卡塔爾大型水池結(jié)構(gòu)的施工優(yōu)化研究及應(yīng)用

姜德華 李建彬

中國葛洲壩集團(tuán)國際工程有限公司 北京 100025

1 工程概況

卡塔爾大型供水項(xiàng)目E標(biāo)段項(xiàng)目主要內(nèi)容包括2座500 000 m3的蓄水池、2個(gè)回水池、1座加壓泵站、1座加氯間、1座主備用發(fā)電機(jī)房、3座遠(yuǎn)程發(fā)電機(jī)房、1座調(diào)壓系統(tǒng)、1座水質(zhì)檢驗(yàn)中心以及5座水質(zhì)測站。

2 工程重、難點(diǎn)分析

1）本項(xiàng)目單個(gè)水池凈空尺寸為305 m×150 m×11.2 m，其混凝土澆筑方量97 000 m3，鋼筋32 000 t，施工工期緊是該項(xiàng)目的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

2）水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)底板分塊尺寸小（長7.200 m，寬6.225 m），倉位多，施工縫模板安裝困難，致使底板漏水概率增加[1]。

3）水池導(dǎo)墻高11.2 m，厚0.4 m，施工時(shí)需要搭設(shè)腳手架、分倉澆筑，涉及的施工工序多，質(zhì)量、安全、成本及工期目標(biāo)很難實(shí)現(xiàn)。

4）本項(xiàng)目地處中東地區(qū)，沙漠氣候，高溫干燥，澆筑混凝土?xí)r容易出現(xiàn)收縮裂縫，抗?jié)B要求難以保證，對混凝土組成材料的選擇及性能提出了更高要求。

3 施工方案優(yōu)化

3.1 水池結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

卡塔爾地處中東地區(qū)，沙漠氣候，氣候干燥，項(xiàng)目實(shí)施工藝要求嚴(yán)格。為此，項(xiàng)目部專門成立了水池工藝研究團(tuán)隊(duì)，與AECOM國際咨詢公司合作，根據(jù)英國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中混凝土裂縫容許值的要求，對招標(biāo)文件提供的水池底板分塊尺寸進(jìn)行了復(fù)核驗(yàn)算，輔以結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施（底板結(jié)構(gòu)鋼筋設(shè)計(jì)為環(huán)氧鋼筋，以提高混凝土的性能，縫面設(shè)計(jì)為多道防水），水池底板施工縫由7.200 m×6.225 m調(diào)整為14.40 m×12.45 m（圖1）。

圖1 水池底板調(diào)整后墊層分倉

通過水池底板的優(yōu)化，底板分塊澆筑由原設(shè)計(jì)的989倉調(diào)整為312倉，優(yōu)化了施工工藝，節(jié)約了施工縫止水材料和板下排水盲溝數(shù)量，加快了水池施工進(jìn)度[2]。

3.2 施工材料的優(yōu)化

針對卡塔爾地區(qū)氣候炎熱的特點(diǎn)（最高氣溫可達(dá)50 ℃），以及水池工程防滲、防漏的嚴(yán)苛標(biāo)準(zhǔn)要求，對GL119減水劑、WP730抗?jié)B劑、GGBS粒化高爐礦渣、SF硅粉等摻合料或外加劑進(jìn)行了研究、實(shí)驗(yàn)和比較分析。

3.2.1 礦渣粉和粉煤灰的性能

1）在摻入礦渣粉和粉煤灰后，由于它們的粒徑與水泥顆粒粒徑形成粒徑梯度，故顆粒之間相互填充，可以進(jìn)一步減小細(xì)集料顆粒間的空隙，使其更加密實(shí)，并且可以使得水泥顆粒間的水分釋放，形成自由水，提高混凝土的流動(dòng)性。

2）礦渣粉與水泥顆粒之間及礦渣粉與礦渣粉之間接觸點(diǎn)面積小，且礦渣粉的斥水作用使得減水劑吸附作用減弱，礦渣粉及粉煤灰的雙摻可提高混凝土的流動(dòng)性、和易性，減少坍落度損失。

3）加入礦渣粉和粉煤灰后，其微集料效應(yīng)和火山灰效應(yīng)使得混凝土的結(jié)構(gòu)更為致密，降低了孔隙率，提高了混凝土的強(qiáng)度。

4）礦渣粉及粉煤灰的摻加替代了大量的水泥，進(jìn)一步降低了水化熱。粉煤灰在水泥水化初期不參與水化反應(yīng)，與水泥水化產(chǎn)物 Ca(OH)2進(jìn)行二次水化，滯后于水泥水化的過程，延緩了由于水化而產(chǎn)生的溫升。

3.2.2 硅粉和外加劑的性能

1）在混凝土中摻加硅粉，可進(jìn)一步提高混凝土強(qiáng)度。若用水泥用量10%的硅粉代替水泥，可提高強(qiáng)度25%，另外還能使混凝土更加密實(shí)，提高混凝土的耐久性。

