超长水工构筑物砼结构施工工法 (2)

'超长水工构筑物砼结构施工工法中铁XX局集团XX公司一、前言由中铁XX局集团XX公司承建的云南省昆明市XXX引水供水工程净水厂工程设计规模为60万吨/d一次建设，在市政工程建设史上为数不多，水的净化处理工艺流程特点是利用地形自然高差，形成重力流型（节能型），在国内市政大型水厂建设中也为数不多，过滤池采用全国第一、亚洲第二的翻板气水反冲洗自动化技术装置，技术含量较高，水工构筑物百米以上超长超宽大型防水抗渗砼结构水池就有6座，池壁结构宽为150～200mm薄壁，总长为108m。砼设计强度等级为C25，抗渗等级为P6，且池体基础均处于微膨胀土地质条件中，我们在总结砼传统施工经验的基础上，借鉴国内大型净水厂的施工方法，制定了适合该工程砼水工构筑物特点的适度超前的技术方案，成功地开发了“超长水工构筑物综合施工技术”科研成果，解决了大型水工构筑物砼施工技术难题，较好地完成了平流沉淀池、滤池、清水池六大水工构筑物池体7万m3防水抗渗砼的浇筑，经满水试验，砼池体达到不渗、不裂、不漏之目的，经济效益和社会效益较为显著，总结多年水工构筑物砼结构施工经验昆明XXX净水厂工程的具体实例，形成本工法。二、工法特点1、超长超宽水工构筑物要达到抗渗抗裂的技术要求。2、地下水位高，对池体有抗浮技术要求。3、设计采用重力流施工工艺。4、优化砼配合比，内掺低碱微膨胀剂，砼水平施工缝处设置止水钢板，变形缝处设置橡胶止水带以减小结构连续长度，适当加密钢筋间距，提高了砼池体抗渗抗裂性能。5、55型扩大系列钢模板，三节（组合式）对拉螺杆，减少模板拼缝，提高拼模工效，增加清水砼外观观感质量。6、砼池体底板设置碎石和砂反滤层、盲沟、盲管排除地下水，周边设置排放明水边沟，形成地下排水网络系统，提高了池体抗浮能力。三、适用范围本工法成熟的技术可广泛应用于大型市政净水厂、污水厂砼构筑物工程，也可在其他建筑工程中推广应用，尤其适用于地下水位高的水工构筑物的施工。9 四、施工工艺原理工艺原理：利用正交设计方法进行砼配合比设计及优化，根据正交设计试验的强度结果进行极差分析，结合工程实际，取砼一次浇筑最高、最宽的池壁计算模板最大侧压力即最大承载力进行模板和对拉开螺杆设计，并对螺杆进行拉力检验。总结模拟试验水池相关的成功经验，进行推广应用。五、施工工艺(一)工艺流程(见图一)(二)抗渗泵送砼参数抗渗等级S6级水泥标号P·O·32.5(云南水泥厂生产的普通硅酸盐水泥)粗骨料最大直径≤40mm其含泥量（重量比）不得大于1.0%，泥块含量（重量计）不得大于0.5%，最大粒径与输送管径之比，当泵送高度＜50m时，碎石不应大于1:3。细骨料的含泥量不得大于3.0%，泥块含量不得大于1.0%。外加剂采用低碱微膨胀剂最小水泥用量（含掺合料）320Kg/m3。砂率宜为35%～40%，灰砂比宜为1:2～1:2.5。（采用中砂）通过0.315mm筛孔的颗粒含量不应小于15%，通过0.16mm筛孔的含量不应小于5%。最大水灰比为0.60砼坍落度宜为80～180mm试配要求的抗渗水压值应比设计值提高0.2MPa。池体抗浮模板支设加固系统工程砼配合比的优化砼用原材料的选择满水试验砼的养护砼水平施工缝及池体伸缩缝的设置原则及施工砼的浇筑与振捣方法法砼的搅拌与输送方案图一工艺流程图9 （三）施工要点1、池体抗浮施工期间地下水会对池体底板产生不均匀的浮力，达到一定的限度时可能会使池体产生一定的裂缝，造成池体漏水，为了防止池体产生不均匀的浮力，采取如下相应措施。