大型海水预处理水池施工技术研究

2020-08-29刘志刚

绿色环保建材 2020年8期

常锋刘志刚

中国电建集团河北工程有限公司

1 引言

海水预处理澄清池是海水预处理系统内建筑工程施工的重点和难点，文章以河北国华沧东发电厂工程海水预处理澄清池为例进行阐述，该工程地基采用深层搅拌桩复合地基，钢筋混凝土箱形结构水池，池体轴线为30800mm×38800mm，池底标高-3.6m，池顶标高7.6m，钢筋量约1050t，混凝土量约6200m3，结构采用防水混凝土，防水等级S8，上部建设大型门式钢结构厂房。该工程获“中国建筑工程鲁班奖”。

2 主要施工技术难点分析

（1）该工程位于沿海区域，混凝土结构受氯盐侵蚀作用，混凝土池体渗漏会使池体遭受反复冻融作用等多种因素可引发混凝土结构的耐久性劣化或失效，已至影响结构正常功能，进而造成巨大经济损失。混凝土耐久性主要取决于混凝土内部的渗透性和孔隙率，由于配合比设计或浇筑方案等不合理会导致混凝土密实度较差，即内部孔隙率较大，则接触的液体及气体渗入混凝土内的数量和深度都将增大，增加混凝土冻融、碳化及化学腐蚀的程度，甚至可能完全透水。故研究和解决混凝土耐久性的问题，首先要解决混凝土渗透，化学腐蚀的问题。

混凝土渗透问题分析：与混凝土接触的液体或气体主要通过混凝土内部的毛细孔道渗透，孔隙率越大，其渗透性更强，所以减小孔隙率改善混凝土内部孔结构以提高抗渗性，解决渗透问题的关键在于严格混凝土原材选择，控制混凝土配合比，优选浇筑方案，保证混凝土密实度。

化学腐蚀问题分析：海水预处理系统目的是去除地表海水中存在的泥沙、胶体等杂质，处理过程中不可避免地接触酸、碱和盐类侵蚀性物质，当此类有害物质渗透进入混凝土内部并与混凝土材料发生物理或化学反应后将使混凝土遭受到腐蚀，进而腐蚀钢筋，以至结构失效，为了解决此类化学腐蚀问题，提高结构的耐久性，在提高混凝土的密实度和抗渗性的基础上，在混凝土表面进行防腐设计及施工，以防止侵蚀性水的渗入和减少混凝土的溶蚀流失。

（2）该工程池壁一次浇筑高度8.5m，混凝土浇筑量约3000m3，池体内纵横9道墙体需与池壁同时浇筑，模板制作安装工程量大，怎样提高施工的工业化、机械化水平，降低劳动强度，节省劳动力，保证混凝土表面平整光洁，对模板的选择及方案设计提出了较高要求。

（3）该工程为结构复杂的大型箱形基础，不仅具有水池及预处理设备基础的使用功能，同时为上部钢结构的基础，地脚螺栓安装的精度直接影响上部钢结构安装的精度，直接承载着整个钢结构工程的安全和质量，如何保证预埋地脚螺栓的精度是此类复杂的大型水池结构施工的关键之一。

综上所述，池壁模板技术，钢结构预埋地脚螺栓精度控制，混凝土技术及防腐技术为大型预处理水池施工的关键技术，故文章将对此方面进行重点阐述。

3 池壁模板技术

3.1 池壁模板选择

池壁采用新型钢框胶合板大模板（以下简称：大模板）施工工艺，模板总重量轻，强度、刚度大，能提高施工的工业化、机械化水平，节省劳动力，施工速度快，工程质量好，混凝土表面平整光洁，符合国家的绿色环保政策。大模板面板选用15mm模胶合板，通过拉铆钉或自攻螺钉与特制钢框体连接。模板尺寸：600mm×2400mm，局部配合小模板。

3.2 池壁模板对拉螺栓计算〔2〕

新浇筑混凝土对模板的

侧压力标准值，按下列两式计算，并取较小值。

取较小值为标准值：44kN/m2。

荷载组合：F´=混凝土侧压力设计值+混凝土倾倒对模板的水平动荷载设计值=F1×分项系数×折减系数+混凝土倾倒对模板的水平动荷载设计值=44×1.2×0.9+2×1.4×0.9=47.52kN/m2+2.52 kN/m2≈51kN/m2。

试选用M20对拉螺栓，静截面面积225mm2。

（1）对拉螺栓的拉力：

（2）对拉螺栓的应力：

普通螺栓抗拉强度设计值。

故模板加固用对拉螺杆M20@1200×600分布来控制。

4 钢结构预埋地脚螺栓精度控制

钢结构预埋地脚螺栓精度控制关键是位置准确，支架体系强度、刚度及稳定性满足要求。地脚螺栓支架体系同模板体系互相独立，防止混凝土浇筑时模板的振动及变形对螺栓产生的影响。地脚螺栓安装架采用内支架（除横梁部位外）埋于池壁内。槽钢立柱与施工缝处预埋铁件焊接固定，根据螺栓截面、施工活荷载确定槽钢横梁截面规格尺寸以保证整体强度、刚度及稳定性。保证横梁水平是保证螺栓垂直的前提。将横纵两个方向投线于横梁上，并用钢钉打眼红漆圈出作为找正螺栓的依据。在横梁上焊T字形测量控制架，顶标高略高于螺栓，然后找正螺栓位置，考虑混凝土浇筑后的收缩，螺栓的安装标高高出设计标高10mm。螺栓位置和标高找正后将垫片点焊于横梁上，最后利用经纬仪、水准仪进行螺栓位置及标高的检查验收，合格后浇筑混凝土。

