制冰车间。二冷车间内的氨泵向三座拌和楼料仓的冷风机及制冰楼的片冰机供氨；二冷车间的冷水机同时向3座拌和楼及制冰楼供冷冻水。

（6）制冰楼的布置。

30 t冰库布置在二次风冷车间旁，向2#、3#拌和楼的贮冰库输送片冰。15 t冰库布置在1#拌和楼旁，向1#拌和楼的贮冰库输送片冰。

（7）系统供风设施。

供风设施包括空压机车间及配套的储气罐、管道系统、冷却水系统。空压机车间布置在1 182.5 m高程，紧靠主要供风对象粉煤灰罐及水泥罐。

（8）外加剂车间。

外加剂车间布置在高程1 196 m，拌和楼的外加剂贮液池高程为1 184 m，并设一个面积为264 m2的外加剂仓库。

5 拌和系统主要工艺及技术参数

5.1 混凝土拌和系统工艺流程

鲁地拉大坝拌和系统工艺流程见附图。

5.2 混凝土拌和楼

混凝土拌和系统配备2座微机自动化控制的HL280-2S4000L型强制式制冷拌和楼和1座HL240-4F3000L自落式制冷拌和楼，其中1#楼为HL240-4F3000L自落式制冷拌和楼，2#楼及 3#楼为 HL280-2S4000L型强制式制冷拌和楼。按骨料输送流程，碾压砂送 1#、2#楼、3#楼，常态砂送 2#、3#楼。 所以系统的 1#、2#、3#楼均可生产碾压混凝土，2#、3#楼也可生产常态混凝土。HL280-2S4000L拌和楼内装两台DKX-6.0双卧轴强制式搅拌机，双集料斗，双车道出料。HL240-4F3000L拌和楼内装4台JF3000A双锥倾翻自落式搅拌机，单集料斗，单车道出料。拌和楼为预冷拌和楼，外围为夹心彩钢板，骨料仓外壁另贴橡塑保温板保温。

附图 大坝拌和系统工艺流程

5.3 骨料储运系统

设备选型计算：根据参考级配，每立方混凝土粗骨料用量1 470 kg，按产量540 m3/h计，每小时粗骨料用量=1.47×540=794 t。 三组调节料仓容积=5.5×4.5×12.3×9=2 740 m3，总储量4 110 t，可满足约5.2 h的生产需求。料仓下设9台振动给料机，骨料从给料机出料，经由三路皮带机分别向3座拌和楼输送。9台冷风机分布料仓外侧，每个料仓设进、回风道各2个，使仓内骨料均匀冷却。

向一次风冷调节料仓供粗骨料的各条供料皮带机带宽为B1000，带速为2 m/s，输送能力为1 000 t/h。粗骨料经调节料仓至拌和楼的上楼胶带机带宽也为B1000，带速为2 m/s，输送能力为1 000 t/h。

从成品碾压砂仓出来的胶带机可同时向3座拌和楼供料，输送砂胶带机带宽为B800，带速为2 m/s，输送能力为7 00 t/h。

骨料储运设施中的胶带机采用标准立柱、桁架；粗骨料上楼胶带机采用保温廊道，廊道侧顶板采用80 mm的夹心彩钢板、底板采用50 mm厚的木板保温。砂上楼胶带机采用遮阳雨蓬。

5.4 胶凝材料系统

系统配置1 500 t水泥储存罐5座，总储量7 500 t水泥，满足高峰期12天生产需求；配置1 250 t粉煤灰储存罐6座，总储量7 500 t粉煤灰，满足高峰期10天生产需求。本系统的任务是向3座拌和楼输送胶凝材料。系统中每座楼配有两只粉煤灰储存罐，满足使用两种掺合料的需要。胶凝材料共采用11台浓相式仓泵以气力吹送上楼。

