大型海水預(yù)處理水池施工技術(shù)研究

常 鋒 劉志剛

中國電建集團(tuán)河北工程有限公司

1 引言

海水預(yù)處理澄清池是海水預(yù)處理系統(tǒng)內(nèi)建筑工程施工的重點和難點，文章以河北國華滄東發(fā)電廠工程海水預(yù)處理澄清池為例進(jìn)行闡述，該工程地基采用深層攪拌樁復(fù)合地基，鋼筋混凝土箱形結(jié)構(gòu)水池，池體軸線為30800mm×38800mm，池底標(biāo)高-3.6m，池頂標(biāo)高7.6m，鋼筋量約1050t，混凝土量約6200m3，結(jié)構(gòu)采用防水混凝土，防水等級S8，上部建設(shè)大型門式鋼結(jié)構(gòu)廠房。該工程獲“中國建筑工程魯班獎”。

2 主要施工技術(shù)難點分析

（1）該工程位于沿海區(qū)域，混凝土結(jié)構(gòu)受氯鹽侵蝕作用，混凝土池體滲漏會使池體遭受反復(fù)凍融作用等多種因素可引發(fā)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性劣化或失效，已至影響結(jié)構(gòu)正常功能，進(jìn)而造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。混凝土耐久性主要取決于混凝土內(nèi)部的滲透性和孔隙率，由于配合比設(shè)計或澆筑方案等不合理會導(dǎo)致混凝土密實度較差，即內(nèi)部孔隙率較大，則接觸的液體及氣體滲入混凝土內(nèi)的數(shù)量和深度都將增大，增加混凝土凍融、碳化及化學(xué)腐蝕的程度，甚至可能完全透水。故研究和解決混凝土耐久性的問題，首先要解決混凝土滲透，化學(xué)腐蝕的問題。

混凝土滲透問題分析：與混凝土接觸的液體或氣體主要通過混凝土內(nèi)部的毛細(xì)孔道滲透，孔隙率越大，其滲透性更強，所以減小孔隙率改善混凝土內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)以提高抗?jié)B性，解決滲透問題的關(guān)鍵在于嚴(yán)格混凝土原材選擇，控制混凝土配合比，優(yōu)選澆筑方案，保證混凝土密實度。

化學(xué)腐蝕問題分析：海水預(yù)處理系統(tǒng)目的是去除地表海水中存在的泥沙、膠體等雜質(zhì)，處理過程中不可避免地接觸酸、堿和鹽類侵蝕性物質(zhì)，當(dāng)此類有害物質(zhì)滲透進(jìn)入混凝土內(nèi)部并與混凝土材料發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)后將使混凝土遭受到腐蝕，進(jìn)而腐蝕鋼筋，以至結(jié)構(gòu)失效，為了解決此類化學(xué)腐蝕問題，提高結(jié)構(gòu)的耐久性，在提高混凝土的密實度和抗?jié)B性的基礎(chǔ)上，在混凝土表面進(jìn)行防腐設(shè)計及施工，以防止侵蝕性水的滲入和減少混凝土的溶蝕流失。

（2）該工程池壁一次澆筑高度8.5m，混凝土澆筑量約3000m3，池體內(nèi)縱橫9道墻體需與池壁同時澆筑，模板制作安裝工程量大，怎樣提高施工的工業(yè)化、機械化水平，降低勞動強度，節(jié)省勞動力，保證混凝土表面平整光潔，對模板的選擇及方案設(shè)計提出了較高要求。

（3）該工程為結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型箱形基礎(chǔ)，不僅具有水池及預(yù)處理設(shè)備基礎(chǔ)的使用功能，同時為上部鋼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，地腳螺栓安裝的精度直接影響上部鋼結(jié)構(gòu)安裝的精度，直接承載著整個鋼結(jié)構(gòu)工程的安全和質(zhì)量，如何保證預(yù)埋地腳螺栓的精度是此類復(fù)雜的大型水池結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵之一。

綜上所述，池壁模板技術(shù)，鋼結(jié)構(gòu)預(yù)埋地腳螺栓精度控制，混凝土技術(shù)及防腐技術(shù)為大型預(yù)處理水池施工的關(guān)鍵技術(shù)，故文章將對此方面進(jìn)行重點闡述。

3 池壁模板技術(shù)

3.1 池壁模板選擇

池壁采用新型鋼框膠合板大模板（以下簡稱：大模板）施工工藝，模板總重量輕，強度、剛度大，能提高施工的工業(yè)化、機械化水平，節(jié)省勞動力，施工速度快，工程質(zhì)量好，混凝土表面平整光潔，符合國家的綠色環(huán)保政策。大模板面板選用15mm模膠合板，通過拉鉚釘或自攻螺釘與特制鋼框體連接。模板尺寸：600mm×2400mm，局部配合小模板。

