大坝混凝土系统设计|黄河万家寨水利枢纽

万家寨水利枢纽大坝混凝土浇筑总量为184.55 万m3，高峰期混凝土浇筑计划要求强度7 万～8 万m3/月。由于枢纽混凝土量大而集中，施工强度大，且质量上又有严格的要求。因此，必须实行混凝土的工厂化生产，这对保证工程的顺利进行有决定性的意义。混凝土系统的设计既要充分满足施工需要，又要有良好的经济效益。万家寨水利枢纽工程混凝土系统由拌和楼、水泥储运系统、砂石骨料预热系统（满足冬季施工要求）、外加剂系统和供风系统等组成。

（一）大坝混凝土拌和系统主要设备及其技术参数

万家寨水利枢纽工程混凝土拌和系统主要设备及其技术参数见表8-4。

表8-4　混凝土拌和系统主要设备及技术参数表

（二）大坝混凝土水泥系统

万家寨水利枢纽工程工地水泥库由袋装库和散装库两部分组成，以散装为主，袋装为辅。

（1）水泥日平均需用量。水泥储运设施的规模根据混凝土浇筑高峰月的水泥日平均需用量确定，水泥日平均需用量R 按下列公式计算。

R=Qq/M

式中：R 为水泥日平均需用量（t/d）；Q 为混凝土高峰时段月平均浇筑强度（m3/月），计划为7万～8万m3/月；q为每m3 混凝土中水泥的平均用量（t/m3），加掺合料时，取0.2 t/m3；M 为月工作天数，一般取25d。

（2）水泥库容。水泥库容量W 按下列公式计算。

W=nR

式中：W 为水泥库容量（t）；R 为水泥的日平均需用量（t/d）；n 为水泥的必要储备天数（d），万家寨水利枢纽工程的水泥是由中转站公路运输，n 取5～7d。

（3）水泥的储存设施。袋装水泥除直接使用外，需经拆包后进罐储存。散装水泥卸载后装在水泥罐内储存备用。

袋装水泥仓库面积的确定按下式确定：

S=W/（CK）

式中：S 为袋装水泥仓库面积（m2）；W 为袋装水泥储存量（t）；C 为每平方米储存水泥量（t/m2），当堆高1.5～1.8 m（10～12 袋）时，取1.5～2 t/m2；K 为仓库面积利用系数，一般可取0.6～0.7。

水泥库内设64m2 拆包间，水泥库的面积选为648 m2，净高4.5 m，库房位置干燥通风，地面设有防潮层。库内设有轴流式抽风机9 台、旋风式除尘器1 台、袋式除尘器1 台。

散装水泥库选用直径10m、容量1500t 水泥罐5 只。

（4）输送方式。万家寨水利枢纽工程水泥输送方式采用正压气力输送，该方式具有布置简单、灵活、维修工作量小，设备重量轻，土建工程量较少等优点。

（5）大坝混凝土水泥系统主要设备。水泥系统主要设备及其技术参数见表8-5。

表8-5　大坝混凝土水泥系统主要设备表

（6）运行效果分析。水泥的储运满足设计要求和高峰期水泥的需用量；水泥拆包间因未能采购到拆包机，仓式泵密封不好，泄露严重，基本没有利用；散装水泥卸灰能力为50 t/h；水泥输送系统，输送能力为40t/h；水泥罐袋式除尘效果好。

（三）大坝混凝土骨料预热系统

为保证大坝混凝土的冬季施工，大坝混凝土骨料预热系统是不可少的。骨料预热系统是由预热调节料仓和拌和楼料仓预热组成。预热调节料仓的容积是根据高峰期混凝土的浇筑强度4h 的需用量设计，其由特大石、大石、中石、小石和2 个砂仓组成。每个料仓有效容积1230 m3。

（1）工艺设计。给拌和楼输送骨料的工艺是，由48 号皮带将骨料运到预热调节料仓；然后由49 号、51 号皮带将骨料从预热调节料仓分别送入1 号拌和楼料仓；再由50 号、52号皮带送入2 号拌和楼料仓。

按规范要求，抛落高度5.0m 以上的成品骨料，对料场和储料仓，特大石和大石均要设缓降器，48 号皮带与仓底的高差为15.64m，因螺旋式缓降器骨料分离严重，所以选用了阶梯式缓降器，上下两个梯台的高差为750mm。