①在砼底板下部设置400mm厚的砂石反滤层，并在反滤层下部埋设盲管通向池外排水沟，使地下水通过反滤层渗到盲沟的盲管内排向池外。反滤层为100mm厚中粗砂+200mm厚碎石（5～40mm）+100mm厚中粗砂，盲管是直径为325mm的多孔钢管，管外壁包裹双层钢滤网，滤网外包双层玻璃丝布，反滤层及盲管布置(见图二)。图二反滤层及盲管大样图②池体施工过程，在池体周边设置排水明沟与集水井的辅助措施排除地表明水，始终保持基坑地下水标高在底板砼垫层下。2、砼用原材料的选择①对于水泥的选取，原业主和设计意图砼用水泥全部采用P.O42.5云南水泥厂生产的国云牌水泥，根据我部多年砼施工经验，与砼施工有关规范标准，最小水泥用量规定320Kg/m3等有关因素，建议业主和设计将水泥标号由P.O.42.5调整为P.O.32.5，降低了一个标号，既符合抗渗砼最小水泥用量标准，又满足了泵送砼和易性要求。该水泥具有富余强度高，产品质量稳定等特点。②根据昆明地材的特点：在选取砂、石料时，由于当地无天然砂，开始时选用了机制砂和碎石，碎石规格为5～31.5mm，级配较好，且压碎指标小，质量较好。但机制砂级配一般，粗细不稳，且石粉含量高达8%左右，在初期浇筑沉淀池底板砼时，其砼强度虽能满足设计要求，但其和易性较差，表面易干缩，观感较差，不满足清水砼的观感要求。在反复进行市场调查的基础上，最后选定昆明安宁生产的水洗机制砂，该砂经检验级配良好，细度模数在2.7左右，含泥量1%，该砂的质量不仅稳定，而且符合抗渗清水砼配合比用砂质量要求。③9 为满足砼抗渗要求及砼自动计量，输送采用泵送砼工艺的特点，在砼中掺入了砼泵送剂和低碱微膨胀剂。微膨胀剂在砼中能够产生微膨胀，抵抗砼的收缩，使砼中产生一定的自应力，达到防渗抗裂的目的。3、砼配合比的优化我们在施工前期的技术准备阶段，经过大量市场调查，质量、价格比选，确定了砼配合比试配用原材料品种、规格、质量标准。根据所选取的原材料，我们利用正交设计方法进行砼配合比设计，并在上百次配合比试配基础上，多次优化施工用配合比，最终选择出最佳砼配合比，并根据正交设计试验的强度结果，经过极差分析，得出水泥用量和W/C是影响砼强度的重要因素，即水泥用量大，砼强度高，W/C越小，砼强度越高，再根据砼施工工艺要求，砼采取泵送方法施工，要求砼的坍落度和和易性必须满足泵送的要求，同时对抗渗砼中的最小水泥用量也须满足《普通砼配合比设计规程》JGJ/T55-96的有关要求。所以选择C25、P6砼的主要参数为：P.O32.5水泥的最小用量为317Kg/m3，W/C为0.57，砂率为45%，坍落度15cm，R28为33.9MPa。4、模板支设加固系统本工程水工构筑物多属超长超宽薄壁砼结构，具有如下特点：①池壁长度三大池均在100m以上共计6座。②砼池壁最薄为150mm，一般在200mm，最厚为450mm，尤为平流沉淀池每单元有两条200mm厚池壁，高4400mm，连续长度均在108m，共有这类池壁8条。③该结构池壁为满足抗裂要求，钢筋全部采用内外网片双向配筋，上下均设有加强钢筋及锁口筋，故池壁上口锁口筋水平间距仅有70～80mm可供砼灌注使用。④因该结构为抗渗砼，每个浇筑单元池壁模板必须一次性到位，并确保其整体性、牢固性、稳定性。⑤砼池壁部位预留孔洞、预埋套管较多，平流沉淀池配水花墙高4400mm，净跨5.9m，池壁厚400mm，每一跨墙布有250×250×400预留孔洞50个，共计800个。