第四章混凝土生产系统布置分析.docx
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第四章混凝土生产系统布置分析
第四章混凝土生产系统布置分析
4.1概述
本工程大坝为抛物线型混凝土双曲拱坝，全坝高289m，坝顶中心弧长714.9m，共设30条横缝，坝体自左岸至右岸共分为31个坝段，横缝间距约23.5m。
坝体混凝土工程量约为892.0万m3，其中坝体混凝土约870.0万m3（含垫座混凝土约75万m3）、基础置换混凝土约22万m3。
大坝分高程混凝土工程量见表4-1，浇筑总工期按54个月控制。
大坝分高层坝体混凝土工程量表表4-1
大坝高程（m）
坝段范围
混凝土工程量量（万m3）
累计混凝土量（万m3）
545～600
10#～25#
186
208
600～650
6#～27#
193
401
650~700
4#~28#
176
577
700~750
2#~29#
164
741
750~800
1#~29#
112
853
800~834
1#~31#
39
892
本工程大坝混凝土总量约892.0万m3，浇筑总工期按54个月控制，平均浇筑强度16.5万m3/月；高峰强度约23万m3/月；单台缆机最大浇筑强度约5.14万m3/月，单台缆机最高小时强度平均约10罐/小时。
4.2混凝土生产系统
4.2.1单座拌和楼生产能力
白鹤滩水电站大坝混凝土采用30t缆机浇筑为主的方案，大坝混凝土生产系统分两处设置，即低线混凝土生产系统和高线混凝土生产系统。
高低线混凝土生产系统共布置4座HL360-4F4500L型搅拌楼，单楼铭牌生产能力360m3/h。
根据向家坝单座拌和楼（HL240-4F3000L）月平均利用率为71%，月平均产量为57398m3，平均小时强度为111m3/月，则HL360-4F4500L型搅拌楼单楼的月平均产量为：
86097m3。
根据以上数据，则得到HL360-4F4500L型搅拌楼单楼月生产强度为：
86000m3/月，此数据是考虑了受缆机故障、天气及仓号的不连续性等外部原因影响的月生产强度，其实际月生产能力还有提高的余地。
向家坝单座拌和楼（HL240-4F3000L）2010年1～8月份生产情况见表4-2。
向家坝单座拌和楼（HL240-4F3000L）2010年1～8月份生产情况表4-2
月份
工作时间（h）
故障时间（h）
保养时间（h）
闲置时间（h）
月天数（天）
月产量（m3）
1
533.35
7.17
37.17
166.31
744.00
70040
2
420.07
9.84
38.55
275.54
744.00
52707
3
446.20
2.00
37.00
186.80
672.00
53191
4
597.87
1.17
20.00
124.96
744.00
74259
5
500.63
18.67
16.92
183.78
720.00
54235
6
624.05
5.58
0.58
113.79
744.00
65460
7
579.46
7.86
21.33
111.35
720.00
51553
8
450.61
64.78
32.00
196.61
744.00
37741
平均
519.03
14.63
25.44
169.89
729.00
57398.25
根据白鹤滩气象条件，大坝温控需全年温控设计，混凝土拌和的具体温控措施见表4-3。
混凝土拌和温控措施一览表表4-3
季节
出机口温度
一次风冷
二次风冷
冷水拌和
片冰水拌和
冬季
7℃
√
-
2.5
-10℃
12℃
-
-
2℃
-10℃
夏季
7℃
√
√
