高性能混凝土在冻结井筒施工中的应用.pdf

总第1 2 9期 d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 5 2 7 9 8 2 0 1 0 0 7 0 0 8 高性 能混凝 土在冻 结井 筒施工 中的应 用 吕广同， 李振 民， 钟 占良 (中煤第一建设公司 第十工程处， 河北 邯郸0 5 6 3 0 0 ) 摘要 ： 随着矿井 深部煤层的开采 ， 采 用冻结法 施工 的井简 穿过 的表土层越 来越 深 ， 深厚表 土层冻 结施工 对井壁混凝土的强度和性能提出了更高的要求， 普通混凝土已很难满足井筒设计和施工需要 ， 而高性能混 凝土因其具有良好的物理力学性能、 工作性能和耐久性能， 在煤矿深厚冻结井井筒支护中被迅速推广应 用。文章结合工程实例详细介绍了冻结井筒中高性能混凝土施工的工艺和确保混凝土施工质量的施工方 法， 为提高高性能混凝土在冻结井筒中的施工质量提供了值得借鉴的经验。 关键词 ： 高性能混凝土 ； 冻结井筒 ； 应用 中图分类号 ： T U 5 2 8 3 1 文献标识码 ： A 文章 编号 ： 1 0 0 5 2 7 9 8 ( 2 0 1 0 ) 0 7 0 0 2 3 0 4 Hi g h Fu c t i o n Co n c r e t e i n Fr e e z i n g S h a f t Co n s t r u c t i o n L U Gu a n g - t o n g， L I Z h e n - mi n， Z HONG Z h a n - l i a n g ( T e n t h E n g i n e e r i n g D e p a r t m e n t o f t h e 瑚 C o a l C o n s t r u c t i o n C o m p a n y ， H a n d a n 0 5 6 3 0 0， C h i n a ) Ab s t r a c t： W i t h t h e d e e p mi ni ng o f t h e c o a l ， i t i s d e e pe r a n d d e e p e r o f a d o p t f r e e z i n g c o n s t r u c t i o n t hr o u g h t he s o i l d ee p f r o z e n c o n s t ruc t i o n o n t h e wall ma d e o f c o nc r e t e s t r e n g t h a n d p e rfo r ma nc e o f hi g h e r de ma n d，c a n n o t me e t t he n o r mal c o n c r e t e Sh a f t d e s i g n a n d c o n - s t r u c t i o n n e e d s ，a n d h i g hp e r f o rm a n c e c o n c r e t e b e c a u s e o f i t s g o o d me c h a n i c a l p r o p e r t i e s ，w o r k a b i l i t y an d d u r a b i l i t y ，d e e p f r e e z e i n t h e mi n e s haft s i nk i ng s u pp o rt ha s b e e n r a p i d l y d e v e l o p e d a nd a p pl i e d I n c o mbi na t