高寒地区钢筋混凝土井塔冬期快速施工工法

高寒地区钢筋混凝土井塔冬期快速施工工法1.前言西北高寒地区冬期混凝土工程易受冻害、施工速度慢，造成建设周期较长，成为目前急需解决的问题。针对此问题，中煤建筑安装工程集团有限公司成立了课题小组，开展超低温气候条件下钢筋混凝土井塔冬期快速施工技术研究，并在实践中不断完善和提高，总结出高寒地区钢筋混凝土井塔冬期快速施工工法，其关键技术为负温混凝土等施工技术与井塔快速施工技术的综合应用，保证了高寒地区冬期混凝土施工质量，同时提高了施工速度，缩短了工程建设周期，降低了施工成本。该工法关键技术经煤炭信息研究院查新表明，国内未见相关技术报道，2020年10月《高寒地区井塔工程冬期快速施工综合技术》通过中国煤炭建设协会科技成果鉴定，技术达到国内领先水平。该工法先后在扎赉诺尔煤业有限责任公司灵东矿副井井塔工程、吉林八宝煤业有限责任公司矿井主井井塔工程、内蒙古上海庙矿业有限责任公司新上海一号煤矿副井井塔工程中得到成功应用,取得了良好的经济效益和社会效益。2.工法特点2.1通过负温养护混凝土的配合比设计、混凝土配制过程中保温、加热等技术的应用，确保混凝土出机入模温度不低于规范要求，以保证在负温养护条件下混凝土质量。2.2通过混凝土复合保温墙、热模养护和红外线加热等技术的综合应用，提高混凝土早期强度，确保混凝土在允许时间内达到抗冻临界强度。2.3通过采用负温条件下混凝土施工技术、“滑多打一”滑模技术的配套应用，减少停滑次数，加快了施工速度，缩短了高寒地区钢筋混凝土井塔工程建设周期。3.适用范围本工法适用于高寒地区钢筋混凝土井塔工程及类似结构工程的冬期快速施工。4.工艺原理通过对负温混凝土配合比进行设计，在混凝土搅拌、运输、浇筑、养护过程中采用系列施工技术，保证了在超低温条件下混凝土质量，突破了在高寒地区冬期混凝土施工的局限。通过将“滑多打一”的滑模施工技术和负温混凝土施工技术综合使用，实现了高寒地区冬期钢筋混凝土井塔的快速、安全施工。5.施工工艺流程及操作要点5.1负温混凝土施工工艺流程负温混凝土施工工艺流程见图5.1-1负温混凝土试配负温混凝土试配原材料加热、保温混凝土热搅拌混凝土入模滑多打一混凝土养护循环施工混凝土质量验收图5.1-1主要工艺流程图5.2操作要点5.2.1滑模施工工艺1.工艺流程滑模施工工艺流程见图5.2.1-1滑模组装滑模组装模板内钢筋绑扎滑升至设计标高正常滑升混凝土浇筑拌温度控制空滑处理施工准备浇初滑混凝土初滑后检查和调整钢筋绑扎重复滑升→平台结构施工工艺楼层平台结构施工高平台拆除高施工结束高其他楼层平台结构施工图5.2.1-1滑模工艺流程图2.操作要点1）井塔外壁用液压滑升模板施工，滑模平台采用桁架式操作平台。2）操作平台系统设计和模板系统设计按《滑动模板工程技术规范》GB50113-2005设计。3）滑模过程中采用内外双控观测方法，每班观测两次并将信息反馈给平台指挥，及时掌握井壁的倾斜与扭转情况，便于采取纠偏、纠扭措施。4）滑模施工纠偏、纠扭措施当垂直偏差超过5mm，扭转超过10mm时，及时查找原因，采取如下纠正方法防止偏扭继续发展，并最终将偏扭控制在规定范围之内：爬杆导向调整法对千斤顶的支承杆施加一定的外力，使千斤顶支承杆产生与平台偏移方向相反的倾角，利用支承杆对模板与滑升结构之间依存导向关系，使操作平台沿支承杆倾角方向进行纠扭滑升，以达到导向纠扭的目的。或在滑升千斤顶底座下，在扭转反方向一侧垫楔形铁片，使千斤顶与支承杆同时产生导向倾角，达到纠扭的目的。平台倾斜法将一侧千斤顶升高，使操作平台倾斜（倾斜度控制在1%以内）。每次抬高不超过两个行程，抬高后滑升1～2个浇筑层，然后观测平台回复情况，如此反复直到恢复正确位置。外力调整法当产生扭转较大时，在筒壁上等距布置2～４个导链，使千斤顶与支承杆同时产生导向转角，随着模板的滑升，达到纠扭的目的。