渣水淬池設計及施工注意事項

李 浩

北京礦冶科技集團有限公司（100160）

0 前言

水淬渣是把熔融狀態的高爐爐渣置于水中急速冷卻而形成的，主要有渣池水淬和爐前水淬兩種方式[1]。水淬渣具有潛在的水硬膠凝性能，常作為建材料，用于生產水泥和混凝土。 渣水淬池一般由水池及露天抓斗吊車兩部分構成。

1 渣水淬池結構設計

1.1 設計荷載

水池結構上的作用主要可分為永久作用和可變作用兩類。 永久作用應包括結構自重、土的豎向壓力和側向壓力、水池內的盛水壓力、地基的不均勻沉降等；可變作用應包括地表或地下水壓力（側壓力、浮托力）、結構構件的溫（濕）度變化作用、地面堆積荷載等[2]。混凝土柱主要承受吊車荷載，包括吊車豎向荷載及水平剎車荷載。

渣水淬池一般是露天水池，根據《給水排水工程鋼筋混凝土水池結構設計規程》，暴露在大氣中的水池池壁的溫度變化作用，應由池壁的壁面溫差確定。 根據該規程第4.3.5 條規定，壁板的內外側壁壁面溫差與壁板內側水的計算溫度、壁板外側的大氣溫度相關，而且壁板內側水的計算溫度采用年月最低的平均水溫，壁板外側的大氣溫度采用當地年月統計的最低平均溫度。 但是渣水淬池的工作狀態與規程本條的規定并不完全一致。

渣水淬池正常工作時，高溫熔融狀態的冶煉渣通過溜槽直接流入水淬池中，池中溫度瞬間升高，池壁壁面兩側的溫差非常大。 根據部分冶煉廠的實際生產數據統計，渣水淬池正常工作時水的溫度大約是80 ℃，遠大于規范規定的溫差荷載，因此在渣水淬池結構設計中要著重考慮溫度荷載的影響。

1.2 水池結構受力計算

水池結構受力計算主要有傳統計算方法、有限元分析方法。

1）傳統計算方法在進行水池受力計算時，池底一般采用無梁樓蓋模型計算；水池側壁水平跨度較小時按照三邊固定板來計算，當其水平跨度很大時按照底部固定的懸臂板來計算；混凝土柱按懸臂構件進行計算。 該方法采用比較簡單的計算假定，傳力明確，當水池與計算假定接近時，計算精度能滿足設計要求。

2）有限元分析法采用有限元模型對池壁、池底及混凝土柱進行模擬分析。 當施加合適的邊界條件和荷載條件后，可以得到各個單元的準確內力，進而指導配筋。 通常水池的底板及側壁均采用板單元進行模擬，同時將彈簧邊界約束板單元做為模擬邊界條件[3]，混凝土柱一般采用梁單元模擬，梁單元節點與板單元節點耦合以模擬水池側壁對混凝土柱的約束作用。 當彈簧剛度取值合適時，計算結果非常接近實際受力狀態。

1.3 渣水淬池構造要求

渣水淬池工作時，池壁處于高溫狀態，同時由于受礦渣中化合物的影響，水質惡劣，渣水淬池池壁內側的環境類別為五類環境[4]，水池內側混凝土保護層最小值一般取50 mm。

熔渣與水接觸瞬間， 會產生大量的水蒸氣，對水池上的鋼結構構件產生腐蝕，如露天吊車的檢修平臺、爬梯及欄桿等。 在設計時，這些鋼結構構件建議采用不銹鋼材質，以避免構件受到嚴重腐蝕，影響使用安全。

2 施工注意事項

2.1 施工順序

水池的施工順序： 墊層→池底板→池壁板→試水→抹灰。

水池模板常采用組合鋼模板，支設分池底、池壁兩部分進行。 為池壁支模及處理施工縫方便，同時防止施工縫設在底板彎矩最大處，底板與池壁施工縫設在離底板上表面350～450 mm 處。 水池底模應一次性支好，包括與池壁連接施工縫以下部分。 池壁、池頂模板在底板混凝土澆筑后一次支設成型。池壁模板支設應采用有支撐模板體系，在池內底板上搭設鋼管腳手架，形成穩固的支撐體系。

2.2 施工誤差

水池施工誤差主要有鋼筋誤差、水池尺寸誤差、標高誤差及預埋件誤差等。 其中鋼筋誤差主要包括相鄰鋼筋間距誤差，鋼筋長度誤差及保護層厚度誤差；水池尺寸誤差主要包括水池平面尺寸、截面尺寸及垂直度等； 標高誤差主要包括水池底板頂標高，水池側壁頂標高及混凝土牛腿頂標高等；預埋件誤差主要是預埋件平面位置及其立面標高。

渣水淬池設計，尤其需要重視對混凝土柱誤差的控制。 因為混凝土柱平面位置及牛腿標高直接影響吊車的安裝及運行。

2.3 水池滲水、漏水

渣水淬池中水質較差，一旦發生泄露，不僅會對周圍環境造成危害，而且會腐蝕池壁內的鋼筋影響水池的使用壽命。

由于混凝土具有良好的抗滲性能，所以同批澆筑的混凝土部分一般很少發生滲水及漏水情況。 漏水主要發生在不同批次澆筑的混凝土施工縫處。 在施工過程中，施工縫處必須要設置止水帶，止水帶應位于池壁中央，并且保持垂直狀態，形成閉合環路。 同時，施工縫內外兩側應按要求設置防水貼予以加強。

3 結論

渣水淬池正常使用過程中池內的水溫較高，進行水池內力計算時，要重點考慮溫度荷載對池壁受力的影響。

渣水淬池正常工作時，環境較差，應采取相應的防護構造措施，以增加水池的使用壽命。

渣水淬池施工過程中，應合理選擇施工順序，盡量減少施工縫數量，同時應嚴格控制關鍵部位的施工誤差，并做好防水措施。