i o n wi t h e n g i n e e ring e x a mpl e s de s c ribe d i n de t a i l i n t h e f r e e z e we l l b o r e c o n s t ruc t i o n pr o c e s s o f hi g h pe r f o rm a n c e c o n c r e t e a nd t o e ns u r e t he c o ns t ruc t i o n q uali t y o f c o n c r e t e c o n s t ruc t i o n me t h o ds ，i n o r d e r t o i mpr o v e t h e p e rfo rm a n c e o f c o nc r e t e i n t he c o n s t ruct i o n qu ali t y o f fre ez e we l l b o r e p r o v i de s a r e f e r e nc e e x p e rie nc e Ke ywo r d s： h i g h f u c t i o n c o nc r e t e； f r e e z e s ha f t ； a pp l i c a t i o n 高性能混凝土的施工对原材料的选择和施工工 艺提出了更高的要求 ， 如何 采取合理的施 工工艺和 质量控制措施确保混凝土施工能达到设计要求 ， 避 免出现质量问题 ， 是在冻结 井筒 中推广和使用高强 高性能混凝土的关键。 1 工程概况 吴桂桥煤矿属驻马店市引资建设 的一个矿井 ， 采用一对立井开拓 ， 设计生产能力 4 5万 t a ， 服务年 限 6 8 1 a ， 井 田位于驻 马店市驿城 区古 城乡境 内。 副井井筒净直径 5 2 I l l ， 井深 5 1 5 m。井筒表土段采 用冻结法施工 ， 冻结深度 4 2 0 m。 副井冻结段井壁设 计为双层钢筋混凝土结构 ， I I 级钢筋 ， 竖筋采用直螺纹连接 ， 环筋采用搭接方式 连接 ， 搭接长度 3 5 d 。内层钢筋保护层厚度 7 0 i n n， 外层钢筋保护层厚度 1 0 0 mm。井简外壁 与冻结 壁 之间铺设泡 沫塑料板 ， 内、 外 壁之 间铺 设塑料板 夹 层 。如表 1 。 混凝土强度等级为 C 3 0 C 4 0 C 5 0 C 5 5 C 6 0 ， 基 岩段井壁为单层素混凝土 ， 强度等级 C 4 0 。 2 井壁混凝土配合比设计 吴桂桥煤矿副井井筒混凝土配合 比设计由北京 建井研究所和中国建材院共同设计提供 。该混凝土 配合 比， 针对冻结井筒内、 外层井壁设计和施工对混 凝土性能的特殊要求 ， 对 内、 外层井壁混凝土设计了 不 同的混凝土配合 比， 见表 2 、 表 3 。设 计 中采用双 掺技术配制 C 3 0一C 6 0具 有低水化热 、 早强密实 防 裂的高性能混凝土。外壁通过掺入 J 8 5 1早强减水 剂提高混凝土的早期 、 后期强度 ， 改善混凝 土的施工 性能 ， 满足了外壁混凝土防冻 、 高强和快速施工的要 求 ； 内壁通过掺入 J Q防裂密实剂来补偿混凝土硬化 收稿 日期 ： 2 0 1 0 - 0 4 -0 5 作者简介： 吕广同( 1 9 6 3一) ， 男， 山西高平人， 高级工程师， 从事煤炭基本建设施工技术工作。 2 3 2 0 1 0年7月 吕 广同等： 高性能混凝土在冻结井筒施工中的应用 弟1 9 舂弟7 期 引起的体积收缩 ， 同时通过掺入粉煤灰 、 磨细矿渣来 减少水泥的用量 ， 降低水化热提高混凝土的密实性 ， 以防止混凝土出现温度和收缩裂缝 ， 提高内壁混凝 土的防水、 抗渗、 抗冻融 、 抗炭化及化学侵蚀能力， 使 混凝土具有 良好的耐久性 。 