凍結井壁高標號混凝土澆筑

丁榮輝

（中鼎國際礦山隧道建設分公司，江西 南昌330096）

1 工程概況

山西大同煤礦集團梵王寺煤礦設計年產能力為6Mt，采用立井開拓，其中風井井深651.3m，凈直徑7.5m，采用全凍結法施工，內外雙層井壁結構支護，內外層井壁間鋪設雙層聚乙烯塑料板。內壁為高標號混凝土，混凝土標號分別為C45、C60、C80，雙層鋼筋，豎筋采用直螺紋連接，環筋采用綁扎，搭接長度為35d。風井內壁主要技術參數見表1。

表1 風井內壁主要技術參數

2 施工方案

2.1 施工方案

（1）施工要求：為防止井筒解凍后井壁出現裂縫和漏水，故內壁混凝土要求連續澆筑，振搗密實，滿足強度要求。模與模之間的施工接茬停留時間控制在初凝范圍內，一般情況下不超過40min。

（2）為實現上述要求，故采用循環模板（倒模、輪換模板）法進行內壁混凝土連續澆筑（套壁）施工。

（3）循環模板共10套，高1.2m，拼裝式。

2.2 吊盤系統的布置

內壁澆筑利用井筒原有三層吊盤和在吊盤底部增掛一層拆模用的臨時盤。吊盤系統布置見圖1。

圖1 吊盤系統布置立面示意

（1）吊盤上層作為設分灰器分流混凝土、外壁除冰、鋪設塑料板、綁扎外層鋼筋的工作盤。

（2）吊盤中層上安設混凝土溜槽，連接分灰器和下料軟管，并放置防爆開關和電器設備。

（3）吊盤下層作為綁扎內層鋼筋、組裝模板、澆注混凝土的工作盤。

（4）循環模板拼裝采用電動葫蘆吊裝作業，3臺1t的防爆電動葫蘆安裝在環形軌道上，同時吊裝作業，電動葫蘆用掛鉤將每塊模板吊裝，并安放至立模位置上，提高模板安裝速度、效率，減輕工人的勞動強度。

（5）電動葫蘆的環形軌道由14＃工字鋼組合焊接而成，安裝在吊盤的中層盤底面。

（6）拆模臨時盤主要進行模板拆除、井壁修飾、井壁養護等工作。

（7）外壁施工到底后，對吊盤上原有的下料系統進行改造，并改裝吊盤，拆除不需要的部份，使吊盤與套壁施工相適應。如：拆除抓巖機和吊桶通過口，吊桶通過口安裝可以隨時開關的手動蓋門，蓋門保持常閉狀態；安裝環形軌道等。

（8）內壁施工12m后即開始在井底組裝臨時盤。臨時盤使用4根Ф22mm鋼絲繩懸吊，臨時盤通過4個吊點上的10t葫蘆進行調節，臨時盤距下吊盤為12m，人員通過吊桶或者鋼絲繩軟梯上下。

3 套壁施工工藝

3.1 聚乙烯泡沫塑料板鋪設

鋪設塑料板在吊盤上層盤上超前進行，自下而上鋪設，上段壓下段，壓搭長度不小于100mm，聚乙烯塑料板的固定方式采用射釘槍固定，固定間距不大于1m。內外層塑料板接頭錯開鋪設。

3.2 鋼筋綁扎

內壁鋼筋為雙層結構，外層鋼筋綁扎在吊盤上層進行，內層鋼筋在吊盤下層上進行，上下平行作業，外層鋼筋超前內層鋼筋4m。每層鋼筋的綁扎要橫平豎直，上、下層環筋綁扎時搭接頭錯開。每次接豎筋前，用電鉆在井壁上打8～10個Φ20mm的孔，插入鋼筋對豎筋進行固定，以保證豎筋垂直。

3.3 模板組裝與調校

采用1.20m高的裝配金屬模板，共10套，每套18塊。組裝模板和澆筑自下而上進行，各塊模板上下左右各4個螺絲連接固定，裝配成圈。為了便于拆模，每一套模板加工一塊楔形板。每塊模板在四角位置焊接把手，以方便人員拆模搬運。模板組裝、調校按下列方法進行：