2.5℃
-10℃
12℃
√
√
2.5℃
-10℃
春秋季
7℃
√
√
2.5℃
-10℃
12℃
√
√
2.5℃
-10℃
单座拌和楼预冷混凝土生产能力为86000m3/月，浇筑总工期按54个月，平均浇筑强度16.5万m3/月，高峰强度约23万m3/月（单楼承担强度约7.67万m3/月），能满足12℃、7℃低温混凝土浇筑强度要求。
4.2.2系统场地
低线混凝土生产系统布置在左岸泄洪洞进口平台上，搅拌楼出料线地面高程768m，平台总面积约5万m2；高线混凝土生产系统布置在坝址左岸坝肩，布置高程845～890m，搅拌楼出料线地面高程845m，占地面积30000m2。
4.2.3布置方案
根据推荐缆机布置方案及大坝混凝土高峰浇筑强度，低线混凝土生产系统和高线混凝土生产系统拟采取以下四种布置方案。
方案一：
3+1方案，即低线混凝土生产系统配置3座HL360-4F4500L型搅拌楼，高线混凝土生产系统配置1座HL360-4F4500L型搅拌楼。
方案二：
2+2方案，即低线混凝土生产系统配置2座HL360-4F4500L型搅拌楼，高线混凝土生产系统配置2座HL360-4F4500L型搅拌楼。
方案三：
1+3方案，即低线混凝土生产系统配置1座HL360-4F4500L型搅拌楼，高线混凝土生产系统配置3座HL360-4F4500L型搅拌楼。
方案四：
前期：
3+1方案，后期：
2+2方案。
即前期低线混凝土生产系统配置3座HL360-4F4500L型搅拌楼，高线混凝土生产系统配置1座HL360-4F4500L型搅拌楼；后期将低线1座HL360-4F4500L型搅拌楼拆迁至高线混凝土生产系统。
4.3低线混凝土生产系统与高线混凝土生产系统3+1方案分析
3+1方案，即低线混凝土生产系统配置3座HL360-4F4500L型搅拌楼，高线混凝土生产系统配置1座HL360-4F4500L型搅拌楼。
低线混凝土生产系统布置在左岸泄洪洞进口平台上，搅拌楼出料线地面高程768m；高线混凝土生产系统布置在坝址左岸坝肩，布置高程845～890m，搅拌楼出料线地面高程845m。
4.3.1大坝低线混凝土生产系统
大坝低线混凝土生产系统主要供坝体750m高程以下的混凝土的生产，混凝土生产总量约741万m3。
系统配置3座HL360-4F4500L型搅拌楼，系统生产能力：
预冷混凝土为3×86000m3/月，高峰浇筑强度约为23万m3/月，能满足混凝土高峰月浇筑强度要求。
㈠供料区域
系统布置三座搅拌楼，可满足坝体750m高程以下约741万m3混凝土的浇筑及部分750m高程以上混凝土的浇筑，750m高程以下基本上无需高线混凝土生产系统供料。
㈡缆机运行时间
缆机在高程768m供料平台取料，浇筑高程750m以下混凝土时，相对于从845m高程供料平台取料可减少垂直运距77m，水平运输距离减少约300m，每吊罐混凝土一个循环平均运输时间减少约127.7s，具体计算式如下：
t=h/v4+h/v5+l×2/v1
=77/3+77/3.5+300×2/7
=127.67（s）
式中：
缆机小车横移速度v1=7.5m/s；缆机满载下降速度v4=3.0m/s；缆机空罐升降速度v5=3.5m/s；高低线供料平台垂直高差h=77m；高低线供料平台水平距离差l=300m；t缆机每吊罐混凝土一个循环平均运输节约时间。
按2+2方案，需高线混凝土生产系统供混凝土113万m3，本方案改为由低线混凝土系统供应，在缆机效率不变的情况下，约可节约浇筑时间共5938台时，折算节约净浇筑时间约31天（6台缆机）。