表 1 副井冻 结段 井壁结构主要技术参数 表 2 井简外壁混凝土配合比 k m 3 副井井筒混凝土施工工艺 冻结段外壁掘砌 ， 采用短段掘砌混合作业方式。 掘进采用小型挖掘机直接破土装罐配合人工多 台风 镐 、 铁锹掘进刷帮。外壁混凝土砌筑采用 3 5 m段 高 Y J M型液压整体金属模板砌壁。内壁混凝土浇 筑采用 1 0 m段高组合式金属模板， 自 下而上连续 进行。 采用 了 X s J 型洗石机机械冲洗石子 、 铲车机械 上料 、 电子 自动计量系统配料、 强制搅拌机进行混凝 土搅拌、 底卸式吊桶运输下料、 多口分灰器配合可伸 缩溜槽浇注混凝土、 多台高频电动振动棒振捣 的混 凝土施工工艺 ， 确保 C 4 0C 6 0高强、 高性能混凝土 的施工质量 。 1 ) 混凝土搅拌和配料系统。在井口1 0 m左 右建立 自动化混凝土搅拌站， 安装 2台 J S一 7 5 0双 卧轴强制型搅拌机 ， 每台出料容量 7 5 0 L ， 生产效率 3 7 5 4 2 5 m h 。安装 P L一1 2 0 0型配料机和 P L Y 型配料控制器一套。石子、 砂子由装载机供料入仓 ， 2 4 水泥使用散装水泥， 配套安装 6 0 t 水 泥罐两座 ， 采 用 2台螺旋输送机供料入仓 。外加剂提前用磅秤计 量分装成袋， 砂子、 石子 、 水泥均采用 电子累计计量 方式 ， 配料过程用 P L Y型配料控制器进行 自动化控 制 。 2 ) 混凝土的运输、 浇注和振捣。在搅拌站和 井口之间铺设 2 4 k g m、 9 0 0 m m轨距轨道 ， 搅拌后 的混凝土直接流人 1 6 m 底卸式 吊桶 中， 利用 J D 一 1 1 4 k W 调度绞车牵引运到井 口， 由主提升绞车 直接送入井下。下放到吊盘后 ， 通过分灰器配合可 伸缩溜槽流人模板内。从混凝土出料到混凝土下井 入模 ， 整个过程不超过 1 5 m i n 。 3 ) 模板 的组立 和拆除。井 筒外 壁完成 一个 段高 3 5 m掘进后 ， 铺设 泡沫板、 绑扎钢筋 ， 经验收 合格后， 下放单缝液压伸缩整体模板， 准备浇注混凝 土。模板由地面三台稳车悬吊， 当下放到预定段高 位置时 ， 靠液压油缸同时外伸， 使模板撑大至设计尺 寸 ， 下移到井底后， 利用井筒 中心线找好尺寸 ， 固定 牢固后即可进行浇注作业。 吕广 同等： 高性能混凝土在冻结井筒施工中的应用 第1 9卷 第7期 内壁 混 凝 土 砌 筑 采 用 金 属 装 配 式 模 板 ， 高 1 0 m， 自下而上 一次连续 浇注混凝土 套砌 内壁 至 井 口锁 口处 。套砌 内层井壁的施工顺序为除霜 、 铺 设塑料板夹层、 绑扎钢筋 、 立模 、 浇注混凝土。立模 时， 利用井筒 中心线 ， 确定模板立模尺寸 ， 达到设计 要求后即可浇注混凝土。混凝土 由安设在上层 吊盘 的分灰器入模 ， 人员在下层 吊盘进行模板组立 、 钢筋 帮扎和混凝土振捣工作。内壁砌筑时在吊盘下增设 一 个临时吊盘， 以便及时拆除砌筑内壁的模板。 4 高性能? 昆 凝土原材料选择和质量控制 4 1 施工原材料选择 1 ) 水泥 的选择 。用于生产 高性能混凝 土 的 硅酸盐水泥必须兼有较高的 2 8 d抗 压强度和高 的 流变性 ， 因此 ， 选用强度不低 于 4 2 5 M P a的普通硅 酸盐水泥 。选择质量信得过 的国有大厂水泥 ， 以保 证水泥质量的稳定性 ， 并通过试配来确定 。 2 ) 外加剂 的选择 。因外加剂 与水泥之 间存 在适应性问题 ， 配置高性能混凝土时 ， 必须通过实验 选择与所用水泥适应性好的外加剂 ， 并根据内、 外井 壁对混凝土性能的不 同技术要求 ， 由设计单位选择 不 同品种 ， 其性能指标应符合外加剂技术条件要求 。 