胶凝材料由散装车运来，经地磅称量后，运到储存罐旁以气力吹卸入罐。储存罐体下锥靠出口处设有气化装置，使出料顺畅。每只水泥、粉煤灰罐下方的出灰口通过检修闸门与浓相式仓泵相连。仓式泵的供风管路接供气系统的储气罐；输灰管道接拌和楼上的胶凝材料罐。罐内的水泥、粉煤灰由仓泵采用气力输送方式输送至搅拌楼。浓相式仓泵气力输灰效率高，单泵输送能力＞40 t/h。根据输送距离和高程的不同，耗气约（11～14）m3/min。每只储藏罐和拌和楼上的粉料罐上均安装多组料位计，系统根据料位指示自动控制加料。此外，储藏罐和拌和楼上的粉料罐的罐顶都安装48袋除尘器以保证废气达标排放。在同一品种胶凝材料罐顶部设连通管，使除尘器协同作业，粉料输送更顺畅。

5.5 空压机站

在高程1 182.5 m平台设置1座空气压缩机站，总供风能力为200 m3/min，配置3台供风能力为40 m3/min、4台供风能力为20 m3/min的空压机。供风系统主要供给一次风料仓廊道气动弧门、水泥煤灰卸灰和输送、搅拌楼用风等，同时要求拌和楼的供风风压为7 kg/m2，水泥粉煤用风风压为4 kg/m2。4台LW-20/7型（20 m3/min）空压机主供拌和楼及气动配料漏斗的气动装置等用气，其余3台LW-40/7型（40 m3/min）空压机（无油）主供浓相式仓泵向拌和楼输灰、散装车卸灰及水泥粉煤灰罐的出料口的气化。两路之间设旁通阀可互为备用。每台空压机配置1只后冷却器，除空压机配套的储气罐外，还在系统管路中增设5只储气罐（4 m3）及1只2 m3的储气罐，以稳定系统压力。

5.6 外加剂车间

外加剂车间布置在高程1 196 m，拌和楼的外加剂贮液池高程为1 184 m，外加剂车间搅拌池与拌和楼的外加剂贮液池高差为12 m，外加剂液体可利用高差自流式流入拌和楼的外加剂贮液库，配加压泵以防外加剂管堵塞以及时疏通管路。

共配置8个外加剂池，其中2个引气池、4个碾压混凝土减水剂池，2个常态混凝土减水剂池，单个池的容量均为28.8 m3，可同时配制2种外加剂，并设一个面积为264 m2的外加剂仓库。配置外加剂采用通气搅拌。

5.7 制冷系统

5.7.1 预冷混凝土要求

要求碾压混凝土出机口温度为＜12℃，常态混凝土出机口温度为＜10℃。混凝土出机口温度以5月、6月份为设计控制月，为＜（10～12）℃，生产强度为 540 m3/h。 由于混凝土温控要求严格，混凝土出机口温度低，骨料降温幅度大，本系统采取多种冷却措施相结合，联合运行以满足混凝土浇筑温控要求。混凝土生产系统采用二次风冷、加冰和加冷水工艺，即调节料仓一次风冷各级粗骨料，拌和楼料仓二次风冷各级粗骨料，加冰和冷水搅拌。

5.7.2 制冷工艺设计

冷系统采用二次风冷粗骨料加冷冻水及加片冰拌和的方法生产预冷混凝土。系统设两座制冷车间、两座制冰楼。粗骨料先在一次风冷调节料仓冷却至8℃以下，经由皮带机输送到拌和楼料仓进行二次风冷，小骨料冷至6℃以下，大、中骨料冷至（2～4）℃以下。

在每个风冷料仓均安装双进风、双回风通道及1台由高效附壁式空气冷却器和离心风机组成的冷风机。冷风从空气冷却器下部由离心风机经两个进风通道吹入料仓，冷风冷却骨料后从进风通道上方的回风通道吸入空气冷却器进行冷却后再由风机吹入仓内。

空气冷却器采用氨泵强制供液，供液管和回液管分别接至制冷车间氨泵和低压循环贮液器。回液在低压循环贮液器内进行气液分离，分离出来的氨气被吸入氨压缩机，经压缩后的高温氨气送至卧式冷凝器冷却，氨气冷凝成氨液流至高压贮液器、低压循环贮液器。低压循环贮液器内的氨液经氨泵再向冷风机供氨液。卧式冷凝器的冷却水由冷却水泵供给，回水进入冷却塔冷却后汇入冷却水池，再由水泵向至卧式冷凝器供水。氨机的油冷却器也由冷却水泵供给冷却水。