缆机在768m高程供料平台取料时，与从845m高程供料平台取料垂直运距相差77m，当浇筑750m高程以上混凝土时，缆机将处于重罐提升，每吊罐混凝土一个循环平均运输时间与在845m高程供料平台取料增加约27.1s，但从845m高程供料平台取料水平运距增加约300m，每吊罐混凝土一个循环平均运输时间与在768m高程平台供料取料增加80s，两者比较，缆机在768m高程供料平台取料将节约52.9s。
但随着进料平台的降低，缆机在进料平台停靠罐（混凝土吊罐停靠精度应小于30cm）的时间也将随之加长（据现有施工经验受料点与卸料点每增加100m停靠罐时间要增加30s左右），进料平台越低，需要的时间就越长。
根据以往的施工经验，多点受料和单点受料对于缆机垂直运输时间影响不大。
㈢重罐提升对缆机的影响
缆机在768m高程供料平台取料，将会有77m垂直重罐提升运距。
缆机长期工作在重罐提升工况下，会加快对缆机的提升绳、承码、主索及小车滑轮、大钩滑轮的磨损，同时也会增加缆机的耗电量。
4.3.2大坝高线混凝土生产系统
大坝高线混凝土生产系统主要供坝体750m高程以上的混凝土，750m高程以上混凝土总量约151万m3。
系统配置1座HL360-4F4500L型搅拌楼，系统生产能力：
预冷混凝土为1×86000m3/月。
本系统在3+1方案中只是作为低线混凝土生产系统的补充生产系统，只供750m高程以上的混凝土，根据大坝混凝土浇筑进度，大坝剩余混凝土量约有151万m3左右，月平均浇筑强度14万m3/月，要求系统最低生产能力达到420m3/h。
系统不能满足大坝浇筑高峰强度的混凝土生产，这样必须低线混凝土生产系统一座楼进行共同供料，才能满足混凝土浇筑高峰强度的生产。
但坝体浇筑至820m高程（最低坝段812m高程），坝体封拱灌浆至792m高程，坝体将下闸蓄水，蓄水至760m高程具备首批机组发电条件。
左岸泄洪洞进口高程768m平台需开挖至738m高程，低线混凝土生产系统需拆除，两者总工期共需约9~11个月左右。
按月平均浇筑强度约13万m3/月、11个月共浇筑混凝土143万m3左右计算，根据大坝各高程坝体混凝土工程量，可以推算出低线混凝土生产系统拆除时间在浇筑高程750m左右。
当低线混凝土生产系统在浇筑高程达到750m左右拆除时，大坝剩余混凝土量约有151万m3左右，在浇筑高程约750～834m阶段，本系统不能满足浇筑高峰强度的混凝土生产。
4.3.3方案优缺点
㈠方案优点
⑴在大坝高程750m以下混凝土浇筑中，缆机从低线供料平台取料，每吊罐混凝土一个循环平均运输时间减少约127.7s；
⑵可以减少成品混凝土的运输距离；
⑶可以减少主坝750m高程以下混凝土浇筑时缆机垂直及水平运输的距离。
㈡方案缺点
⑴低线混凝土生产系统规模偏大，布局紧张；
⑵六台缆机在低线供料平台取料，高程768m平台运输车辆较多，交通组织困难；
⑶大坝高程750m以上混凝土浇筑中，缆机在768m高程供料平台取料重罐提升，对缆机运行影响较大；
⑷高线混凝土生产系统不能满足750m高程以上浇筑高峰强度的混凝土生产。
㈢结论
不推荐本方案。
4.4低线混凝土生产系统与高线混凝土生产系统2+2方案分析
2+2方案，即低线混凝土生产系统配置2座HL360-4F4500L型搅拌楼，高线混凝土生产系统配置2座HL360-4F4500L型搅拌楼。
具体方案如下：
大坝浇筑高程低于750m、浇筑高峰强度低于17万m3/月时，由低线系统的2座搅拌楼生产；浇筑高程低于750m、浇筑高峰强度在23万m3/月区间时，由两低一高共3座HL360-4F4500搅拌楼生产；750m高程之上（高峰强度14万m3/月）由高线系统2座HL360-4F4500搅拌楼生产。
4.4.1大坝低线混凝土生产系统
大坝低线混凝土生产系统主要供坝体750m高程以下的混凝土，混凝土生产总量约741万m3。