3 ) 砂 、 石和水 的选择。砂子选用细度模数大 于 2 6的中、 粗砂 ， 含泥量不大于 1 0 。其它性能 应符合 J G J 5 2 9 2普通混凝土用砂质量标准及检验 方 法 的规定 。 石子选用粒径为 53 0 m m( C 3 0 、 C 4 0混凝土 ) 和 5 2 5 m m( C 5 0C 6 0混凝 土 ) 连续级配 的石灰 岩碎石 ， 含泥量不大于 0 5 。颗粒 中针 片状颗粒 含量不大于 5 ， 不得混入风化颗粒 ， 其它质量指标 应符合 J G J 5 3 9 2普通混凝土用碎石或卵石质量标 准及检验方法的规定 。 混凝土搅拌用水为厂区内饮用地下水 ， 其水质 应符合 J G J 6 3 8 9混凝土拌合用水标准 的要求。 4 2 加强原材料的采购、 存放和抽检工作 1 ) 施工 中采用豫龙 P 0 4 2 5散装水 泥， 不 同 批号进场的第一罐车水泥必须提供 3 d强度实验报 告和合格证 ， 由专职材料员和监理共 同进 行查验 和 取样后 ， 方可进行卸车装入水 泥罐 。现场抽检样 品 三天水泥实验强度合格后， 此批号水泥方可继续供 应和用于工程实体 。 2 ) 外加剂进厂均须有出厂合格证 ， 在使用前 抽样试验 ， 不合格的不准使用 ， 采购人员和施工人员 之间应有交接记录。 3 ) 砂、 石设专人按 要求定点采 购 ， 设 专人管 理和 固定 地点 堆放 。 4 ) 所购碎石 的材质、 颗粒 级配、 针 片状 含量 和含泥量等技术指标必须符合其质量要求 ， 经 目测 不合格者不准进场卸车 ， 石子进 场后采用洗石子机 提前进行机械冲洗 ， 严禁石子边 洗边进入混凝土搅 拌机进行搅拌施工。 5 ) 所购河砂 ， 首先 目测其粗 细程度 、 含 泥量 和直径大于 5 m m 的卵石含量 ， 如果不符合要求不 准进场卸车。 6 ) 各种材料存放应设有 明确 的标志， 标明材 料的名称 、 品种、 厂家 、 来料 13 期及使用部位。 7 ) 袋装 的不 同粉状材料 ， 堆放时应有堆放分 界标志 ， 以免错用 ， 同时必须采取各种防护措施 ， 防 止雨淋和受潮变质 。 8 ) 各种原材料到场后首先进行 自检 ， 自检合 格后通知监理进行现场验收卸车 ， 随后按标 准要求 进行监理见证取样和送检 ， 抽检结果合格后 ， 向监理 报送 工程材料 构配件 设备报审表， 经监理审核 签证后方可用于工程实体的施 工 ， 对发现的不合格 材料必须做出明确标志 ， 并及时清理出施工现场。 4 3人员培训 混凝土工程施工前 ， 组织有关技术人员及操作 人员进行培训 ， 使施工操作人员都 了解 内、 外井壁不 同标号混凝土的配制方法及质量要求 ， 提高施工人 员 的操作水平和质量意识 。使操作人员熟悉各工序 操作规程 ， 做到精心操作和精心施工 ， 以确保高性能 混凝土的施工质量。 4 4混凝 土配 比和 拌制 1 ) 对砂 、 石堆放料场和通往搅拌站 的砂石上 料道路作硬化处理 ， 并经常用水清洗保持料场和道 路干净卫生 。 2 ) 砂 、 石 材料采用铲车上料 ， 上料前铲 车铲 斗和轮胎用水冲洗干净。 3 ) 原材料用量计算准确无误 ， 严格控制在其 允许偏差范围内。砂 、 石 、 水泥的计量采用搅拌机 自 动电子计量系统进行计量 ， 并定期进行检查和调整。 外加剂采用人工用磅秤计量分装成袋 ， 并经常抽查 计量的准确性。原材 料 的计量误 差应符合下列 规 定 ： 水泥 1 ， 化 学 外 加剂 4 - 1 ， 矿 物 外 加 剂 4 - 1 ， 粗细集料 2 。 4 ) 水的计量采用实量的方法， 即据配合比和 坍落度确定每机搅拌用水量 ， 再据此实测继 电器的 抽水时间。