孔间横向净距550mm，纵向净距600mm。在总结多年支设经验的基础上，结合工程实际情况，砼质量的优劣为本工程质量先决条件，而模板工程是砼质量的关键，故相应采取如下措施：Ⅰ针对本工程自行设计加工制作55型扩大系列钢模板和三节组合式对拉螺杆系统，55型扩大系列钢模板，基本模数为600×1200、500×1500，面板厚度为3mm，背肋板厚度为4mm，板与板的连接采用点焊和满焊相结合。三节组合式对接螺杆由中杆、端杆、锥形螺母组合而成，中杆与端杆由锥形螺母进行连接，在中杆的中部设有50×50×3的止水片。9 Ⅱ针对平流沉淀池800个预留孔洞，经对一面池壁的配模设计，专门设计制作了200套适应250×250×400预留孔洞整体定型组合模板，为便于砼浇筑振捣，将预留孔洞模板两头均伸出与池壁模板模板外侧齐平，每单元200个孔洞为一浇筑段。Ⅲ根据工程特点，钢模板加固支撑采用先横后竖，48钢管双管双向600×600间距，斜撑配以满堂红排架综合支撑方法。（扫地杆与池壁两侧，钢筋地锚必设）5、砼的搅拌与输送方案为确保砼的质量与工作效率，结合工程实际，砼的搅拌采用电子自动计量装置上料，搅拌机自动拌合，砼的输送采用砼高压泵管道输送到池体浇筑面的方法进行。6、砼的浇筑与振捣方法对池壁厚度＞200mm的，砼的浇筑采用先座浆，串桶下料，分层厚度≤500mm，逐层振捣的方法。对砼池壁厚度≤200mm的，砼的浇筑采用先座浆，局部一次到顶，大斜坡分层浇筑分层振捣的方法。对平流沉淀池配水花墙砼的浇筑，采取细石砼配合比，一次将模板内砼灌满，而后分层振捣的方法。对预埋套管处的砼的浇筑，采取先浇套管处及两侧砼，浇至管顶处再与其它砼实行同步的浇筑方法。7、砼水平施工缝及池体伸缩缝的设置原则及施工依据工程设计要求，结合现场实际，池体底板处不设置砼水平施工缝；针对池壁与底板砼的浇筑方法，在浇筑底板砼时，将池体池壁上翻500mm（清水池上翻1100mm），处围绕池壁通长埋设止水钢板作为底板砼浇筑时的池壁水平施工缝，水平施工缝用3mm厚钢板压制而成，与钢筋焊成一体，钢板止水带布置详见图三，底板砼浇筑时先浇至1/2高，下次池壁浇筑时再从此处接浇。图三钢板止水带大样图图四橡胶止水带大样图9 池体伸缩缝一般在池体长度方向按35m左右设一道，并在缝内设置宽35cm的天然橡胶止水带嵌于砼中，将池体分割成若干自然段，在缝内橡胶止水带两侧增设851密封胶以增加此处的抗渗效果。橡胶止水带布置详见图四。钢板止水带、橡胶止水带、密封胶的设置，将整个砼池体连成一个整体，不但有效地防止了水的渗漏，而且有效地缓解了砼的收缩变形，避免了砼出现收缩裂缝和基础不均匀沉降而产生的裂纹。8、砼的养护砼灌注完毕初凝后，应及时加以覆盖并浇水养护，浇水次数以能保持砼表面湿润为度，浇水养护不应少于14d。①对于池体底板砼，水平面采取砼浇筑完毕收面后随即覆盖塑料薄膜，初凝后再及时覆盖两层麻袋并散水养护。②对于池体池壁砼，如条件允许，可暂缓拆除池壁钢模板，仅在池壁顶部覆盖麻袋并浇水养护（短期内钢模板保护对砼池壁的养护效果最佳）。如拆模后，则在池壁两侧、顶部挂设两层麻袋，浇水养护。9、满水试验满水试验流程(见图五)砼水工构筑物施工完毕后，需按设计要求进行满水试验。①合理划分满水试验区段。沉淀池按10万吨为一个满水试验对象，分四次完成2座沉淀池的满水试验。滤池先对清水渠、进水渠进行满水试验，而后对四个单元16个格同时进行满水试验。