2）GL119減水劑與常規(guī)減水劑不同，它是基于聚羧酸醚（PCE）聚合物上的一個(gè)創(chuàng)新，是一種超增塑劑，具有空間位阻穩(wěn)定的水泥顆粒分離和分散的能力，這種機(jī)制提供了可流動(dòng)的混凝土，大大降低了用水需求。

3）WP730抗?jié)B劑是一種不含氯的有機(jī)物混合物，與水泥水化過程形成疏水性成分，減少毛細(xì)吸入和防止?jié)撛谟泻Φ目扇苄晕镔|(zhì)進(jìn)入，從而增強(qiáng)混凝土耐久性。

通過上述混凝土原材料或外加劑的比較、選擇，配合比的設(shè)計(jì)、試配，使混凝土在和易性、抗?jié)B及強(qiáng)度方面得到了很大的改善。

3.3 施工工藝的優(yōu)化

3.3.1 Hy-Rib免拆模板應(yīng)用

水池底板平面尺寸為307.4 m×152.4 m，底板劃分為312倉，即長度方向分24倉，寬度方向分13倉，將會形成長6 503 m的施工縫。水池底板厚度大部分為60 cm，設(shè)置上下雙層鋼筋網(wǎng)，鋼筋水平凈距為7.5 cm，垂直凈距為37.5 cm，且設(shè)置5道防水，即滿鋪全粘防水膜、底部止水帶、中間止水帶、遇水膨脹止水條及頂部防水膜（圖2）。

圖2 水池底板施工縫結(jié)構(gòu)

采用常規(guī)模板進(jìn)行施工縫部位混凝土模板安裝時(shí)，由于鋼筋左右和上下空間間距小，故完成首倉混凝土澆筑后，后續(xù)混凝土縫面模板拆除非常困難，影響混凝土倉位的連續(xù)施工。通過收集大量的資料進(jìn)行調(diào)查、研究，發(fā)現(xiàn)一種安裝方便、經(jīng)濟(jì)適用的Hy-Rib免拆模板（圖3、圖4）。

圖3 施工縫Hy-Rib模板安裝示意

圖4 Hy-Rib模板應(yīng)用現(xiàn)場

Hy-Rib免拆模板優(yōu)點(diǎn)：

1）方便結(jié)構(gòu)鋼筋過縫。Hy-Rib免拆模板材質(zhì)為鋼板網(wǎng)，可根據(jù)鋼筋布置采用鋼絲剪剪出鋼筋預(yù)留孔，操作方便。

2）模板安裝方便。采用支撐鋼筋和扎絲就可實(shí)現(xiàn)模板安裝的目的。

3）模板免拆。采用Hy-Rib免拆模板，首倉混凝土澆筑完成后，混凝土漿通過模板的每個(gè)孔隙滲出，可形成一個(gè)波紋狀的表面，進(jìn)行后續(xù)倉位混凝土澆筑時(shí)，不用拆除模板。

3.3.2 導(dǎo)墻施工優(yōu)化

1）墻體采用一倉到頂澆筑方案時(shí)，其優(yōu)點(diǎn)是施工工序少，所需作業(yè)人員少，僅需鋼筋、模板及混凝土澆筑各1個(gè)班組；每段墻體作業(yè)時(shí)間短，各段墻體間施工干擾少；可以減少一次高6 m的鋼筋安裝平臺的安裝拆除工序。缺點(diǎn)是鋼筋墻較高、易傾覆；每倉墻體高，不便于振搗。

2）墻體采用二倉到頂澆筑方案時(shí)，其優(yōu)點(diǎn)是鋼筋墻較低，穩(wěn)定性好，混凝土入倉易振搗。缺點(diǎn)是需要較多的施工人員，需鋼筋、模板各2個(gè)班組，混凝土1個(gè)班組；施工工序多，每段墻體作業(yè)時(shí)間長，相鄰墻體間施工干擾大；材料消耗大，需搭拆高6 m的鋼筋安裝平臺1次；第2層模板安裝時(shí)，底部及頂部均為高空作業(yè)，安全隱患大。

通過上述2種澆筑方案的比選，采用一倉到頂?shù)臐仓桨福湓谑┕みM(jìn)度、人員和材料需求方面優(yōu)于二倉到頂方案。關(guān)于鋼筋墻較高、易傾覆的問題，可通過加強(qiáng)鋼筋墻的支撐得以解決；而混凝土不易振搗的問題，可通過優(yōu)化混凝土配合比，提高混凝土的和易性及擴(kuò)展性，并配置長軸振搗器予以解決[3-5]。