冬季施工时， 采用把混凝土搅拌用水加 热至 7 O8 0的方法 ， 控制混凝土的人模温度不低 于 1 5 。 5 ) 混凝土采用 J S一 7 5 0强制式搅拌机拌制 、 每机的混凝土搅拌时间不小于 1 8 0 s 。 2 5 2 0 1 0年7月 吕广 同等： 高性能混凝土在冻结井简施工中的应用 弟1 9舂弟7期 6 ) 拌合 料 的上料 顺序 为 ： 石子一水 泥砂 子一外加剂一 水一搅拌机搅拌一 出料 。 7 ) 筑壁过程 中每小班 ( 68 h ) 至少抽查混 凝土坍落度两次， 发现坍落度不符合要求应及 时查 清原因预以纠正。 8 ) 每班应填写筑壁高度、 各种拌合料用 量、 坍落度、 人模温度抽验情况等原始记录。 4 5 混凝土的运输、 浇筑、 振捣和养护 1 ) 混凝土的运输采用底卸式吊桶下料， 用 平 板车把吊桶 自搅拌站运至井 口， 再用提升钩头将料 桶下放到吊盘， 卸人受料槽后经分灰器对称流入模 板里。在浇注期间， 井下振捣人员要不断的移动溜 槽 ， 使灰下放均匀。 2 ) 混凝土采用高频振捣器振捣 ， 混凝土较粘 稠时， 应加密振捣 ， 混凝土振捣应分层 、 对称 、 连续进 行 ， 每层厚 度不超过 3 0 0 mm， 且插 入下层 1 0 0 m m 责任到人 ， 确保混凝土振捣均匀 、 密实。 3 ) 混凝土的养护 ： 内层混凝土脱模后应进行 洒水养护 ， 每隔 3 0 rai n洒水养护一次， 每次洒水不 少于 2 0 k g ， 保湿期不少于 7 d 。施工中可在水管上 接一洒水接头 ， 以便洒水养护 。 4 6 试块制作与强度试验 1 ) 制作高性能混凝土试块宜采用标准振动 台振捣， 但对于坍落度大于 1 0 c m的混凝土仍采用 人工均匀振捣成型。 2 ) 试块制作完成后应抹平和编号 ， 并用塑料 膜封闭表面 ， 防止失水。 3 ) 试块制作好后放置在标准条件下静置 1 2昼夜后拆模 ， 并继续在标准养护条件下养护至规 定龄期。 4 ) 试块制作数量应较普通混凝土多一倍 ， 以 便测定混凝土的早期及后期强度变化 。 为宜， 井下振荡器不得少于 4台， 实行分 区振捣落实 副井井筒外壁混凝土试块检验结果表 4。 表 4 副井井筒外壁混凝土试块 强度检验 结果 5 结论 1 ) 先进的混凝土搅拌系统 、 合理的施工工艺 和严格 的质量保证技术措施是确保高性能混凝土施 工质量的关键 。 2 ) 高性能混凝土 的施工 ， 必须注重技术培训 工作 ， 尤其要求加强搅拌司机 和井下振捣人员的培 训和教育， 提高全体施工人员 的操作水平和质量意 识 ， 通过精心操作 、 精心施工来保证高性能混凝土的 施工质量 。 3 ) 高性能混凝土 ， 在施工过程 中应将坍落度 2 6 作为衡量混凝土搅拌质量的一项重要指标 ， 每班应 抽查测定不少于 2次 ， 如不符合要求应及时查清原 因预 以纠正 。 4 ) 散装水泥 以其运输 和储存使用方便 而被 推广使用， 但存在对其质量不易检查和控制的问题， 一 般均为边送边用 ， 一旦出现质量问题将直接影响 到工程实体混凝土的强度和施工质量， 因此在高性 能混凝土的施工中必须对水泥的选择和使用引起高 度重 视 。 5 ) 作为综合反映和评定混凝土的原材料、 配 比和搅拌质量的混凝土试块 ， ( 下转第 5 3页) 蒋守栋： 恒源煤矿选煤厂工艺流程的优化 第1 9卷第7期 不足 ， 造成浓缩池 内煤泥量积 聚， 影响洗煤生产 ( 浓 缩机电流大或运转压力 大， 只有停 车压滤 ) 或出现 压耙事故 。 4 ) 块精煤产率低 ， 限下率高。块精煤产率低 的主要原因是： 3 0 5精煤脱介筛前段分级筛孔为边 长 2 5 mm六边形 ， 开孔率低 ， 且 分级筛面面积不足 ， 导致 2 5 m m 以下小块煤均进入末精煤。 