一種基于纜索的堆石混凝土堆石入倉方式及應用

陳長久 ，安雪暉 ，閉忠明 ，朱建生 ，于玉貞

(1.清華大學水沙科學與水利水電工程國家重點實驗室，100084，北京；2.北京華實水木科技有限公司，100082，北京；3.中國水利水電第八工程局有限公司，410007，長沙)

堆石混凝土是一種新型大體積混凝土施工方式，以自密實混凝土在堆石體中流動充滿堆石體形成完整的混凝土。根據堆石混凝土施工工藝的特點，堆石入倉對于施工質量和施工速度都具有重要影響。堆石入倉主要解決的是堆石體垂直、水平、上下游方向的三維運輸問題，從現有工程實施經驗看，主要用到的堆石入倉方案有：

①自卸汽車入倉挖機輔助平倉的方式。采用汽車運輸堆石體直接進入澆筑倉面，自卸完成后由挖機輔助轉運均勻堆放在澆筑倉面內，實現平倉。該方式施工速度快，成本低，但是一般會存在雜物混合石料一起進倉問題，需要加強堆石質量監控，及時清除帶入的混合石料等雜物。在具備汽車直接上壩條件的施工中應用較多，如清峪水庫、圍灘水電站工程。在施工高程較高且不具備修筑上壩公路的施工中難以應用。

②塔吊。先用裝載機將堆石體裝入吊斗中，然后通過塔吊將吊斗運輸至倉面指定位置，打開吊斗卸料。該方式一次性完成堆石體的垂直、水平和上下游運輸，且堆石質量易于控制。由于單次作業周期長，堆石效率較低，且成本高。適用于不具備直接入倉條件的堆石混凝土施工，比如恒山水庫、長坑水庫后期施工。

本文介紹了一種基于纜索的堆石混凝土堆石入倉方式。

一、工程概況

安徽大龍潭水庫的攔水壩壩體原為漿砌石拋物線型雙曲拱壩，最大壩高64.5 m，壩頂弧長185.49 m，壩底厚13.0 m，壩頂厚3.0 m。 2012年開始，在原拱壩下游背水面采用堆石混凝土加厚壩體。工程項目地理位置較為特殊，主要體現在以下幾點：

①從河道開辟的進場公路狹窄且基礎不牢固，大型器械設備裝運進場困難；并且壩下基坑的施工作業面積狹小，給大型設備的安裝帶來極大不便。

②在高程267.0 m （基巖面）至285.0 m部位的壩體堆石原采用長臂挖機進行，隨著壩面高程的上升和倉面弧長的加大，在285.0 m高程以上部位長臂挖機運送石料進倉時的臂展角度已達到臨界值，石料在挖機斗里容易產生晃動導致其從高空滑落，給安全施工帶來隱患，因此無法滿足更高部位的施工需求。

③堆石混凝土加厚壩體的最大設計寬度4.2 m，壩頂寬度不足2 m，并且兩岸山體險峻陡峭，巖層走勢不規則，無法鋪修新的上壩道路，因此無法使用自卸汽車進行倉面堆石。根據現場情況，為保證現場施工的正常運轉，通過各方專家多次開會研討，對多種方案的可行性及經濟成本進行排查分析，最終確定采用架空纜索起重方案進行285.0 m高程以上部位的施工。

二、基于纜索的堆石系統

1.纜索設備構造

通過在山體上設置錨固裝置，架設索道，將索道作為承載繩，通過卷揚機、滑輪裝置等起重吊裝堆石入倉。圖1是纜索設備的布置示意圖。

纜索設備通過三向運動將堆石吊運至指定倉面位置?？紤]到工作效率，溢流面底部高程以上不采用此種方式進行堆石。該套索道設備設計起重量為6t，最大提升高度為65m，斜拉最大距離11.17m，斜拉最大偏角14.5°。

2.堆石流程

采用纜索設備進行堆石入倉的施工流程如下：

①堆石運輸。采用自卸汽車將塊石運送到施工基坑處供使用。

②堆石沖洗。人工對堆石料進行沖洗，沖掉石料表面附著的泥土等雜物。

③堆石篩選。通過挖機對堆石料進行翻滾篩選，避免小粒徑石頭集中，控制堆石粒徑在30 cm以上。

④堆石入倉?；诶|索將堆石運入澆筑倉內：a.采用挖機將石料裝運到吊籃至滿，將吊籃螺絲擰緊，耗時約3 min；b.將吊籃提升至一定高度后，通過上游牽引索將吊籃拉至澆筑倉上空，然后下放吊籃至倉面，約6 min（隨澆筑高程的增加而逐漸增大）；c.輕緩放下吊籃，并松開螺絲，將石料卸下，耗時約 3 min；d.吊籃返回，約 3 min。

每一次堆石循環耗時約15 min，并隨著壩體高程的增加而逐漸增大。

⑤人工平倉。根據倉面堆石的情況，由人工輔助平整倉面，使倉面充分堆石，且堆石高度一致。

3.安全事項

纜機安裝完成后，需要空載試運轉，試運轉完成后再滿載試吊。試吊時，應有專人觀察地錨及鋼絲繩的工作情況，發現異常情況要及時中止。

纜機屬特種設備，易損傷。需經常進行安全檢查，以防止安全事故的發生。地錨、上下游斜拉鋼絲繩、卷揚機滾筒上的鋼絲繩等是纜機安全檢查的重點。發現異常情況要及時處理，不得讓吊裝系統帶病運轉。