清水池以每座为一试验对象进行，分两次完成两座清水池的满水试验，其它小型水工构筑物均以座为试验对象进行满水试验。合理划分试验区段清理池内杂物安设蒸发箱及水位测计封堵预留孔洞分次注水分次观测合格泄水整理观察资料图五满水试验流程图9 ②满水试验具备条件Ⅰ池体的砼强度及抗渗标号达到设计要求的100%。Ⅱ池体处基坑回填土之前。Ⅲ池体的穿越套管均已封闭完成。Ⅳ对水池部分结构进行加固处理，以免注水过程中变形过大而造成池体破坏。③准备工作Ⅰ池体砼缺陷修补完毕。Ⅱ对拉螺杆孔堵塞完毕，施工缝处密封胶封堵完毕。Ⅲ沉降观察主体结构无不均匀沉降情况，并记录注水前各沉降观察点的初始高程值。Ⅳ池体内清扫完成。Ⅴ蒸发箱、水位测针在池壁指定部位安装完成就位工作。④水源、机械设备、测试仪器Ⅰ水引用松华坝水库储水。Ⅱ配制两台大功率离心泵（216m3/h），10台小功率潜水泵完成抽水工作。Ⅲ购置SCNM40型水位测针两个，（刻度长40cm，游标读数0.1mm，精度误差0.18mm）Ⅳ自制φ500mm、h=300mm、δ=3mm敞口钢板蒸发箱一个。Ⅴ沉降观察采用TPC-01水准仪，满足Ⅱ级沉降观测精度要求。⑤注水向池体内注水不论容积大小，注水过程均分三次进行，每次注入水的高度均为池壁设计水位的1/3。注水水位上升速度应≤2m/h，相邻两次注水时间应间隔≥24小时，以便池体砼吸收水份，满水试验注水程序(见图六)。⑥水位观测Ⅰ每次注水后宜测读24小时水位下降值，同时观察池体外壁砼表面和套管处有无渗漏情况，如无特殊情况方可继续注水。Ⅱ注水时采用钢卷尺读数控制水位，偏差±10mm。Ⅲ每次注水后测读间隔24小时后的水位下降值，并做好记录。Ⅳ池中水位注至设计水位24小时后，开始测读水位测针的初始读数，再间隔24小时后进行最终水位测针读数。Ⅴ测定水池水位时，同步测定蒸发箱中的水位。Ⅵ雨天时，不做满水渗水量的测读工作。9 水池底板1/3处水位测针读数≥24h充水测针读数数数数读读者数≥24h计算渗水量数数数读读者数≥24h充水2/3处水位测针读数测针读数数数数读读者数≥24h计算渗水量数数数读读者数≥24h充水设计水位测针读数测针读数数数数读读者数≥24h计算渗水量数数数读读者数≥24h图六满水试验注水程序图⑦计算根据测读的有关数据，认真进行计算，根据计算值判定池体渗水量是否满足规范及设计要求（钢筋砼水池允许渗水量≤2L/d·m2）六、劳动组织(见表一)劳动组织表一序号工种人数主要工作内容备注1搅拌站人员8人配料、搅拌、维修保养含电工1人2输送泵司机2人操纵输送泵3装载机司机2人配料4钢筋工100人钢筋加工、绑扎5模板工80人支设、维修模板6砼工40人装卸砼输送管道、灌注、捣固7测试工8人测量、控制砼配合比8工程师3人技术管理、工程资料9安全员2人现场安全检查10组织指挥2人搅拌、灌注调度指挥七、机具设备(见表二)主要机具设备表二序号名称规格单位数量备注1砼搅拌站HZ-500台2带自动计量装置2砼输送泵HBT60台23水泥储罐50T个24砼灌注振捣工具台209 八、质量控制1、砼搅拌设备及计量装置按规定定期进行维修保养并鉴定，经常保持良好状态，每工班使用前要例行检查一次。2、严格砂、碎石、水泥、钢筋、泵送剂、膨胀剂等原材料的质量检验，除砂、碎石应经常测定外，对水泥、钢筋泵送剂、膨胀剂等材料进场除应有产品质量合格证外，还应按抽检频率认真进行抽检，抽检合格方可使用，对砼配合比应由试验员负责或监督输入电脑，对泵送剂、膨胀剂的掺加采用制作专门器皿由专人负责，并挂牌标明配料用量。