3.2 池壁模板對拉螺栓計算〔2〕

新澆筑混凝土對模板的

側(cè)壓力標(biāo)準(zhǔn)值，按下列兩式計算，并取較小值。

取較小值為標(biāo)準(zhǔn)值：44kN/m2。

荷載組合：F′=混凝土側(cè)壓力設(shè)計值+混凝土傾倒對模板的水平動荷載設(shè)計值=F1×分項系數(shù)×折減系數(shù)+混凝土傾倒對模板的水平動荷載設(shè)計值=44×1.2×0.9+2×1.4×0.9=47.52kN/m2+2.52 kN/m2≈51kN/m2。

試選用M20對拉螺栓，靜截面面積225mm2。

（1）對拉螺栓的拉力：

（2）對拉螺栓的應(yīng)力：

普通螺栓抗拉強度設(shè)計值。

故模板加固用對拉螺桿M20@1200×600分布來控制。

4 鋼結(jié)構(gòu)預(yù)埋地腳螺栓精度控制

鋼結(jié)構(gòu)預(yù)埋地腳螺栓精度控制關(guān)鍵是位置準(zhǔn)確，支架體系強度、剛度及穩(wěn)定性滿足要求。地腳螺栓支架體系同模板體系互相獨立，防止混凝土澆筑時模板的振動及變形對螺栓產(chǎn)生的影響。地腳螺栓安裝架采用內(nèi)支架（除橫梁部位外）埋于池壁內(nèi)。槽鋼立柱與施工縫處預(yù)埋鐵件焊接固定，根據(jù)螺栓截面、施工活荷載確定槽鋼橫梁截面規(guī)格尺寸以保證整體強度、剛度及穩(wěn)定性。保證橫梁水平是保證螺栓垂直的前提。將橫縱兩個方向投線于橫梁上，并用鋼釘打眼紅漆圈出作為找正螺栓的依據(jù)。在橫梁上焊T字形測量控制架，頂標(biāo)高略高于螺栓，然后找正螺栓位置，考慮混凝土澆筑后的收縮，螺栓的安裝標(biāo)高高出設(shè)計標(biāo)高10mm。螺栓位置和標(biāo)高找正后將墊片點焊于橫梁上，最后利用經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀進(jìn)行螺栓位置及標(biāo)高的檢查驗收，合格后澆筑混凝土。

5 混凝土技術(shù)

5.1 混凝土原材選擇

為保證混凝土的防腐、抗?jié)B性能，經(jīng)混凝土配合比設(shè)計及試配后確定混凝土骨料及外加劑為：普42.5水泥，中砂，5mm～25mm石子，SRA-Ⅱ防腐劑及ZY膨脹劑。池底中間部位設(shè)置混凝土加強帶，加強帶外側(cè)用小膨脹劑混凝土（外側(cè)摻ZY膨脹劑7%～8%）。加強帶為用大膨脹混凝土（加強帶外內(nèi)摻9%～10%），混凝土等級提高一個強度等級，并盡量減少水灰比，水灰比≤0.50。

5.2 混凝土澆筑

該工程池壁一次澆筑高度8.5m，混凝土澆筑量約3000m3，池體內(nèi)縱橫9道墻體需與池壁同時澆筑，采用斜面分層法進(jìn)行澆筑，為保證混凝土連續(xù)澆筑，主要機械配置：混凝土泵車4臺，其中臂架長度42m，52m各兩臺，10m3混凝土罐車10輛。池壁混凝土由兩臺52m泵車從一點向相反方向進(jìn)行澆筑，兩臺42m泵車負(fù)責(zé)池壁內(nèi)板墻及連梁混凝土澆筑，局部平臂吊配合澆筑。

確保上層混凝土澆灌在下層混凝土初凝前完成。混凝土振搗采用12根插入式振搗棒振搗，振搗時每棒間距不大于500mm，梅花狀分布，振搗時間20s～30s，以混凝土表面不再顯著下沉、無氣泡冒出、表面泛出水泥漿為宜。保證做到不過振、不漏振。混凝土振搗棒應(yīng)伸入下層混凝土5cm左右，澆筑嚴(yán)禁“多點開花”，采用泵車澆筑為主，局部塔吊配合澆筑。

5.3 混凝土養(yǎng)護(hù)

澄清池底板及部分設(shè)備基礎(chǔ)為大體積混凝土，加強施工中的溫度控制：在混凝土澆筑之后，做好混凝土的保溫保濕養(yǎng)護(hù)，緩緩降溫，充分發(fā)揮徐變特性，減低溫度應(yīng)力。加強測溫和溫度監(jiān)測與管理，隨時控制混凝土內(nèi)的溫度變化，內(nèi)外溫差控制在25℃以內(nèi)，基面溫差和基底面溫差均控制在20℃以內(nèi)。在結(jié)構(gòu)完成后及時回填土，避免其側(cè)面長期暴露。在基礎(chǔ)中心線上距底板150mm處及基礎(chǔ)中心預(yù)埋測溫管引出測溫導(dǎo)線,在混凝土表面再設(shè)一測溫探頭。在大體積混凝土施工中，必須考慮溫度應(yīng)力的影響，并設(shè)法降低混凝土內(nèi)部的最高溫度，減小其內(nèi)外溫差。溫度應(yīng)力的大小，又涉及結(jié)構(gòu)物的平面尺寸、結(jié)構(gòu)厚度、約束條件、含鋼量、混凝土的各種組合材料的特征等多種因素。所以，必須采用溫度差和溫度應(yīng)力雙控制的方法以確保混凝土的質(zhì)量。以澄清池設(shè)備基礎(chǔ)為例進(jìn)行闡述，選用混凝土表面覆蓋一層塑料布之上覆蓋一層棉被然后再覆蓋一層塑料布的養(yǎng)護(hù)措施。