块煤限下率高的主要原 因是 ： 7 0 1末精煤胶 带 运力不足 ， 使得一部分末精煤 分配到 7 0 3块煤胶带 运输 ， 影响仓上分级效果 。 2 解决方 案 为生产质量合格的精煤产 品， 提高精块煤分级 效果， 降低浓缩池的人料浓度 ， 选煤厂在现有设备的 基础上对生产工艺进行了优化 。见 图 2 。 来 自 旋 流 器 精 矿l + 图 2 恒 源选 煤J工艺优化后 的部分 流程 1 ) 甩掉煤泥重介 系统 ， 磁选机入料量相对稳 定 。把 3 0 4精煤弧形筛和 3 0 5精煤脱介筛一段筛下 合格介质原进煤泥介质桶 ， 现改进合格介质桶 ， 3 0 4 精煤弧形筛筛下合格介质分流时进精煤稀介质桶 ， 煤泥重介旋流器弃 之不用。稀 介质桶 液位相对稳 定 ， 使精煤 、 中矸磁选机尾矿溢流易于调 节 ， 尾矿含 介量也控制在要求范围内( 0 2 6 g L ) 。 2 ) 精煤磁尾 进入浮选 ， 浮选尾矿 浓缩 回收。 精煤磁选机尾矿原经泵输送至浓缩旋流器浓缩 、 分 级 ， 回收粗精煤泥 ， 现改进浮选人料桶 ， 浮选尾矿则 经泵输送至浓缩旋流器分选 ， 其溢流进入浓缩池， 底 流经弧形筛和振动高频筛回收。浓缩池人料浓度降 低到 5 2 7 8 g L， 两 台压滤机完全能处理完浓缩池 内煤泥 ， 再未出现停车压滤和压耙事故。 3 ) 更 改精煤 脱介筛分级筛孔 ， 增加 开孔 率。 将 3 0 5精 煤脱 介 筛前 端 分级 筛 板 和盲 板 改换 成 5 0 m m1 5 m m长方形筛孔 的筛板 ， 增加了开孔率。 为解决筛 分 面积不 足， 在 前端 筛板 上焊 三道 高为 4 0 m m扁铁 ， 以降低煤流速度 ， 增加块煤筛分时间。 4 ) 末精 煤胶 带提速 ， 末精 煤 与块煤 分 开运 输。更换 7 0 1 末精煤胶带减速机和 电机 ， 对胶带进 行提速 ， 带速 增 加 到 2 5 r n s， 输送 能 力增 加 到 2 8 0 t h ， 3 0 6精煤离心机物料全部进入末精煤胶带 。 完善块煤分级制度 ， 规定在生产期间， 精煤仓防破碎 系统不得无故停用 ， 严禁不经分级 而直接进入块煤 仓 。 3 工艺优化后效果 通过工艺流程优化 ， 精煤 质量在生产环节中易 于控制 ， 外销精煤合格率达 到 1 0 0 。精煤磁选机 人料量相对稳定 ， 尾矿溢 流量 便于调节 ， 含介量 降 低。块煤分级效果 良好 ， 含末率降低到 1 7 ， 火车 装车时间由以前 4 0 ra i n 车减少 到 1 1 rai n 车 ， 整个 工艺系统满足了生产要求。 4 经济效益 这次工艺流程优化 ， 全部利用现有设备 ， 只新增 了部分管道 ， 并停用 了精煤泥 离心机、 原浮选尾矿 泵 、 煤 泥 合 格 介 质 泵 三 台 设 备 ， 减 少 用 电 功 率 2 2 7 k W， 以全 年 生产 3 0 0 d ， 每天 工作 1 6 h ， 电价 0 5 度计 算 ， 全 年节 省 电费 ： 3 0 01 6 X 2 2 7 0 5 1 0 0 0 0=5 4 4 8万元 。 精煤磁 选 机尾 矿含 介量 由 0 6 5 g L降低 到 0 1 8 g L ， 精煤稀介质流量 4 0 0 m h ， 介质价格 8 4 0 t ， 全年将节省磁铁矿粉费用 ： 3 0 01 6( 0 6 5 0 1 8 ) 4 0 0 8 4 0 ( 1 0 0 01 0 0 0 0 )= 7 5 8万元 。 责任编辑： 李月成 ( 上接第 2 6页) 必须引起重视 ， 应加强对高性能混凝 土试块 的制作 、 养护和存放管理 ， 建立标 准养护室 ， 安排专人负责 ， 及时进行试块强度试验 ， 以便及早发 现混凝土制作过程中出现 的问题 ， 确保 混凝土的施 工质量。 责任编辑 ： 李月成 53