水工混凝土输水箱涵一体化施工技术工法

刘治峰 郭永为 刘 斌

(河北省水利工程局 石家庄 050021)

1 概述

2005年8月河北省水利工程局自行研制成功水工混凝土一体化连续施工系统，2007年经国家知识产权局认定为发明专利，专利号:ZL2005 1 0048195.8。

该系统是集混凝土原材料称量、投料、搅拌设备于一体具有地面双平行轨道、带有混凝土输送机的行走式起重机系统的大型混凝土工程一体化连续施工系统装置。

2 工法特点

2.1 工法特点

工法在“大型混凝土工程一体化连续施工系统装置”专利技术的基础上，结合工程实例进行系统配置，将物流供应原材料、混凝土生产、混凝土拌和、运输和浇筑仓内的布料机等环节有机组合，实现混凝土工厂化生产，保证了混凝土箱涵整体施工质量。与传统的施工工艺相比，有下列特点:

a.免除了装载机给混凝土拌和系统供料的装卸而代之以地垄自动取料。

b.免除了多台混凝土搅拌车装运混凝土而代之以斜带机和主带机以1.6m/s速度向浇筑仓面输送混凝土。

c.免除了塔吊装罐做垂直和水平运输混凝土的布料模式而代之以起重布料机的运行布料，其施工连续性是传统混凝土施工模式所没有的。

d.施工过程中避免了装车、卸车和装罐、卸罐耽搁的时间及装载机、混凝土搅拌车、塔吊等机械故障对施工的困扰，经济上也减少了此部分机械购置费用。

2.2 主要技术创新点

系统装置现场布置紧凑合理，将单机产能优化集合，形成一条具有现代化水平的流水作业生产线。本发明的大型混凝土工程一体化连续施工系统装置，包括混凝土原材料称量、投料和搅拌设备及行走式砌筑布料机，其特征在于具有混凝土过渡输送机与主带机，混凝土搅拌设备与混凝土过渡输送机相连，混凝土过渡输送机与主带机相连，主带机的输送带上设有多个转料口，上述行走式起重布料机为带有混凝土输送机的行走式起重布料机，上述转料口与行走式起重布料机上的混凝土输送机相连，行走式起重布料机上的混凝土输送机设有多个布料口，混凝土从搅拌设备输出经输送带进入自行式布料机，可将混凝土输送到任何建筑部位，从而实现大体积混凝土的一体化连续施工。

3 适用范围

本工法属于水利建筑工程施工技术。可广泛应用于人工水道、桥梁、涵洞、水坝等大型水工混凝土工程施工。

4 工艺原理

4.1 工艺设计思想

a.一个可控的具有足够生产能力的混凝土自动化生产系统。

b.一个能将混凝土拌和楼生产的拌和物输送至仓面布料的连接装置。

c.一个行走式集混凝土布料和钢筋、模板吊装于一体的施工装置。形成从原材料集料、下料、投料、搅拌、混凝土输送入仓、布料浇筑各个环节有效对接的系统，各个环节的配合由计算机监控运行。

4.2 工艺原理

a.料仓子系统。为保证混凝土原材料的优质及时供应，料仓系统分设大、中、小石、砂料4个分料仓，整个料仓由遮阳、防雨棚覆盖。仓面以下设有地垄，由计算机控制自动下料，并将各种原材料按配合比要求输送至拌和楼。

b.拌和楼自动投料、自动称量子系统。通过计算机控制使各种原材料的称量误差控制在规范以内。

c.混凝土输送子系统。建立一条由出机口皮带、过渡斜皮带和与施工轴线平行的主皮带子系统。三部分皮带的有机连接可将混凝土输送到预定位置，并可完全替代多台混凝土搅拌车的往返运输，省去了施工道路、车辆维修，抑制了运输造成的扬尘，减少尾气排放，做到安全、文明、环保施工。

d.一台集起重布料为一体的施工装置，主体结构为h形。见图1。

图1 起重布料一体装置

该装置分别由行走式起重布料机(主机)和行走式辅助输送机(副机)两个独立单元组成，副机与主皮带有效对接，主机与副机对接，主机、副机均为行走式装置，可同向移动，也可相向移动。主、副机的行走轨道与主皮带机的输送线路呈平行布置，以适应弯道输送的需要。混凝土拌和物通过以上三个子系统输送至布料机，再由布料机分布到仓面的任何一个部位。非浇筑混凝土时，可以利用该机的起重功能吊装钢筋、模板等物料入仓进行作业。该系统装置可沿施工基坑内架设的轨道，平行于施工轴线任意移动，可覆盖整个作业面，与国外类似设备塔带机相比，不仅增加了仓面延伸作业和吊装功能，而且大大节省了投资。