3、采用砼搅拌站自动进行计量，准确掌握砼配合比，使原材料的称量误差控制在规范允许范围内，每工班均需测定骨料的含水率，并及时调整砼施工配合比。砼施工过程还应随时测定并严格控制砼坍落度，既达到泵送砼的要求，又要保证砼的强度。4、为确保清水砼的观感质量，在支设钢模板时，模板缝间全部采用加厚海绵条或胶条，板面全部采用清机油涂刷，为确保模板的定位精度，一是支模时在池壁两侧底板砼面上弹设通长500mm控制线，以此控制模板垂直度及定位，二是采用三节式对拉螺杆及锥形螺母来控制池壁断面尺寸。5、为确保平流沉淀池A段配水花墙施工质量，一是针对配水花墙专门制作了四套钢模板系统，孔内模板采取外支方式，即孔模与池壁模齐平（每孔均为透明式），便于模板加固及砼灌注时观察振捣，二是砼采用细石砼配合比，且一次浇灌至顶，分层进行振捣。6、对于厚度≤200mm的池壁，砼的灌注方法则采取局部分层灌注到位，大面采取大斜坡薄层浇筑法推进。对于厚度＞200mm的池壁，砼的灌注方法坚持采用串桶下料，分层振捣加复振的浇筑法。针对砼分层下层砼的覆盖时间，则采用挂牌写明每部位覆盖时间及责任人，并严格执行管理人员旁站监督制度，确保砼浇筑质量。7、砼施工过程应严格按规范规定制作抗压、抗渗试件，并认真进行养护。8、严格施工全过程的自检—专检—监理报验终检制度，施工前方案预控，施工过程全面监控的质检制度。九、安全措施1、所有施工人员必须佩带安全帽，高空作业人员必须佩带安全带。2、机械及照明用电应有专职电工负责，非电工人员不得进行任何用电作业。3、搅拌站与管道终点（灌注地点）应设有电话或灯光信号联络装置，便于联系4、输送管在砼输送过程中，不得擅自拆卸管道。5、所有机械的维修保养，拆卸部件必须断电停机作业，以确保人身及机械安全9 十、技术经济分析该工程在建筑业和大型市政水厂工程中具有较为广泛的推广应用前景和应用价值，将既有的施工技术更加完善、成熟推进了一步。55扩大系列钢模板及对拉螺杆技术，既可在大型市政工程中推广应用，又可在其它建筑工程中推广应用，尤其适用于无垂直吊装设备的工程施工。砼配合比优化设计后的防水抗渗砼配合比，对云南省、昆明市建筑业起到了积极的推动作用。这项技术的研究成功，推动了模板技术和砼技术进步，也表明了我集团在此领域又上了一个新的平台。云南省、昆明市多家新闻媒体、报刊多次进行宣传报道，扩大了企业信誉，已完实物工程质量经昆明市市政工程质量监督站全面抽查，所检项目全部符合优良工程标准，总体评价为“在施工程总体质量创我市同类工程最好水平”。一次性直接经济效益价值209万元，其经济效益和社会效益显著。十一、工程实例2001年元月至2002年7月施工的云南省昆明市XXX引水供水工程净水厂工程设计总规模60万吨/d，100米以上超长超宽大型防水抗渗水工构筑物就有6座以上，①中凝来流淀池139.1×58.4m两座;池153.0×25m一座;清水池103.0×77m三座。抗渗砼总量为7万m3，砼设计强度等级为C25，抗渗等级为P6，池壁模板面积为15万m2，且池体基础均处于微膨胀地质条件中。②施工过程均采用本工法在六大池砼结构施工中进行，十分显著，主要施工完毕后，经对已完水工构筑物按设计要求进行了满水试验，池壁无裂缝、无渗水现象，达到了抗浮、抗裂、抗渗的目的，满足设计及规范要求，池体结构安全可靠，受到业主和设计单位的高度赞扬。9'