浅谈大型空分冷箱基础施工质量控制

杨文远

惠生工程（中国）有限公司 上海 201203

福建申远二期40 万t/ a 聚酰胺一体化项目空分装置，其冷箱基础由混凝土垫层、钢筋混凝土承台、钢筋混凝土基础、防水槽、通风管和珠光砂混凝土等部分组成。该基础混凝土垫层为C20 素混凝土；基础混凝土采用防渗抗冻混凝土，强度等级C40，水胶比不大于0.4，防渗等级不小于P12，抗冻等级不小于D100；防水砂浆为1∶2 水泥砂浆中加入3%～5%的防水剂，水泥为425# —525# 普通硅酸盐水泥；钢筋采用HPB300、HRB400 级。基础平面尺寸为26.4m×23.2m（不规则平面），基础混凝土浇筑方量约为1300m3。防水槽采用2mm 不锈钢钢板制作，展开面积约为650m2。

1 施工程序

冷箱基础施工程序如下：定位放线→土方开挖→基础垫层施工→- 2.2～- 1.2m 基础钢筋施工→模板安装→- 2.2～- 1.2m 混凝土浇筑→不锈钢防水槽安装→通风管安装→- 1.2～+0.9m 钢筋施工→模板安装→预埋螺栓施工→- 1.2～+0.9m 混凝土浇筑→20mm 防水水泥砂浆施工→300mm 珠光砂混凝土施工→基础外表面防腐→土方回填→交付安装。

2 施工质量控制要点

冷箱基础关键施工质量控制工序见表1。

表1 关键施工质量控制工序

2.1 大体积混凝土施工质量控制

2.1.1 混凝土拌制及运输

混凝土拌制时应采取措施控制升温，并一次控制附加水量，减小坍落度损失，减少塑性收缩开裂。在混凝土拌制及运输过程中采取以下措施：

（1）使用减水剂或以粉煤灰取代部分水泥以减小水泥用量，同时在混凝土浇筑条件允许的情况下增大骨料粒径。

（2）添加高效减水剂，使其产生的拌合物坍落度维持在2h。高效减水剂还能够减少拌合过程中骨料颗粒之间的摩擦，减缓拌合筒中的热积聚。

（3）向骨料堆中洒水，降低混凝土骨料温度。如有条件用地下水或井水喷洒，冷却效果更好。

（4）在炎热季节施工时，可以用冷水或冰块来代替部分拌合水。

（5）混凝土拌合物运输距离如果较长，可采用缓凝剂控制混凝土凝结时间，但注意缓凝剂的掺量要合理。

2.1.2 混凝土浇筑和修整

在炎热气候条件下浇筑混凝土时，要求配备足够的人力、设备和机具，便于及时应对突发情况：

（1）检测运到工地上混凝土的坍落度，随时要求搅拌站予以调节；

（2）夏季混凝土施工时，振动设备较易发热损坏，因此要准备好备用振动器；

（3）与混凝土接触的各种工具、设备和材料，如浇筑溜槽、泵管、钢筋等，不要直接受到阳光曝晒，必要时应洒水冷却；

（4）夏季浇筑混凝土应精心计划，并应连续、快速浇筑。混凝土表面如有泌水时，要及时进行修整，并通过表面喷水或防风措施降低表面蒸发速度。

2.1.3 混凝土养护

夏季浇筑的混凝土，如养护不当，会造成其强度降低或表面出现塑性收缩裂缝，因此必须加强对混凝土的养护。浇筑完成后，必须进行二次收面，并进行初凝后蓄水全面养护。

2.2 防水槽制作安装质量控制

防水槽采用2mm 厚不锈钢冷轧卷板焊制，不锈钢板材质为304。焊接采用氩弧焊工艺，焊丝采用H08Cr21Ni10，防水钢板转角位置各500mm 范围内不得拼接。

2.2.1 防水槽施工工艺

（1）配板下料：不锈钢板板宽1220mm，根据设计图纸防水槽尺寸进行排版下料，防水槽排版图见图1（图中单位mm）。板材采用折边机对板材进行折边，折边宽度为30mm，焊接位置为折边后对接平焊和立焊。

图1 防水槽排版图

（2）水槽拼焊：因水槽壁薄、面积大，故水槽拼焊不采用预制形式制作。待基础防水砂浆面层施工完成后，在基础上面拼焊安装。此施工方法可解决提前预制后吊装导致水槽变形的问题，并且现场拼焊安装节省了大批水槽内支撑及壁板龙骨材料。

（3）焊接要求：焊丝应储存在干燥、通风良好的焊材室内，焊丝使用前应光亮、无油污。由于板材厚度只有2mm，焊接要求一次成型。当风速超过2m/ s，应停止焊接作业或采取防风措施。焊接区域相对湿度应不高于90%。