（2）运输皮带的主要技术参数。运输皮带的主要技术参数如表8-6。

表8-6　运输皮带主要技术参数表

（四）大坝混凝土外加剂系统

万家寨水利枢纽工程混凝土拌制所用的外加剂有DH3、SW1、JM-Ⅱ等，采用湿掺法，其浓度为20%。根据高峰期混凝土的浇筑强度，外加剂系统配置2 个8 m3 的化解池和3 个30 m3 的储液箱，其占地面积约为150 m2。外加剂的化解是通过锅炉房送到化解池的高温蒸汽加热和空压机房送的压缩空气搅拌进行的。一般化解的浓度较高，在储液箱内稀释成20%的溶液后送往拌和楼生产。外加剂配制能力为32 m3/d。满足高峰期7.75 万m3/月混凝土生产能力。

（五）大坝混凝土生产供风系统

供风系统主要任务是满足拌和楼混凝土拌制、水泥输送、外加剂生产的需要。其由空压机、冷却器、储器罐、气液分离器组成。

（1）压缩空气设备容量。压缩空气需要量包括压缩空气用户同时使用的风动机具耗风量和压气管网漏损。通过压缩空气需要量的计算，可确定压缩空气站的规模。(www.xing528.com)

压缩空气需用量Q 按下式计算：

Q=K1 K2 K3 Σnq K4 K5

式中：Q为压缩空气需用量（m3/min）；K1 为考虑空气压缩机效率降低及未计入的小量用风修正系数，一般取1.05～1.1；K2 为管网漏风修正系数，一般取1.1～1.3，管网长度长、附件多时取较大值；K3 为高程修正系数，一般取1.12；n为风动机具台数；q为每台风动机具耗风量（m3/min）；K4 为各种风动机具同时工作系数，一般取0.78；K5 为风动机具的修正系数，一般取1.1。

（2）空气压缩机的选型。根据单个用风机具的用风量和方便维护检修的特点，选用7台固定活塞式4L—8/20 型的空压机，总产气量为140 m3/min。

（3）站房及设备布置。根据地形及站房，空气压缩机组按单排布置，20 m3空气压缩机组之间或空气压缩机与辅助设备之间的通道不小于1.5m；20m3 空气压缩机组与墙之间的通道不小于1.2 m。站房分设2个机房，一个安装4台空气压缩机组，另一个安装3台空气压缩机组，两厂房面积分别为24m×9 m 和18m×9 m。

（4）空气压缩机的冷却。固定活塞式空压机多用水冷式，循环水冷式既方便又容易控制水的大小。循环水池的容积不小于1～2h 冷却水量。

根据每台4L-20/8空压机冷却水量为4.8 m3/h 和后冷却器的冷却水量为1 m3/h的要求，6台机组总需冷却水量为36 m3/h。空气压缩机冷却水的进水温度一般不超过30℃，出水温度不超过40℃、炎热地区短时间进水温度不得超过35 C。当地（7月）平均最高气温24.7℃，循环水池容积设计为5m×6m×2m。故选用2 台IS100-80-125、设计流量为60m3/h的水泵供冷却水。

（六）大坝混凝土预冷系统

万家寨地区为温带季风大陆性气候，夏季炎热干燥，日温差变化大，年平均气温为7℃，多年月（7月）平均最高气温24.7 C，日绝对最高气温为38.1℃。根据温控要求，混凝土出机口温度12℃，夏季混凝土浇筑强度为7.4 万m3/月。通过对骨料预冷、加冷水、加冰拌和混凝土，能满足混凝土出机口温度要求。

万家寨水利枢纽工程混凝土系统中制冷工程总容量为30248kW（标准工况），其中片冰系统2326 kW（标准工况），冷水系统291 kW（标准工况），冷风系统401kW（标准工况）。通过市场调查，方案比较、实地考察等工作，选择表8-7所示设备，并将制冷厂布置在左岸距拌和楼100.0m 处。