为满足高峰浇筑强度17万m3/月要求，系统生产能力：
预冷混凝土为2×86000m3/月，能满足混凝土高峰月浇筑强度要求。
相对于3+1方案，本系统在768m平台只布置二座拌和楼，在高程750m以下混凝土浇筑中，约有113万m3混凝土需在高线混凝土系统生产，缆机在845m高程供料平台取料，相对于从768m高程供料平台供料可增加垂直运距77m，水平运输距离增加约300m，每吊罐混凝土一个循环平均运输时间增加约127.7s。
当在750m高程以下混凝土浇筑中，浇筑强度低于17万m3/月，2+2方案和3+1方案皆为配置二座拌和楼就能满足生产，这时2+2方案与3+1方案的缆机运行时间是一样的。
4.4.2大坝高线混凝土生产系统
大坝高线混凝土生产系统主要供坝体750m高程以上混凝土，混凝土生产总量约151万m3。
为满足高峰浇筑强度14万m3/月要求，系统生产能力：
预冷混凝土为2×86000m3/月，能满足混凝土高峰月浇筑强度要求。
缆机在845m高程供料平台取料，浇筑高程750m以下混凝土时，相对于从768m高程供料平台供料可增加垂直运距77m，水平运输距离增加约300m，每吊罐混凝土一个循环平均运输时间增加约127.7s。
（若按3+1方案，需低线混凝土生产系统供750m高程以下混凝土113万m3混凝土计算，在缆机效率不变的情况下，约可增加浇筑时间共2365台时，折算增加净浇筑时间约31天（6台缆机））。
4.4.3方案优缺点
⑴方案优点
①能满足大坝所有高程混凝土高峰月浇筑强度要求，无需拆迁搅拌楼；
②系统设备保证率高；
③避免了重罐提升对缆机运行影响；
④单层受料平台混凝土运输车辆相对减少，平台交通组织宽松。
⑵方案缺点
①相对于3+1方案，750m高程以下约113万m3混凝土浇筑缆机运输时间增加127.7s。
⑶结论
推荐本方案。
4.5低线混凝土生产系统与高线混凝土生产系统1+3方案分析
1+3方案，即低线混凝土生产系统配置1座HL360-4F4500L型搅拌楼，高线混凝土生产系统配置3座HL360-4F4500L型搅拌楼。
具体方案如下：
大坝浇筑高程低于750m时（高峰强度17万m3/月）由一低一高2座搅拌楼生产；浇筑高程低于750m（高峰强度23万m3/月）由一低两高共3座HL360-4F4500搅拌楼生产；750m高程之上（高峰强度14万m3/月）由高线系统2座HL360-4F4500搅拌楼生产。
从以上两系统供料分配方案中，似乎可以省去高线混凝土生产系统一座搅拌楼，但从系统设备保证率来说，高线混凝土生产系统却需要配置三座楼，才能保证月浇筑高峰期的混凝土供料。
4.5.1系统场地
低线混凝土生产系统布置在左岸泄洪洞进口平台上，搅拌楼出料线地面高程768m；高线混凝土生产系统布置在坝址左岸坝肩，布置高程845m～890m，搅拌楼出料线地面高程845m。
参考缆机推荐方案布置图（缆机坝肩上方平移式双层布置平面图），高线混凝土生产系统布置高程845m～890m平台总面积约30000m2，不能同时布置三座HL360-4F4500L型搅拌楼及其辅助设施。
4.5.2缆机运行时间
缆机在845m高程供料平台取料，浇筑高程750m以下混凝土时，相对于从768m高程供料平台供料可增加垂直运距77m，水平运输距离增加约300m，每吊罐混凝土一个循环平均运输时间增加约127.7s。
按3+1方案，由低线两座搅拌楼供应的750m高程以下的混凝土，本方案改为由高线两座搅拌楼供应，其混凝土量约为750m高程以下混凝土量的三分之二，计494万m3左右，在缆机效率不变的情况下，约可增加浇筑时间共19312台时，折算增加净浇筑时间约135天（6台缆机）。