4.3 控制电路及系统连接

上述一体化系统装置通过分段控制电路来控制，并通过有机组合形成联合运行系统，将混凝土输送到建筑物仓面的任何部位。

5 施工工艺流程及操作要点

5.1 施工工艺流程

工艺流程为:料仓→地垄→拌和站→过渡皮带→主皮带→行走式副机→行走式起重布料机主机→混凝土入仓。

混凝土箱涵一体化施工系统见下页图2。

5.2 操作要点

a.考察优选砂石料、水泥、粉煤灰及钢材原料，招标选择原材料供应商;建立储存料仓遮阳棚并实现地垄取料，有效降低骨料温度。地垄内安装砂、石料自动称量系统和有计算机控制的取料口门，向搅拌机输送骨料。

b.选择具备微机控制、电子称量和投料搅拌、地垄取料和胶带机输送供料功能的强制式拌和系统拌制混凝土。

c.胶带输送机运送混凝土。机架两侧设置竖向转轴，进料口附近安装集料槽，两条胶带输送机之间设挡板或漏斗。

d.起重布料机布料运输混凝土熟料。布料机分料口数量和位置根据浇筑需要设置。各个分料口经吊筒将混凝土连续快速分布到各个部位。

e.施工运行及维护:

ⓐ混凝土浇筑期间加强设备维护和保养。皮带机驱动滚筒定期换油;

图2 混凝土箱涵一体化施工系统

ⓑ混凝土浇筑前，对混凝土物流系统、混凝土浇筑供料系统、浇筑入仓运输系统设备、系统机械、电气配件及电缆进行全面检查;

ⓒ注意观察布料机运行状态及现场施工情况，确保系统运行正常;

ⓓ开机时皮带上应无任何障碍物。停机时需把皮带上混凝土卸干。故障停机时要采用人工及时清理混凝土。清扫器要专人随时清理，皮带偏移及时调整;

ⓔ正常布料要均匀，控制胶带机的运行速度在允许范围内。为防止胶带运行“跑偏”，机架两侧应设置竖向转轴，进料口附近还应安装集料槽，使混凝土顺利送出;

ⓕ依靠缓降串筒实现混凝土垂直运输。串通依箱涵浇筑部位的不同分别设置。

f.劳动力组合。输水箱涵混凝土施工过程中，作业人员经过培训合格后上岗。人员要职责分明、各负其责、协调工作并且相对固定。将作业组主要岗位及职责绘制成标识牌悬挂。

g.节能减排:

ⓐ节省劳动力。传统的混凝土施工方式，从原材料供应、称量、投料、拌和，混凝土成品料运输、入仓到布料浇筑混凝土等环节，每班大约需要劳动力25人;采用一体化施工技术，相同工况，现场混凝土浇注仅需要6人即可完成。比传统方式节省人力19人，节约76%;

ⓑ减少混凝土成品料的损耗。传统施工方式，混凝土从原材料运输到成品料入仓，各个施工环节损耗率较高，总体混凝土损耗率约为5% ～8%。如果施工条件较差，混凝土损耗率能达到10%。采用一体化施工技术工法施工，经工程应用实例比较，相同工况条件，混凝土损耗率仅为2%左右，大大节约施工材料;

ⓒ降低机械成本，提高浇筑速度。以古运河枢纽为例，按传统施工方法，需投入763.45万元，用于搅拌车和塔吊购;改用一体化连续施工技术装置，仅投入131万元人民币，对比结果节约了632.45万元临时工程费。混凝土入仓速度快，达到了75～85m3/h，最大限度地缩短了混凝土在空气中的暴露时间，使浇筑的混凝土质量大大提高。

6 材料与设备

输水箱涵混凝土一体化施工技术工法，所用材料均为常用的建筑材料。修建地垄使用红机砖，修建混凝土原材料的遮阳防雨棚使用碳钢钢管及型钢，制作布料机、支腿及吊车梁使用碳钢钢管及型钢。

工法需要配备的设备为:计算机、強制式混凝土拌和站(具备微机控制、电子称量和投料搅拌、地垄取料和胶带机输送供料功能)、电气控制系统、电动机、螺旋输送机、胶带输送机、起重布料机、测量仪器。

7 质量控制

工法技术实施中要加强混凝土组成材料的计量，混凝土拌和物的搅拌、运输、入仓、布料等的质量控制，严格按照《水工混凝土施工规范》组织施工。

8 安全控制

开工前，向全员进行安全技术交底，针对工程特点和危险点进行危险源辨识，制定防范措施、应急避难和急救措施。配备相应防护用品。

布料、运输等操作人员应经培训合格后持证上岗，严格按照设备操作说明操作。混凝土布料时应有专人指挥，上下协调，避免安全事故的发生。

认真做好机械设备的保养和维护。

9 环保措施

施工中产生的少量废弃物，如混凝土废料、机械设备保养的废机油等，按有关环保要求处理，防止污染环境。

拌和站、布料机等机械设备冲洗废水汇集到集水坑后经过滤、沉淀处理后，达标排放。

对拌和站的粉尘、噪声污染制定措施，降低对周围环境的影响。

10 效益分析

a.工法首先应用在古运河枢纽工程中。采用水工混凝土箱涵一体化施工技术，从2005年5月开始进行管身混凝土浇筑至2007年4月底，古运河枢纽工程浇筑混凝土5万m3，拌和系统生产能力和入仓能力均达到80m3/h以上，节约资金共762.45万元。