2.2.2 主要焊接缺陷与控制措施

（1）焊缝金属裂纹

缺陷形成原因：焊缝深宽比过大；焊道过窄；焊缝末端冷却快。

控制措施：增大焊接电弧电压，减小焊接电流；减慢焊接速度；适当填充弧坑。

（2）夹渣

缺陷形成原因：采用多道焊短路电弧；过快的行走速度。

控制措施：仔细清理渣壳；减小行走速度，提高电弧电压。

（3）气孔

缺陷形成原因：保护气体覆盖不足；焊丝污染、工件污染；电弧电压过高；喷嘴与工件距离过远。

控制措施：增加气体流量，清除喷嘴内的飞溅，减小工件到喷嘴的距离；清除焊丝上的润滑剂；清除工件上的油锈等杂物；减小电压、减小焊丝的伸出长度。

（4）未熔合

缺陷形成原因：焊缝区有氧化皮和锈蚀；热输入不足；焊接熔池过大；接头设计不合理。

控制措施：仔细清理氧化皮和锈蚀；提高送丝速度和电弧电压，降低焊接速度；采用摆动技术时应在靠近坡口面的边缘停留，焊丝应指向熔池前沿；坡口角度应足够大，以便减小焊丝伸出长度，使电弧直接加热熔池底部。

2.3 珠光砂混凝土施工质量控制

2.3.1 珠光砂混凝土配合比

珠光砂混凝土配合比不同于普通混凝土配合比。珠光砂混凝土以珠光砂、中砂为骨料，普通水泥为胶结材料，加入外加剂拌制而成，其强度和导热系数是两个相互制约的指标，且这两个指标又和珠光砂混凝土密度有直接关系。混凝土强度直接和水泥用量的大小有关，水泥用量大，强度亦大，而水泥含量对导热系数的影响十分敏感。因此，搅拌前需与厂家共同进行试配，按照设计要求的配比，经过现场实际试配后确定配合比。

2.3.2 拌制投料顺序及时间

（1）加入中砂→加入水泥搅拌→加入水→搅拌均匀约2min→加入外加剂拌制30s→加入珠光砂，拌制均匀即停卸料。

（2）整个过程持续4～5min，达到均匀即混凝土颜色一致、珠光砂不露白、外观松散如豆渣、手握成团而基本不泌浆为宜。珠光砂混凝土坍落度不宜过大，应控制在30～50mm。

2.3.3 运输

由于珠光砂与水泥比重不同，在运输过程中容易产生离析现象，所以珠光砂混凝土必须在30min 内入模。

2.3.4 虚铺厚度及浇注顺序

设计厚度为300mm，而珠光砂混凝土的虚铺厚度为380mm，虚铺厚度与设计厚度比值约为1.28。浇注沿纵向从一端起一次性连续浇注。

2.3.5 振捣

用竹片（或片状物）依次插捣，先用2m 水平刮尺粗平，再用木板或平头铁锹拍实（由虚铺的380mm 厚拍至300mm 即可）。

2.3.6 抹面

珠光砂混凝土浇注完毕后，用木抹子将表面精平，不需要压光。

2.3.7 养护

珠光砂混凝土终凝后覆盖黑棉毡、油布保温保湿，养护期不少于7d。

2.3.8 其他注意事项

（1）该混凝土施工、养护温度须不小于5℃，养护温度严禁高于80℃。严禁使用震动棒振捣，严禁用刀片式搅拌机拌制，确保珠光砂完好。浇注时要做好防水、防雨措施。

（2）为保证珠光砂粒径不被破坏，运输和存放过程中要防止挤压，以免颗粒破碎，并要避免受潮。珠光砂混凝土风干后，才能进行防水层施工。

（3）混凝土浇筑应留置3 种试块：恒重检验试块、抗压试块和导热系数试块。

3 其他施工质量控制措施

3.1 通风管质量控制

（1）通风管采用φ219mm×6mm 镀锌钢管制作。通风管布置时，不得与预埋地脚螺栓位置冲突，必要时可进行通风管的间隔尺寸调整。通风管的焊制须满足现行的国家规范及行业要求。

（2）预埋通风管共8 根，其中长度16.3m 的4 根，长度22.8m 的4 根。通风管在混凝土浇筑过程中易发生位移、下沉、上浮、左右移动等情况，为确保预埋位置准确，通风管两端应固定在基础壁钢筋上，防止移位。每根通风管下采用角钢制成的工字型支撑等距布置，并与通风管点焊。