按2+2方案，由低线一座搅拌楼供应的750m高程以下的混凝土，本方案改为由高线一座搅拌楼供应，其混凝土量约为750m高程以下混凝土量的三分之一，计247万m3左右，在缆机效率不变的情况下，约可增加浇筑时间共9735台时，折算增加净浇筑时间约68天（6台缆机）。
根据计算，单台缆机在768m高程供料平台取料的月平均浇筑强度为4.22万m3/月，单台缆机在845m高程供料平台取料的月平均浇筑强度为3.48万m3/月，单台缆机在高、低线供料平台分别取料的月平均浇筑强度之差为0.74万m3/月，则六台缆机在高、低线供料平台分别取料的年平均浇筑强度之差为53.28万m3/年。
4.5.3方案优缺点
㈠方案缺点
⑴高线混凝土生产系统场地845m高程平台不能布置三座搅拌楼系统；
⑵缆机运行效率低下，与3+1方案比较增加净浇筑时间约134天，与2+2方案比较增加净浇筑时间约68天（6台缆机）。
㈡结论
不推荐此方案。
4.6低线混凝土生产系统与高线混凝土生产系统前期3+1方案后期2+2方案分析
在3+1方案中，高线混凝土生产系统只是作为低线混凝土生产系统的补充生产系统，只供750m高程以上的部分混凝土。
根据大坝混凝土浇筑进度，坝体浇筑至820m高程（最低坝段812m高程），坝体封拱灌浆至792m高程，坝体将下闸蓄水，蓄水至760m高程具备首批机组发电条件。
左岸泄洪洞进口高程768m平台需开挖至738m高程，低线混凝土生产系统需拆除，两者总工期共需约9~11个月左右。
按月平均浇筑强度约13万m3/月、11个月共浇筑混凝土143万m3左右计算，根据大坝各高程坝体混凝土工程量，可以推算出低线混凝土生产系统拆除时间在浇筑高程750m左右。
当低线混凝土生产系统在浇筑高程达到750m左右拆除时，大坝剩余混凝土量约有151万m3左右，在浇筑高程约750～834m阶段，高线混凝土生产系统不能满足浇筑高峰强度的混凝土生产。
为了满足大坝750m～834m高程浇筑高峰强度，需将低线混凝土生产系统的一座搅拌楼及制冷设施转移至高线使用。
在低线混凝土生产系统拆除后，使高线混凝土生产系统具有二座搅拌楼的生产格局，从而满足大坝750m～834m高程浇筑高峰强度的需要。
根据我公司在拉西瓦、小湾、金安桥、向家坝及三峡等工地安拆的大型搅拌楼的经验，安拆1座搅拌楼及其附属设施耗时平均约180天。
安拆1座HL360-4F4500型搅拌楼及其附属设施费用约1600～1800万左右。
低线混凝土生产系统拆除高程在浇筑高程在750m左右，为了保证大坝高程750m~834m的浇筑强度，拆迁时间必须在浇筑高程达到750m之前的6个月就开始，若按月平均浇筑强度16.5万m3/月计算，6个月共浇筑混凝土99万m3，则大坝浇筑高程在720m左右开始拆迁，在高线混凝土生产系统形成2座搅拌楼供料的格局，才能保证后期混凝土的浇筑强度。
为了便于说明问题，详见“搅拌楼配置与大坝浇筑强度对比表”，具体见表4-4。
搅拌楼配置与大坝浇筑强度对比表表4-4
大坝
高程
（m）
混凝
土量
（万m3）
累计混
凝土量
（万m3）
768m平台开挖高程
蓄水
高程
低线系统
座楼开始
拆除高程
低线系统
1座楼拆
迁高程
高线系统增设1座楼安装完成高程
各高程搅拌楼配置
545~600
186
208
3低
600~650
193
401
3低
650~700
176
577
3低
700~750
164
741
750m左右
720m左右
750m左右
2低+1高
750~800
112
853
780m
2高
800~834
39
892
820m之前完成
820m
2高