5.2.2负温混凝土配制技术1.工艺流程负温混凝土配制流程见图5.2.2-1。优选防冻剂优选防冻剂混凝土配合比设计模拟负温养护调整合格不合格生成配合比试验图5.2.2-1负温混凝土配制流程图2.操作要点1）水泥的选择，从混凝土当量温度与水泥的关系，水泥的水化热量等方面考虑，选择普通硅酸盐水泥作为配制混凝土所用水泥。2）选定高效防冻外加剂，有效提高混凝土的性能，确保混凝土在负温的情况下的强度安全，防冻剂应考虑腐蚀危害。3）进行了负温混凝土配比设计，并按照设计负温养护条件进行养护和强度试验，经反复试验，确定施工所用混凝土配合比。5.2.3负温混凝土出机入模温度控制技术1.工艺流程负温混凝土温度控制流程见图5.2.3-1。砂石原材料加热砂石原材料加热混凝土入模混凝土搅拌混凝土出机混凝土运输混凝土出模混凝土养护搅拌温度大于15℃出机温度大于10℃运输过程中保温入模温度大于6℃温度：砂石≥5℃，水泥≥5℃负温养护技术保证混凝土强度增长图5.2.3-1负温混凝土温度控制流程图2.操作要点1）混凝土原材料温度控制技术：搅拌前先用热水冲洗搅拌机，混凝土搅拌时间取常温搅拌时间的1.5倍并不少于180秒，混凝土要充分搅拌后再卸料。2）搅拌好的混凝土尽量缩短混凝土的水平运距,垂直运输采用塔吊立即吊运至工作面，混凝土运输设施均采用聚苯板等保温材料进行覆盖保温，经热工计算确定，确保混凝土出机温度不低于10℃，入模温度不低于6℃。3）混凝土的浇筑：混凝土在接料台的放置时间不得过长，应随拌随用，防止温度过快下降而降低混凝土的入模温度。停滑时及时采用棉被覆盖混凝土表面保水保温，避免混凝土受冻，影响混凝土的成型强度及质量。5.2.4负温混凝土养护技术1.工艺流程负温混凝土养护技术流程见图5.2.4-1热模养护复合保温墙热模养护复合保温墙红外线养护掺防冻剂负温混凝土强度表面涂刷养护液对原材料加热，热搅拌，运输保温等手段控制混凝土入模温度负温混凝土强度达标50mm厚混凝土保护层强度30小时内强度大于5MPa混凝土表面保温和保水负温情况下混凝土强度继续增长确保混凝土中水泥能正常水化热2.操作要点1）混凝土复合保温墙：在混凝土井筒结构的外侧设膨胀珍珠岩保温板及混凝土保护层，在墙体滑模施工中一次性浇筑完成，使工程中结构混凝土与井壁外侧寒冷天气完全隔离并起到保温保水作用。混凝土复合保温墙断面见图5.2.4-21—内衬模板；2—结构层；3—保温材料；4—50mm混凝土保护层；5—外侧模板图5.2.4-2混凝土复合保温墙断面2）热模养护：在钢模板的外侧敷设热水循环管路，再外包EPS防火聚苯保温板，滑模装置外挂高防火帆布，形成较为封闭保温环境，使钢模板始终保持正温条件，避免入模后的混凝土急速降温，同时使成型后的混凝土初期养护保持在一定正温下，混凝土前期强度增长迅速。3）红外线加热、养护液等养护：在滑模平台外吊架下挂设红外辐射加热器加热保温，利用薄壁结构在此环境里具有升温快、强度增长的特点，短时间内使混凝土达到抗冻临界强度。混凝土出模后在其外表面刷养护液增强保水效果。内部设置多个自制火炉、蒸汽环管采暖系统，提高内部环境温度。平台混凝土采用覆膜通蒸汽进行养护。井塔外墙防风及保温设施见图5.2.4-3。1—防护栏杆；2—开字架；3—热水盘管；4—50mm厚耐火阻燃聚苯板；5—平台覆盖保温；6—防火帆布；7—红外辐射取暖器，间距1-1.5m；8—帆布围帘保温8m高；9—内部加热源；10—蒸汽管环内壁布置加热图5.2.4-3井塔外墙保温防风措施示意图5.2.5“滑多打一”快速提升技术1.工艺流程“滑多打一”快速提升技术流程见图5.2.5-1。平台施工平台施工中间平台施工多层连续滑升循环施工图5.2.5-1“滑多打一”快速提升技术流程2.