生产冷冻水的螺杆式冷水机组安装在二冷车间内，生产的冷冻水贮藏在冷水池内并由水泵输送到拌和楼的贮水箱内备用，另一部份泵送至制冰楼供制冰。制冰楼内片冰机氨液由二冷车间供给，其生产的片冰贮存在冰库内，并由胶带输送至拌和楼的贮冰槽备用。

5.7.3 制冷容量

一次风冷将粗骨料从26.5℃冷却至8℃以下，一次风冷制冷量需490万Kcal/h。

LG20ⅢA氨压机组和LG20ⅡA氨压机组在标准工况时时制冷量50万Kcal/h，JZJG20氨压机组在标准工况时时制冷量50万Kcal/h，一冷车间选用2组JZJG20氨压机、3组LG20ⅡA氨压机、5组LG20ⅢA氨压机总制冷量达500万Kcal/h，可满足要求。

二次风冷将粗骨料从10℃冷却至3℃以下，二次风冷制冷量需395万Kcal/h，为8台LG20A氨压缩机组，LG20A氨压机组氨压机组在标准工况时时制冷量50万Kcal/h，总制冷量达400万Kcal/h，可满足要求。制冰制冷量为148万Kcal/h，配3台JZJG20氨压缩机组，JZJG20氨压机组氨压机组在标准工况时时制冷量50万Kcal/h，总制冷量达150万Kcal/h，可满足要求。另外配置1台75万Kcal/h冷水机组。

5.8 制冰系统

混凝土最大加冰量为每立方米混凝土20 kg。经计算需要生产冰的产量为168 t/d。片冰由片冰机生产，冰机置于冰库上方。

选用日产片冰30 t的片冰机6台，日生产能力为180 t。 容量 30 t、15 t冰库各一座，30 t冰库供 2#楼和 3#楼用片冰；15 t冰库供1#楼用片冰。

4台30 t/d制冰机与30 t冰库组合布置在2#、3#楼上楼胶带机中间1 182.5 m高程的平台上，通过胶带机输送向2#、3#楼送冰。2台30 t/d制冰机与15 t冰库组合布置在1#楼边，通过螺旋机直接给拌和楼供冰。

6 优化设计

本系统布置在原投标文件上作了较大的优化调整。主要体现在三个大的方面：

（1）在优化调整中充分考虑基础受力条件与工艺布置相结合，在保证工艺布置合理的条件下，满足对基础承载力较大的建筑物（如拌和楼基础、灰罐基础、风冷料仓基础）均修建在基岩上，使得拌和系统土建工程量比投标时减少。

（2）拌和系统位于低线公路1 166与高线公路1 220阶地上，边坡高且地质条件差，在系统总体布置时充分考虑拌和系统高边坡不安全因素，调整了风冷料仓的位置，减少了高边坡的开挖与支护。

（3）在拌和系统场地内修建低线公路与高线公路的连接线，使得混凝土运输距离缩短，减少预冷混凝土在运输途中的温度回升，同时也节约了混凝土运输成本。

7 结语

鲁地拉电站大坝拌和系统于2008年12月初开始施工，拌和楼于2009年3月底3#拌和楼开始投产，2#拌和楼相继投产，由于本工程受环评影响，大坝主体还没有浇筑混凝土，围堰混凝土及护岸混凝土已浇筑约18万m3，已投产的拌和楼运行正常。拌和系统通过设计优化，其布置和工艺是合理的，对以后的拌和系统设计中提出以下

参考意见：

（1）充分利用地形高差，按照生产工艺流程合理布置各组成部分。

（2）搅拌楼、储灰罐和风冷料仓等高大建筑物对地基承载能力要求较高，最好选择地质条件良好（如基岩）的部位。

（3）拌和系统尽量靠近坝布置，以缩短混凝土的水平运输距离，对保证混凝土质量、减少预冷混凝土在运输途中的温度回升是相当重要的。

（4）经济合理地配置混凝土拌和系统容量，避免规模过于庞大，造成建安工程量增加、设备利用率低下。

（5）合理选择制冷工艺，满足温控要求，制冷工艺合理可靠，做到能耗少、运行维护方便、占地面积小。