据上表可以看出，在高程700m以下本方案搅拌楼配置为3低，在高程650m~700m区间2+2方案搅拌楼配置为2低+1高，在高程700m~750m区间两方案搅拌楼配置皆为2低+1高。
缆机从高程768m供料平台取料量，本方案只比2+2方案多出60万m3左右，折合节约缆机浇筑天数为16天左右。
本方案在高程700m以上大坝混凝土浇筑的搅拌楼配置与2+2方案相同。
根据以上数据，安拆1座搅拌楼及其附属设施耗时平均约180天，安拆1座HL360-4F4500型搅拌楼及其附属设施费用约1600～1800万左右，但此方案比2+2方案只能节约缆机浇筑天数16天，显然是不经济的。
结论为不推荐本方案。
4.7混凝土生产系统布置方案建议
4.7.1混凝土生产系统布置方案综合比较
从大坝混凝土浇筑强度、进度来看，前期3+1方案后期2+2方案优于2+2方案（前期3+1方案后期2+2方案比2+2方案节约缆机浇筑天数为16天左右），2+2方案优于3+1方案（3+1方案在低线混凝土生产系统拆除后，高线混凝土生产系统不能满足750m高程以上浇筑高峰强度的混凝土生产。
），3+1方案优于1+3方案（1+3方案增加净浇筑时间约135天）。
具体详见各方案拌和楼配置与大坝浇筑强度对比表（表4-5）。
从系统场地布置、交通组织方面及经济效益方面来看，2+2方案优于3+1方案（3+1方案低线混凝土生产系统规模偏大，布局紧张，六台缆机在低线供料平台取料，高程768m平台运输车辆较多，交通组织困难，大坝高程750m以上混凝土浇筑中，缆机在768m高程供料平台取料重罐提升，对缆机运行影响较大。
），3+1方案优于1+3方案（1+3方案在高线混凝土生产系统场地845m高程平台不能布置三座搅拌楼系统。
），1+3方案优于前期3+1方案后期2+2方案（在前期3+1方案后期2+2方案中，安拆1座搅拌楼及其附属设施耗时平均约180天，安拆1座HL360-4F4500型搅拌楼及其附属设施费用约1600～1800万左右，但此方案比2+2方案只能节约缆机浇筑天数16天，显然是不经济的。
）。
4.7.2混凝土生产系统布置方案比选结论
综合以上分析，2+2方案在大坝混凝土浇筑强度、进度、系统场地布置、交通组织方面及经济效益方面均优于其它方案，且系统混凝土生产设备保证率高，运行安全可靠，因此对保证大坝混凝土浇筑施工顺利实施最为有利。
综合考虑，本工程混凝土生产系统推荐采用2+2方案，即低线混凝土生产系统配置2座HL360-4F4500L型搅拌楼，高线混凝土生产系统配置2座HL360-4F4500L型搅拌楼。
各方案拌和楼配置与大坝浇筑强度对比表表4-5
大坝
高程
（m）
混凝
土量
（万m3）
累计混凝土量（万m3）
768m平台
开挖高程
（8个月工期）
蓄水
高程
低线系统2
座楼开始
拆除高程
低线系统1座楼拆拆迁高程（3+1→2+2方案）
高线系统增设一座楼安装完成高程（3+1→2+2
方案）
各高程拌和楼配置（3+1→2+2
方案）
各高程拌和楼配置（2+2方案）
各高程拌和楼配置（3+1方案）
各高程拌和楼配置（1+3方案）
545~600
186
208
3低
2低
3低
1低+1高
600~650
193
401
3低
2低
3低
1低+1高
650~700
176
577
3低
2低+1高
3低
1低+2高
700~750
164
741
750m左右
720m左右
750m左右
2低+1高
2低+1高
3低
1低+2高
750~800
112
853
780m
2高
2高
1高
3高
800~834
39
892
820m之前完成
820m
2高
2高
1高
3高
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