吊裝系統進行吊裝作業時必須統一指揮、統一行動，不得隨意蠻干。

三、工藝效果

為了綜合評價基于纜索的堆石入倉方式，在施工過程中對堆石工藝的運行效率和成本進行了統計，結合河北省石河水庫除險加固工程中塔吊堆石入倉的運行情況，對比了挖機、纜索、塔吊三種堆石入倉方式的效率和成本，詳細結果如下：

1.堆石效率

從三種堆石入倉施工的原始記錄數據中選取了15個倉面的堆石數據，對比結果表明：塔吊堆石入倉施工速度最快；纜索堆石入倉速率居中，高于挖機直接堆石入倉的方式；長臂挖機料斗容量小，為纜索吊斗的1/5，加之垂直水平距離運輸，因而堆石效率低。

2.堆石成本

（1）設備投入固定成本

根據表1數據分別計算三種堆石工藝每月設備投入的固定成本：

①采購設備按照年限平均法進行折舊。月折舊率=（1-預計凈殘值率）÷預計使用壽命÷12，其中，預計凈殘值率取5%，預計使用壽命為10年。

②安裝費用按照工期進行均攤。

③堆石工藝設備投入的月固定成本=月折舊額+月安裝費+租金+維護保養費。

圖1 纜索設備布置示意圖

計算結果如圖2所示。從圖表可以看出：①長臂挖機堆石入倉方式設備投入的月固定成本高，跟工期長短不直接相關。②纜索和塔吊堆石入倉方式由于涉及一次投入的成本攤銷，隨著工期的增長，設備投入的月固定成本降低。③工期較短時，塔吊設備投入的月固定成本一般低于纜索。同樣情況下，當工期較長時，纜索設備投入的月固定成本會優于塔吊。

（2）單方堆石成本

從表2中可以看出：塔吊的單方堆石成本最低，纜索次之，挖機的單方堆石成本最高。

（3）單方堆石總成本

單方堆石總成本=月固定成本÷月堆石方量+堆石成本。

在月固定成本一定的情況下，由于堆石成本由堆石工藝決定，因此，隨著月堆石方量的增加，單方堆石的總成本會降低。塔吊的堆石效率高，因此當月堆石方量需求高時，使用塔吊能夠降低單方堆石的總成本。

圖2 堆石工藝設備的月固定成本

根據以上分析結果可以得出：

①長臂挖機每月設備投入的固定成本高，且單方堆石成本也高，所以單方堆石的總成本也高，僅適用于滿足短期的臨時堆石需求。

②相對于塔吊，工期較長時纜索堆石入倉方式每月的設備固定成本低；當月堆石方量需求高時，塔吊單方堆石的綜合成本低于纜索堆石入倉方式。

3.技術優勢

通過該工程的實際應用，發現采用纜索設備進行堆石施工具有以下優勢：

①纜索設備運輸方便，普通道路即可運送設備進場。

②對壩下基坑的作業面積要求很小，與該工程作業面特點十分吻合。

③與塔吊相比纜索的安裝不需要配置緊密的施工設備，便利且快捷；由于是架空作業，所以對大壩其余部位的施工沒有影響，可以同步進行作業。

表1 堆石工藝設備投入成本表

表2 堆石工藝單方堆石成本表

④纜索采用架空起重進行作業，無需在山體上鋪設新的上壩道路，不僅節約了工期，還可以通過纜索運送模板、鋼筋等材料，包括堆石混凝土施工中的自密實混凝土澆筑，一舉多得。

⑤該工程方量小，施工速度慢，資金投入量不大，采用纜索堆石入倉方式成本較低，實現了資源的最大優化配置。

四、結 論

①纜索堆石入倉的施工速率低于塔吊堆石入倉方式，高于長臂挖機堆石入倉方式。

②由于涉及一次投入的成本攤銷，隨著工期的增長纜索堆石入倉設備投入的月固定成本降低，當工期較長時，每月設備投入的固定成本低于塔吊堆石入倉方式。

③纜索堆石入倉的單方堆石成本高于塔吊，當月堆石方量高時，纜索單方堆石的總成本高于塔吊堆石入倉。

④基于纜索的堆石入倉方式適用于工期較長、施工速度要求不高的堆石混凝土工程施工。為了解決堆石垂直運輸問題，挖機、纜索、塔吊三種堆石入倉方案相比，長臂挖機僅適用于短期的臨時堆石需求，對于中長期的堆石需求，纜索和塔吊的方式綜合運行成本較低。相對于塔吊，纜索適用于工期較長、堆石效率要求不高的堆石混凝土施工，單方堆石綜合成本低。

[1]安雪暉,黃綿松,周虎,金峰.堆石混凝土施工技術綜述[R].中國土木工程學會全國混凝土新技術及其工程應用技術交流會暨2007年年會,2007.

[2]侯艷芬.堆石混凝土壩體施工的監理控制技術[J].建設監理,2010（9）.

[3]金峰,周虎,安雪暉,等.堆石混凝土技術新進展 [R].水利水電工程新技術推廣研討會暨中國水利學會水工結構專業委員會第九次年會,2010.