（1）模板初裝時螺栓不要擰緊，留有一定的余量以備在拉中心線校模時便于調整。

（2）整圈模板組裝完畢后，按井筒中心線操平找正，隨找線隨打好千斤頂并撐緊，模板與模板之間的連接螺栓采用M20×45mm加強型螺栓。

（3）立模人員要協調一致，手要把牢，架上的模板要先與下層模板用螺栓連接，謹防模板掉落。

（4）校正模板以后，每個螺栓都要上緊、上牢固。

3.4 高標號混凝土的配制

內壁為高標號混凝土，混凝土標號分別為C45、C60、C80，雙層鋼筋。混凝土原材料和外加劑主要技術參數見表2～表5。

配制措施：

（1）加入復合型外加劑、粉煤灰、礦粉、硅粉

理論上，在滿足攪拌要求的情況下，混凝土的配水量越少，能達到的強度越高；但要滿足管溜混凝土的澆筑要求，混凝土應當具有一定的流動性。故應適當增大含水量，摻入添加劑。

混凝土原材料和添加劑的主要技術參數如下：

水泥：選用山西大同冀東水泥廠生產的P.O42.5和P.O52.5級普通硅酸鹽水泥。水泥試驗結果見表2。

表2 水泥試驗結果

河砂：選用中粗砂，細度模數 Mx＝2.8，含泥量低于2%，級配合格。

碎石：選用粒徑為5～25mm連續級配的石灰巖，石子級配要求粒徑5～10mm占30%，10～20mm占50% ，25mm占20% ，全部篩洗，含泥量0.5%以下。

外加劑：選用河南新鄉科創礦井工程材料有限公司的HNT－K2和HNT－K5型混凝土抗裂早強劑，該型產品具有早強、減水、抗裂、抗滲、防凍功能，可使混凝土早期強度發展快，后期強度仍有大幅提高，能降混凝土水化熱，具有良好的體積穩定性，外加劑試驗結果見表3。

表3 外加劑試驗結果

粉煤灰：為了使混凝土獲得較好的工作性，減小坍落度損失，同時減少混凝土的水化熱，防止井壁開裂，采用朔州神頭電廠的Ⅰ級粉煤灰，其各項性能指標見表4。

表4 Ⅰ級粉煤灰與GB1596－91指標對比

硅粉：摻入硅粉能改善混凝土的和易性、減少泌水和離析、提高混凝土的早期強度，同時還能提高混凝土的耐久性，其性能指標見表5所示。

表5 硅粉的化學成分

各標號混凝土配比見表6～表8。

表6 C45混凝土配合比

表7 C60混凝土配合比

表8 C80混凝土配合比

混凝土塌落度190mm。

（2）采用二次投料水泥砂漿裹石攪拌工藝

二次投料水泥砂漿裹石攪拌工藝就是先把所有的攪拌水、水泥、砂先攪拌，再放入石子繼續攪拌的施工工藝。采用水泥砂漿法攪拌工藝能改善混凝土的和易性、使混凝土的抗壓強度、抗折強度、抗滲性和耐久性均得到提高。

3.5 混凝土的輸送、澆灌、振搗和檢驗

（1）混凝土在井口攪拌站攪拌，通過鋼絲繩牽引式簡易高架混凝土運輸車運至井口，裝入底卸式吊桶，用主提升機下放到井下吊盤上層，經分灰器進入流灰管內入模。

（2）混凝土入模溫度不低于15℃，冬季不低于10℃。混凝土澆筑、振搗在吊盤下層上進行。

（3）設4根溜灰軟管進行澆筑。

（4）澆筑混凝土時要嚴格按照分層、對稱、均勻澆筑的原則進行，一般分層厚度為300mm，并插入下層100mm。工作面采用4臺風動振動棒同時振搗，使用振動棒時，不得接觸震動鋼筋、撐子及模板，同一個振搗圈徑范圍內不得振搗過久，振搗時間為15～20s。

（5）高標號混凝土入模保障措施

高標號混凝土粘性大，流動性差，具有高強、早強的特點，一但超出混凝土初凝時間，混凝土極易早凝、轉載和下料困難，甚至造成堵管和混凝土失效。

為保證混凝土順利入模，應做到：嚴格按設計配比進行配料，控制混凝土塌落度和入模溫度，保證高標號混凝土的和易性和流動性；采用二次投料的砂漿裹石工藝，可以有效地防止水分聚集在水泥砂漿和石子的界面上；定時測量河砂和石子的含水率，根據測定的含水率調整水灰比；吊盤分灰器設置篩網，防止石子過大造成堵管；澆灌前用清水濕潤分灰器和下料軟管，以防堵管；控制混凝土在井口存放時間，一般不超過15min；因施工影響超過1h以上的高標號混凝土應及時廢棄。