操作要点1）“滑多打一”即为“滑二打一”或“滑三打一”，具体是在滑模过程中间隔一层或两层平台选择停滑点，减少停滑次数的方法，间隔层预留板槽及梁窝。2）采用外壁滑模施工的同时进行内部平台的施工，与常规“打一滑一”方法相比，加快了施工速度，缩短了工期。5.2.6劳动力安排劳动力组织情况见表5.2.6-1。表5.2.6-1劳动组织表序号单项工程所需人数备注1管理人员10现场施工管理2滑模组装人员15滑模机具组装3混凝土搅拌及运输人员10混凝土原材料及搅拌温度控制4混凝土养护设备安装人员10负温混凝土养护设备安装5木工20安装支撑杆、预埋件布置6钢筋工30钢筋绑扎7混凝土工20混凝土施工8抹灰工10混凝土出模修整9架子工8搭设上人爬梯10其他配合人员20配合滑模施工6.材料与设备6.1防冻材料采用的防冻材料见表6.1-1。表6.1-1防冻材料表序号名称规格数量备注1膨胀珍珠岩保温板50mm厚1000m22高效早强型复合防冻剂FDJ2.8吨6.2施工设备采用的机械设备见表6.2-1。表6.2-1机械设备一览表序号机具名称型号单位数量使用部位1塔吊HZ60台1垂直运输2搅拌机JS750台1混凝土搅拌3配料机PLDI2001台1混凝土搅拌4装载机XG951辆1混凝土原材料运输5混凝土泵车台1混凝土运输6弯曲机GW40台2钢筋加工7调直机K03-15台1钢筋加工8切断机GQ50B台2钢筋加工9电焊机BX3-630台4钢筋焊接及预埋件加固12滑模提升液压系统套2滑模平台13氧气焊设备套1滑模平台14红外线加热系统套1滑模平台15热水循环管路系统套1滑模平台7.质量控制7.1工程质量控制标准7.1.1混凝土施工质量控制1.《混凝土结构施工质量验收规范》GB50204-2002（2011版）。2.《建筑工程冬期施工规程》JGJ104-2011。3.混凝土中掺用外加剂的质量及技术应符合国家现行标准《混凝土外加剂》GB8076-2008及《混凝土外加剂应用技术规范》GB50119-2003等有关环境保护的规定。4.混凝土配制、搅拌、浇注及养护温度的控制。见表7.1.1-1表7.1.1-1七天内最低温度在-20℃至-30℃时的混凝土强度控制标准项目7天强度28天强度设计控制强度（与标养混凝土相比）15～20%30～40%7.1.2滑模施工质量控制1.滑模施工应执行现行规范《滑动模板工程技术规范》GB50113-2005。2.滑模施工工程混凝土结构的允许偏差应符合7.1.2-1规定。表7.1.2-1滑模施工工程混凝土结构的允许偏差项目允许偏差（mm）轴线间的相对位移5圆形筒体结构半径≤5m5>5m半径的0.1%，不得大于10标高每层高层±5多层±10全高±30垂直度每层层高小于或等于5m5层高大于5m层高的0.1%全高高度小于10m10高度大于或等于10m高度的0.1%，不得大于30墙、柱、梁、壁截面尺寸偏差+8，-5表面平整（2m靠尺检查）抹灰8不抹灰5门窗洞口及预留洞口位置偏差15预埋件位置偏差207.1.3楼层梁板模板支撑体系1.楼层梁板模板支撑体系应执行现行规范《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130-2011和建筑施工手册（第四版）。2.模板支撑体系必须先通过计算确定模板支撑架体参数。7.2质量保证措施7.2.1工程测量1.所用测量仪器和引测方法均应适应和保证测量精度的要求，测量仪器必须检验合格后方可使用，并在施工全过程中保持仪器状态完好。测量人员必须持证上岗,配合人员相对固定。2.对指定的控制点进行复测，复测后进行控制点加密及施工放样。3.定期观察滑模平台的扭转、倾斜及井塔沉降观测等各项指标是否符合要求。7.2.2混凝土强度监控措施1.由专人定时观测作业面温度情况，确定混凝土防冻剂用量。