3.2 冷却水管安装质量控制

由计算得出6d 龄期混凝土内部温差引起的拉应力大于该龄期内混凝土拉抗强度值，所以采用布置循环冷却水管的方式进行混凝土内部降温。埋设冷却水管可有效降低混凝土内部温度，进而降低混凝土内外温差，是避免产生裂缝的有效措施。

3.2.1 冷却水管的布置

冷却水管采用DN50mm×2.5mm 镀锌钢管，根据承台的厚度，第一次浇筑铺设单层冷却水管，第二次浇筑铺设双层冷却水管，冷却水管进口连接至指定的给水井，出口排水至基础附近的排水坑内。冷却水管网平行于承台上表面布设在承台中，同层冷却水管间距0.8m，并相互连通；四周距承台板侧面0.5m，进、出水口需引出混凝土面1m 以上。降温冷却水管平面及立面布置如图2 和图3 所示。

图2 降温冷却水管平面布置图

图3 降温冷却水管立面布置图

3.2.2 冷却水管的安装

在绑扎承台中间层钢筋网后放置冷却管。布管时，水管要与承台基础主筋错开。当局部管段错开有困难时，要适当移动水管的位置。水管要与钢筋骨架或架立钢筋绑扎牢靠，防止混凝土浇筑过程中水管变形或接头脱落而发生堵水或漏水。

3.2.3 通水冷却

冷却水管被浇筑的混凝土覆盖并振捣完毕，即可进行冷却水管内通水。冷却水的流量控制在4～6m3/ h。冷却水管进水采用带压施工用水，出口接至厂外排水井。降温水管使用完成后从混凝土边缘切除，并在切口处向里注浆，封死端口。

3.3 养护措施

（1）养护程序：混凝土初凝后→浇水湿润→用一到二层塑料薄膜盖上→覆盖两层湿润棉毡或毛被。

（2）混凝土在浇筑完毕后的12h 以内，覆盖并洒水保湿养护，养护覆盖采用一层薄膜加一层棉毡的方式。要求薄膜搭接不小于150mm，保温被搭接不小于100mm。墙柱插筋之间狭小空间必须特别注意保温措施，可用条形薄膜加以覆盖后，再加盖保温被，确保柱插筋薄弱环节处的保温工作。本工程混凝土中掺加了缓凝剂，浇水养护时间不得少于14d。

（3）混凝土强度达到1.2MPa 之前，不得上料、上机具及上脚手架等作业。基础底板保温养护期间，应加强现场安全防火管理，施工区严禁烟火，确保保温措施自始至终起到养护作用，严禁随意掀开保温被。

（4）在保温养护期间，因后续工作需要必须揭开保温层时，只宜局部进行，并且在工作完成后及时恢复。当混凝土内外温差和降温速度超过温控指标时，及时加盖备用塑料薄膜和草袋。

3.4 温度监测

底板测温区导线布设位置如图4 所示。

图4 测温导线布设位置示意图

（1）基础内共布置9 组测温导线。测温管平面间距约为4m，基础外侧测温导线预埋距基础边0.4m，顶部、底部两个测温点距底板、顶板面各200mm。此外，大气中布设2 个测温点，以比较混凝土表面温度与大气温度之差。

（2）每组测温导线长度分别为2.1m、1.2m、0.4m，测温导线伸出底板表面200mm。测温从浇筑后12h 开始，温升阶段（前5d）每2h 测温一次，降温阶段（第6d 以后）每6h 测温一次，共测温14d。同时测量大气温度，并对测出的数据及时整理和分析，当混凝土内温差超过15℃时覆盖保温层，温差超过20℃时覆盖第二层。

（3）混凝土表面温度与大气温度接近、大气温度与混凝土中心温差不大于25℃时解除保温，停止测温。

3.5 其他措施

（1）考虑本工程的基础体积较大，混凝土浇筑期间环境温度较高，为保证混凝土浇筑过程中不产生冷缝，混凝土浇筑采用2 台泵车，每车砼浇筑时间为10min，并配套8 台混凝土罐车轮转。

（2）为防止混凝土浇筑过程中出现机械事故，浇筑时另联系1 台砼泵车及2 台罐车备用。在混凝土浇筑时，现场按照两个大班换班作业。

4 结语

（1）空分装置冷箱基础施工工序多，质量控制环节多，施工及质量控制有一定难度。通过以上相关施工质量控制措施的有效应用，解决了该基础混凝土施工中常见的质量问题。尤其是独特的防水槽及珠光砂混凝土施工质量控制措施，在实际工程运用中得到验证，方法行之有效。

（2）采用基础内部冷却降温及养护等措施，有效控制了混凝土温度裂缝的产生。实际工程中基础未出现超规范的裂缝。

（3）该项目空分冷箱基础施工质量受控，保证了冷箱基础的施工质量，为下一阶段冷箱设备安装打下良好基础。