（6）混凝土強度檢測

為檢測混凝土施工實際強度，施工中按規范要求每隔20m預留1組試塊，養護28天后送試驗室檢驗，經檢測試塊全部達到合格要求，內壁各段試塊檢測報告見表9。

表9 內層井壁混凝土試塊抗壓強度統計表

3.6 模板拆除與吊裝

（1）混凝土澆筑18h之后，可進行拆模，模板拆除在臨時盤上進行，臨時盤上安裝一部11.4kW絞車，用以拆模時懸吊模板。

（2）拆下的模板螺絲及時用柴油浸泡。模板上粘結的混凝土塊及時用扁鏟清理后刷脫模劑。

（3）模板從臨時盤吊運至吊盤下層盤時，打開封閉的下吊盤喇叭口井蓋門，用自制的吊欄裝載模板，用副提鉤頭從臨時盤提升至吊盤下層。

3.7 井壁養護

（1）脫模后的井壁需經常灑水養護，以防止混凝土干縮或井壁溫度過高而開裂，井壁養護在臨時盤進行。

（2）模板拆除后對影響觀感質量的及時進行美觀修整，脫模后立即清除縫隙間灰漿，使混凝土表面平整度達到規范要求。

3.8 混凝土施工中的間斷處理措施

（1）混凝土澆筑施工要求連續澆筑，間斷時間不應超過40min。當超過時可將表面殘渣除掉，并將表面鑿成毛面，灑水濕潤后，再進行澆灌，加強振搗。

（2）加強組織，嚴格控制交接班時間。班與班之間互相創造有利條件，保證套內壁工作自下而上連續不間斷地進行。

3.9 井筒內的管線拆除

隨著套壁的向上進行，井筒懸吊的電纜卡、壓風管、風筒等隨著套壁施工進行逐段拆除，拆除風筒要保證臨時盤處也能正常通風；電纜卡、壓風管等通過穩車懸吊在井口地面進行拆除。

4 循環模板施工防墜安全措施

1）每班派專人檢查提升絞車、拆模小絞車、電動葫蘆、各鋼絲繩、鉤頭、吊桶、模板吊欄等完好情況，發現問題及時處理。

2）采用自制吊欄提升模板必須嚴格執行專項安全措施，鋼絲繩繩套的安全系數必須達到規范要求。

3）吊盤上施工作業時，所用工具要用細鋼絲繩固定在吊盤上，防止墜入井底，吊盤上鋼筋要擺放整齊，不能放置在吊盤邊緣，模板螺栓、螺帽全部放入桶內，嚴禁亂丟亂放。

4）起吊模板時，電動葫蘆鉤頭必須鉤牢模板，模板螺栓上齊后方可松開葫蘆鉤頭。

5）臨時盤拆模人員必須系好保險繩，吊盤必須調平并固定好，拆模時必須先用小絞車鉤頭栓好模板，防止螺栓拆完時模板墜入井底。

5 經濟和社會效益

風井內壁套壁共施工120天，扣除施工影響和春節放假，實際施工95天；套壁進度：平均月進度206m，最高月進度250m；安全無事故，經業主驗收，質量達到優良。取得了較好的經濟和社會效益。

6 經驗與體會

1）采用倒模法套壁施工作業人員多，各工序平行交叉作業，工序較為復雜、安全管理難度大，防墜管理是安全管理的重中之中，必須確保防墜工作萬無一失。

2）混凝土攪拌必須嚴格控制水灰比，塌落度必須在設計要求范圍內，冬季砂石要加熱，保證入模溫度不低于15℃。

3）模板螺栓必須采用加強級，裝模時螺栓要全部擰緊，要有專人檢查螺栓情況。

4）嚴格掌握混凝土脫模時間，達不到脫模要求的，一律不準脫模，保證足夠套數的模板是保證實現安全快速施工關鍵。

5）堅持灑水養護，防止溫度應力破壞井壁。