表8-7　万家寨水利枢纽工程混凝土系统制冷厂主要设备表

1.冷冻水氨系统

（1）工艺设计的原则。冷冻水氨系统工艺设计的基本原则有：

1）制冷量按照混凝土系统制冷总容量的要求进行；

2）结合万家寨现场实际地形，制冷厂布置在能缩短氨系统管路距离的地方；

3）氨系统首先应该满足生产工艺的需要，也要考虑经济，选用安全、可靠，并尽可能先进的工艺；

4）压缩机及辅助设备的布置应使边接管路最短，流向畅通并便于安装，设备管路上的压力表、温度计及其他仪表应设置在便于观察的地方；

5）厂内设备布置应保证操作、检验方便，并尽可能紧凑；压缩机应设于室内，其他辅助设备可设在室外或开式建筑中；

6）片冰机均按独立系统进行配套，以保证均匀稳定供氨液，简化调节和操作运行，提高灵活性及可靠性。

（2）工艺设计。冷冻水氨系统工艺设计的内容有：

1）冷冻水氨系统工艺采用直接膨胀供液系统，并采用单级压缩膨胀供液制冷系统；

2）制4 C的冷水，蒸发温度确定为-2 C；夏季万家寨的水温高达28℃，冷凝温度确定为32 C；

3）制冷剂选择为氨。

2.冷风、片冰氨系统

冷风、片冰氨系统的工艺均采用氨泵供液方法，此氨泵供液系统就是借助于液体输入设备——氨泵的机械力，完成向冷分配设备输送低压温冷剂任务的制冷系统，在氨泵供液制冷系统中，高压制冷剂液体被节流后进入低压缩循环储液器，再用氨泵送往蒸发器（冷风机或片冰机）。从蒸发器出来的气液两相流体，先后进入低压循环储液器进行气液分离，分离出来的气再次进入下一次循环，分离出来的液体被氨泵送向蒸发器，此种供液方法可使片冰机产量稳定，供液均匀可靠。

片冰系统是由片冰楼、输送胶带机、小冰库组成。片冰楼高11.0m，分三层布置，一楼为片冰的输送系统，二楼为冰库，三楼布置片冰机。片冰楼的冰库分别设有一台型号为LJ-200、蒸发面积为198m2 的冷风机，总制冷量为2×134.8kW，总风量为19980 m3/h；选用一台ABLG100Z 螺杆氨泵机组，制冷量为279.1kW。片冰机选用普陀制冷设备厂生产的PBL-2×110 型立式片冰机，共8 台。采用单配单工艺，每台片冰机的生产能力为30t/b，片冰厚1.5～2.0mm，出冰温度为-8～-11℃，制冷量225.8kW，要求进水温度5～8℃，所配的制冷机为ABLG100Z 螺杆氨泵机组。

对骨料进行预冷的冷风机共6 台，型号为KLZ-12-56-3.5，换热面积564m2。氨蒸发温度-10℃，风量3.5 万～5.1 万m3/min，每2 台冷风机配1 台JZB-KA12.5-12 螺杆氨泵机组。

加片冰和冷水进行拌制的混凝土出机温度控制在16℃以下。

（七）大坝混凝土拌和系统的供热设计

冬季混凝土出机温度要求在12℃以上，而万家寨地区冬季温度特别底，低温期一般在10月中旬到次年的3月底，在这期间进行混凝土拌制就需要骨料预热和温水拌制。在万家寨水利枢纽混凝土拌和系统中设有锅炉房，给拌和楼、骨料预热调节料仓，外加剂供热房。锅炉房占地面积为280m2，由1 台4t 和1 台2t 的蒸汽锅炉组成。

（1）供热系统主要设备。混凝土拌和系统的供热系统主要设备及型号见表8-8。

表8-8　混凝土拌和系统的供热系统主要设备表

（2）拌和楼采暖和骨料预热设计。拌和楼采暖使用DN100 的钢管制作的暖气片（规格2000mm×800mm）出料层4 片，搅拌层4 片，秤量层4 片。特大石，大石中石是通蒸汽交换器（交换面积160m2，温度100℃）和风机产生的热风来预热骨料的。小石和砂子是通过仓内的暖气排管加热的。在配料层原水箱旁设置了1 个6m3 的水箱，把暖气直接通入箱内加热。用阀门控制蒸汽的大小，待水温达到60℃时关闭蒸汽阀门。