5.3.1 溫度差控制

水泥水化熱引起的混凝土最高溫升值計算：

取最大值66.16℃約為66.2℃。

混凝土表面溫度計算。

溫度差計算ΔT。

混凝土中心溫度與表面溫度之差：ΔT=66.2-46.3=19.9℃＜25℃

所以從溫度差角度上(混凝土表面覆蓋一層塑料布之上覆蓋一層棉被然后再覆蓋一層塑料布)滿足防裂要求。

5.3.2 溫度應(yīng)力控制

式中：

σ——混凝土的溫度（包括收縮）應(yīng)力（N/mm2）；

E（t）——混凝土的彈性模量（N/mm2），一般取平均值；

α——混凝土的線性膨脹系數(shù)，取10×10-6（1/℃）；

S（t）——考慮徐變影響的松弛系數(shù)，一般取0.3～0.6；

R——混凝土的外約束系數(shù)，當(dāng)為巖石地基時，R=1，當(dāng)為可滑動的墊層時，R=0，一般土地基取0.25～0.5。

按3天齡期查表計算，溫度應(yīng)力為：σ Ft（3）=0.8×2×（lg3）2/3=0.98N/mm2（大于溫度應(yīng)力，故滿足要求）

按5天齡期查表計算，溫度應(yīng)力為：σ=0.76N/mm2Ft（5）=0.8×2×（lg5）2/3=1.26mm2（大于溫度應(yīng)力，故滿足要求）

按7d齡期查表計算，溫度應(yīng)力為：σ=0.96N/mm2Ft（7）=0.8×2×（lg7）2/3=1.43mm2（大于溫度應(yīng)力，故滿足要求）

按15d齡期查表計算，溫度應(yīng)力為：σ=1.5N/mm2Ft（15）=0.8×2×（lg15）2/3=1.78N/mm2（大于溫度應(yīng)力，故滿足要求）

故可控制裂縫出現(xiàn)，采用混凝土表面覆蓋一層塑料布之上覆蓋一層棉被然后再覆蓋一層塑料布的方法，混凝土養(yǎng)護(hù)工作在混凝土終凝后應(yīng)立即進(jìn)行。

6 防腐技術(shù)

根據(jù)工程所在地環(huán)境條件及工程要求，池體防腐采用PEGR-N/YE環(huán)氧玻璃鋼防腐：池底5mm，池壁、頂板（包括梁側(cè)面、底面）3mm厚，防腐面積約4000m2。施工工藝流程及方案：基層處理→刷錨固底膠層→刷環(huán)氧樹脂膠泥1mm→粘貼0.2mm聚碳酸酯網(wǎng)格布10-12層→面層0.2mm聚碳酸酯粘2層。

首先用磨光機將模板拼縫處混凝土磨平，將突出混凝土表面對拉螺栓用角磨機磨平，并刷防銹漆處理。將凹陷部位用砂漿抹面找平。然后用軟毛刷將混凝土表面清理干凈。視底部情況，可增加一道水泥砂漿找平層，收面壓光，然后，用毛刷、滾筒蘸打底料在基層上進(jìn)行二次打底，打底后采用間斷粘貼法進(jìn)行玻璃布粘貼，粘貼順序先池壁后池底，搭接寬度不小于50mm，各層搭接縫應(yīng)互相錯開。鋪貼時玻璃布不要拉得太緊，達(dá)到基本平衡即可，在涂布上涂刷膠結(jié)劑一層，待其初步固化后，不沾手時，再鋪貼第二層依次類推，最后涂刷面層料，面層料要求有良好的耐磨性和耐腐蝕性，表面要光潔。

7 結(jié)束語

海水預(yù)處理系統(tǒng)是實現(xiàn)水資源利用的開源增量技術(shù)，可以保障沿海居民用水和工業(yè)鍋爐補水等穩(wěn)定供水，所以大型海水預(yù)處理水池將成為沿海工業(yè)建筑的重要組成部分，一套成熟的施工方案不僅為施工現(xiàn)場管理及企業(yè)招、投標(biāo)提供科學(xué)的依據(jù)，也將使企業(yè)在未來激烈的市場競爭中占據(jù)優(yōu)勢地位。