3.3.3 鋼筋安裝平臺結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

采用移動(dòng)式鋼筋安裝平臺方案的原理是完成一段墻體鋼筋綁扎后，分段移動(dòng)到下一段墻體施工部位。其優(yōu)點(diǎn)是：避免鋼筋安裝平臺重復(fù)搭設(shè)，僅需一段（按照導(dǎo)墻分縫、分段）墻體鋼筋安裝平臺；鋼筋安裝平臺轉(zhuǎn)移至下一段墻體就位迅速，僅用0.5 d；所需鋼筋安裝平臺搭設(shè)人員少，僅搭設(shè)一次。其缺點(diǎn)是：鋼筋安裝平臺移動(dòng)時(shí)存在傾覆風(fēng)險(xiǎn)。

采用固定式鋼筋安裝平臺方案，考慮導(dǎo)墻連續(xù)施工，需要搭設(shè)3段鋼筋安裝平臺；完成一段墻體鋼筋安裝后，進(jìn)行下一倉的鋼筋安裝平臺搭設(shè)和拆除時(shí)間需要4～5 d。其優(yōu)點(diǎn)是：固定鋼筋安裝平臺不進(jìn)行水平移動(dòng)，減少傾覆風(fēng)險(xiǎn)。其缺點(diǎn)是：固定鋼筋安裝平臺耗費(fèi)材料為移動(dòng)式鋼筋安裝平臺材料的3倍，材料消耗大；鋼筋安裝平臺搭設(shè)人員需求量大，用工多；鋼筋安裝平臺拆除時(shí)存在高空墜物風(fēng)險(xiǎn)。

通過對上述2種方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較，采用移動(dòng)式鋼筋安裝平臺在工期要求、人員和材料需要量方面，對于項(xiàng)目實(shí)施的工效更高、更經(jīng)濟(jì)。鋼筋安裝平臺移動(dòng)時(shí)存在的傾覆風(fēng)險(xiǎn)問題，可通過控制鋼筋安裝平臺的移動(dòng)速度、移動(dòng)時(shí)機(jī)（避開風(fēng)速較高時(shí)段移動(dòng)安裝平臺）給予解決。

3.3.4 移動(dòng)式鋼筋安裝平臺應(yīng)用

本項(xiàng)目導(dǎo)墻施工段長度為14.4 m，鋼筋安裝平臺按導(dǎo)墻施工段長度設(shè)置，兩側(cè)各設(shè)置1排安裝平臺。導(dǎo)墻單側(cè)安裝平臺長度為15.7 m，鋼筋安裝平臺移動(dòng)時(shí)分為3段進(jìn)行，逐段移動(dòng)，第1段移動(dòng)完成后立即將導(dǎo)墻鋼筋同鋼絞線風(fēng)纜連接，防止鋼筋傾覆。依次進(jìn)行后續(xù)第2段、第3段鋼筋安裝平臺移動(dòng)（圖5、圖6）。

圖5 鋼筋安裝平臺移動(dòng)順序

圖6 移動(dòng)鋼筋安裝平臺

4 應(yīng)用及評價(jià)

1）通過對大型水池結(jié)構(gòu)和施工優(yōu)化進(jìn)行研究和應(yīng)用，取得了業(yè)主和咨詢工程師的認(rèn)可，技術(shù)可行，提高了施工質(zhì)量，加快了施工進(jìn)度。

2）本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)及施工的優(yōu)化，預(yù)計(jì)節(jié)約材料費(fèi)1 665萬元，節(jié)約人工費(fèi)3 532.5萬元，兩項(xiàng)合計(jì)，累計(jì)節(jié)約成本5 197.5萬元。

5 結(jié)語

1）通過對水池底板施工縫進(jìn)行優(yōu)化，加大了底板分塊尺寸，減少了分倉數(shù)量，減小了施工縫長度，加快了施工進(jìn)度，節(jié)約了縫面止水材料，降低了施工成本。

2）采用Hy-Rib免拆模板，解決了底板混凝土分塊澆筑縫面模板安裝和拆除困難的問題，節(jié)約了施工成本，加快了施工進(jìn)度。

3）通過優(yōu)化混凝土配合比，保證了混凝土的和易性，減小了混凝土的水化熱，增強(qiáng)了混凝土的密水性，保證了鋼筋多密、振搗空間狹窄區(qū)域的混凝土密實(shí)性，提高了水池底板和導(dǎo)墻混凝土的施工質(zhì)量。

4）導(dǎo)墻施工分縫的優(yōu)化調(diào)整，減少了導(dǎo)墻分倉數(shù)量，降低了鋼筋安裝平臺和人工費(fèi)的消耗，保證了安全施工，加快了施工進(jìn)度。

5）整體移動(dòng)式鋼筋安裝平臺的應(yīng)用，降低了人工和材料的投入，提高了導(dǎo)墻鋼筋的安裝速度。

大型水池結(jié)構(gòu)及施工優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用，綜合了大型水池施工中常見或關(guān)注的重點(diǎn)，技術(shù)全面，目前在國內(nèi)尚屬首次，為類似施工項(xiàng)目提供了成熟的施工經(jīng)驗(yàn)。