5 混凝土技术

5.1 混凝土原材选择

为保证混凝土的防腐、抗渗性能，经混凝土配合比设计及试配后确定混凝土骨料及外加剂为：普42.5水泥，中砂，5mm～25mm石子，SRA-Ⅱ防腐剂及ZY膨胀剂。池底中间部位设置混凝土加强带，加强带外侧用小膨胀剂混凝土（外侧掺ZY膨胀剂7%～8%）。加强带为用大膨胀混凝土（加强带外内掺9%～10%），混凝土等级提高一个强度等级，并尽量减少水灰比，水灰比≤0.50。

5.2 混凝土浇筑

该工程池壁一次浇筑高度8.5m，混凝土浇筑量约3000m3，池体内纵横9道墙体需与池壁同时浇筑，采用斜面分层法进行浇筑，为保证混凝土连续浇筑，主要机械配置：混凝土泵车4台，其中臂架长度42m，52m各两台，10m3混凝土罐车10辆。池壁混凝土由两台52m泵车从一点向相反方向进行浇筑，两台42m泵车负责池壁内板墙及连梁混凝土浇筑，局部平臂吊配合浇筑。

确保上层混凝土浇灌在下层混凝土初凝前完成。混凝土振捣采用12根插入式振捣棒振捣，振捣时每棒间距不大于500mm，梅花状分布，振捣时间20s～30s，以混凝土表面不再显著下沉、无气泡冒出、表面泛出水泥浆为宜。保证做到不过振、不漏振。混凝土振捣棒应伸入下层混凝土5cm左右，浇筑严禁“多点开花”，采用泵车浇筑为主，局部塔吊配合浇筑。

5.3 混凝土养护

澄清池底板及部分设备基础为大体积混凝土，加强施工中的温度控制：在混凝土浇筑之后，做好混凝土的保温保湿养护，缓缓降温，充分发挥徐变特性，减低温度应力。加强测温和温度监测与管理，随时控制混凝土内的温度变化，内外温差控制在25℃以内，基面温差和基底面温差均控制在20℃以内。在结构完成后及时回填土，避免其侧面长期暴露。在基础中心线上距底板150mm处及基础中心预埋测温管引出测温导线,在混凝土表面再设一测温探头。在大体积混凝土施工中，必须考虑温度应力的影响，并设法降低混凝土内部的最高温度，减小其内外温差。温度应力的大小，又涉及结构物的平面尺寸、结构厚度、约束条件、含钢量、混凝土的各种组合材料的特征等多种因素。所以，必须采用温度差和温度应力双控制的方法以确保混凝土的质量。以澄清池设备基础为例进行阐述，选用混凝土表面覆盖一层塑料布之上覆盖一层棉被然后再覆盖一层塑料布的养护措施。

5.3.1 温度差控制

水泥水化热引起的混凝土最高温升值计算：

取最大值66.16℃约为66.2℃。

混凝土表面温度计算。

温度差计算ΔT。

混凝土中心温度与表面温度之差：ΔT=66.2-46.3=19.9℃＜25℃

所以从温度差角度上(混凝土表面覆盖一层塑料布之上覆盖一层棉被然后再覆盖一层塑料布)满足防裂要求。

5.3.2 温度应力控制

式中：

σ——混凝土的温度（包括收缩）应力（N/mm2）；

E（t）——混凝土的弹性模量（N/mm2），一般取平均值；

α——混凝土的线性膨胀系数，取10×10-6（1/℃）；

S（t）——考虑徐变影响的松弛系数，一般取0.3～0.6；

R——混凝土的外约束系数，当为岩石地基时，R=1，当为可滑动的垫层时，R=0，一般土地基取0.25～0.5。

按3天龄期查表计算，温度应力为：σ Ft（3）=0.8×2×（lg3）2/3=0.98N/mm2（大于温度应力，故满足要求）

按5天龄期查表计算，温度应力为：σ=0.76N/mm2Ft（5）=0.8×2×（lg5）2/3=1.26mm2（大于温度应力，故满足要求）

按7d龄期查表计算，温度应力为：σ=0.96N/mm2Ft（7）=0.8×2×（lg7）2/3=1.43mm2（大于温度应力，故满足要求）

按15d龄期查表计算，温度应力为：σ=1.5N/mm2Ft（15）=0.8×2×（lg15）2/3=1.78N/mm2（大于温度应力，故满足要求）

故可控制裂缝出现，采用混凝土表面覆盖一层塑料布之上覆盖一层棉被然后再覆盖一层塑料布的方法，混凝土养护工作在混凝土终凝后应立即进行。

6 防腐技术

根据工程所在地环境条件及工程要求，池体防腐采用PEGR-N/YE环氧玻璃钢防腐：池底5mm，池壁、顶板（包括梁侧面、底面）3mm厚，防腐面积约4000m2。施工工艺流程及方案：基层处理→刷锚固底胶层→刷环氧树脂胶泥1mm→粘贴0.2mm聚碳酸酯网格布10-12层→面层0.2mm聚碳酸酯粘2层。

首先用磨光机将模板拼缝处混凝土磨平，将突出混凝土表面对拉螺栓用角磨机磨平，并刷防锈漆处理。将凹陷部位用砂浆抹面找平。然后用软毛刷将混凝土表面清理干净。视底部情况，可增加一道水泥砂浆找平层，收面压光，然后，用毛刷、滚筒蘸打底料在基层上进行二次打底，打底后采用间断粘贴法进行玻璃布粘贴，粘贴顺序先池壁后池底，搭接宽度不小于50mm，各层搭接缝应互相错开。铺贴时玻璃布不要拉得太紧，达到基本平衡即可，在涂布上涂刷胶结剂一层，待其初步固化后，不沾手时，再铺贴第二层依次类推，最后涂刷面层料，面层料要求有良好的耐磨性和耐腐蚀性，表面要光洁。