2.根据规范在混凝土入模时，留置同条件混凝土试块，为正常施工提供依据。3.确保负温混凝土养护设备（如红外线加热系统，热水循环管路系统等）在滑模期间正常工作。7.2.3楼层梁板模板支撑体系验收1.楼层梁板模板支撑架搭设必须符合设计要求。2.梁板模板支撑体系必须经项目部管理人员组织验收合格后，方可进行下道工序。8.安全措施8.1执行国家和行业现行的《建筑机械使用安全技术规程》JGJ33-2001、《建筑施工安全检查标准》JGJ59-99、《建筑施工高处作业安全技术规范》JGJ80-91等国家和行业现行安全标准及规范。8.2施工人员必须遵守本岗位操作规程。施工人员必须带好安全帽，高处作业带好安全带，外平台、内外吊架等位置挂好安全网。上人爬梯设置防滑条，雨雪冰冻天气必须穿防滑鞋。使用防冻剂时应带好口罩等防护用品。8.3编制安全技术措施时，必须指明工序的主要危险点，安全技术措施要具有针对性和可操作性。8.4做好“四口”及“五临边”安全防护，确保立体交叉作业安全。8.5临时用电按《施工现场临时用电安全技术规范》JGJ46-2005要求布置，接线方式采用“三相五线制”，潮湿环境照明采用安全电压供电。8.6材料库棚、加工场所、滑模平台和有防火要求的施工部位及办公区、生活区，按要求配置消防器材。8.7滑模机具组装完毕，必须进行检查、验收，符合要求后方可使用。8.8滑模机具提升时，应详细检查各部位、部件的工作情况，发现问题及时处理。8.9滑模施工时，必须安排专职安全员跟班检查。8.10与当地气象部门密切联系，掌握气温变化特点。采取相应的防风防寒等措施。9.环保措施9.1施工期间滑模机具及材料污染9.1.1滑模机具组装使用的液压油等必须合理回收，防止污染现场。9.1.2按设计加工保温板，减少切割，对零碎材料及时回收，以免造成浪费。9.1.3加强模板等滑模机具管理，减少损坏，提高滑模机具周转利用次数。9.2施工期间粉尘（扬尘）的污染防治措施9.2.1混凝土搅拌机及水泥外加剂库房密闭，避免扬尘。9.2.2建筑施工垃圾，严禁随意凌空抛撒，施工垃圾及时装袋清运，适量洒水，减少扬尘。9.2.3水泥、外加剂等粉细散装材料，采取封闭存放或严密遮盖，卸运时采取有效措施，减少扬尘。9.3施工期间水污染（废水）的防治措施9.3.1加强对施工机械的维修保养，防止机械使用的油类渗漏进入地下水中或排水管道。9.3.2施工人员集中居住点的生活污水、生活垃圾集中处理，厕所需设化粪池。防止污染水源，9.3.3冲洗骨料或含有沉淀物的操作用水，采取过滤沉淀池处理或其他措施。9.4废弃物管理9.4.1施工现场设立专门的废弃物临时贮存场地，废弃物应分类存放，对有可能造成二次污染的废弃物必须单独储存，设置安全防范措施且有醒目标识。9.4.2废弃物的运输确保不遗撒、不混装，送到业主指定场所进行处理、消纳，对可回收的废弃物做到再回收利用。10.效益分析10.1本工法与暖棚倒模方法相比较，缩短了施工工期，节约人工、机械（设备租赁）、取暖等费用，混凝土施工质量得到了保证。10.2围绕冬期快速施工井塔，对使用的各项技术进行探索和创新，通过本项综合技术在工程上的全面应用，确保了在高寒地区冬季恶劣天气下工程的质量和施工速度，创造了全国高寒地区施工新纪录。10.3多项建筑业新技术的综合应用、工序衔接及劳动力的合理安排，提高了企业整体施工技术水平和劳动生产率，同时取得了较好的经济和社会效益。10.4施工工艺效益比较（见表10.4-1）表10.4-1灵东矿的副井工程施工工艺效益比较表序号比较因素本工艺暖棚倒模施工工艺1人工50万元158万元2机械费10万元37万元3取暖用电费0.2万元0.6万元4红外辐射取暖器电费10万元17万元5看护人员工资2万元4.3万元6钢管、扣件租赁费12万元14.1