b.自2005年5月以来，在我局承建的南水北调京石段应急供水工程古运河枢纽项目、天津干线天津市2段工程、天津干线保定市1段工程TJ2—5施工标等工程中实际应用，混凝土箱涵施工质量满足设计及相关规范要求。共节约和增加经济效益达1543.22万元，经济效益显著。

c.采用水工混凝土输水箱涵一体化施工技术工法组织混凝土施工，有效解决了混凝土生产、运输和布料浇筑的连续性，使分散作业的工艺流程，集合形成具有现代化水平一条龙式的流水作业施工生产线。实现了大体积混凝土浇筑安全、环保、高效、节能、优质的特性，实现了大体积混凝土浇筑的时效控制、强度控制和质量控制。符合国家产业政策。而且临时工程费用投入仅为传统模式临时工程费的1/6，运行费用低廉，为水工混凝土箱涵施工提供了成熟的系统装置，是一项技术、经济和社会效益十分显著、具有广阔应用前景的创新技术。其实施应用，将为国家和社会带来重大的经济效益和社会效益。对大体积输水箱涵混凝土浇筑有极高的应用价值。

11 工程实例

11.1 工程实例一:古运河枢纽项目(S1标)

a.工程概况。古运河枢纽工程位于石家庄市郊区，距市中心7km。枢纽工程包括渠道、古运河暗渠和田庄分水闸。古运河暗渠总长565m，洞身过水断面为三孔一联拱涵结构，单孔过水断面6.6m×8.2m(宽×高)。混凝土浇筑7.61万m3，钢筋制安6439t。工程投资1.183亿元。

b.施工情况。古运河枢纽使用工法中的一体化连续施工系统及浅埋暗挖施工技术，完成了穿石太高速公路段拱涵施工及565m运河暗渠施工。自2005年5月开始进行管身混凝土浇筑至2007年4月底，浇筑混凝土5.35万m3，拌和系统生产能力和入仓能力均达到80m3/h，混凝土经3～4min运输即可入仓，胶带机速度达1.4m/s，布料机行走速度达到10m/min，运行稳定、可靠，未发现任何安全或机械故障，已完工程单元质量评定合格率100%，优良率100%。

11.2 工程实例二:天津干线天津市2段工程

a.工程概况。南水北调中线一期工程天津干线天津市2段工程位于天津境内，其中输水箱涵段长3.986km，为2孔3.6m×3.6m钢筋混凝土箱涵，混凝土强度等级为C30W6F150。箱涵混凝土6.5万m3。箱涵每节平面尺寸15m×8.75m(长×宽)，基坑最大深度9.5m。单节最大混凝土方量263m3。

采用水工混凝土输水箱涵一体化施工技术工法组织箱涵混凝土施工。2009年3月现场组装调试完成并投入使用。经过一个施工期箱涵混凝土浇筑作业，于2010年5月顺利完成天津干线天津市2段工程箱涵混凝土浇筑施工任务。共完成箱涵混凝土浇筑65000m3。大大提高了混凝土施工效率和混凝土浇筑质量。保证了施工期安全。

b.应用效果。天津市2段工程采用了工法中的大型混凝土工程一体化连续施工系统，初步计算，按传统的施工模式需投入438.89万元用于搅拌车、输送泵等购置，改用一体化连续施工系统，仅需投入116万元，对比节约了322.89万元临时工程费。实践证明:一体化连续施工装置实现了高速输送混凝土入仓，达到75～85m3/h，最大限度地缩短了混凝土在空气中的暴露时间，加快了混凝土入仓和浇筑速度，大大提高了混凝土的浇筑质量，为后续土方回填施工及时提供了工作面。有效降低了基坑降排水作业时间，减少降排水施工措施费用100万元，提高了工程经济效益。

11.3 工程实例三:南水北调中线天津干线保定市1段工程TJ2—5施工标

a.工程概况。南水北调中线一期工程天津干线保定市1段工程 TJ2—5施工标主体建筑物输水箱涵长6.87km，为3孔4.4m×4.4m C30现浇有压输水混凝土结构，箱涵标准单节长度为15m。单节最大断面平面尺寸15m×15.8m(长×宽)，箱涵最大埋深5.8m。单节最大混凝土方量540.42m3。单节最大钢筋量39.226t。

b.应用效果。采用了水工混凝土输水箱涵一体化施工技术工法施工，2010年3月～2011年3月，共浇筑箱涵混凝土 14万 m3，高峰浇筑强度达到 1060m3/天，节约341.88万元临时工程费，浇筑速度比计划提高了1.3倍，大大缩短了仓面层间的布料时间，入仓混凝土各项指标符合现行规范要求。已完单元工程质量评定合格率和优良率均为100%，施工期安全无事故。