某污水处理厂水工构筑物混凝土施工技术分析.pdf

2 1 0 管理施工 城 市道桥 与防洪 2 0 1 4 年 8 月第 8 期 某污水处理厂水工构筑物混凝土施工技术分析 王 文辉 ， 刘欣 ， 玉 海 珑 ( 1 天津城建设计院有限公司， 天津市 3 0 0 1 2 2 ；2 天津城建设计院有限公司， 天津市 3 0 0 1 2 2 ； 3 天 津市 南港工 业 区开发有 限公 司 ， 天津市 3 0 0 2 8 0 ) 摘 要： 主要研究某污水处理厂混凝土施工技术。 首先从混凝土原材料、 配比方面论述如何通过材料选择、 控制及合理设计混 凝土配合比， 来保证水工构筑物混凝土产品质量。其次针对污水处理厂工程 自身特点及水工构筑物混凝土薄壁、 超长、 超厚， 抗裂、 抗渗要求高等特点， 论述通过对水工构筑物混凝土运输、 浇注 、 保温、 养护、 预应力二次张拉、 膨胀加强带设置 、 隔离层设 置等施工技术措施应用， 保证混凝土施工质量， 使混凝土工程符合设计要求， 保证工程正常使用。 关键词 ： 混凝土 ； 水化热； 抗裂； 抗渗 中图分 类号 ： T U 9 9 2 0 5 文献 标识码 ： B 文章编 号 ： 1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 4) 0 8 0 2 1 0 0 4 0 前言 随着我国 国民经济的快速发展 ，城市规模 的 扩大， 以及人民生活水平的提高， 水资源的供需矛 盾 日益尖锐 ，水资源污染及供水不足矛盾逐年加 剧。为彻底解决水资源污染及供水紧张状况， 我国 各级政府加大了对给水及污水处理工程建设力 度 ，各类 级别 给水及污水处理厂项 目纷纷开工建 设 ， 为绿化 、 农 田及 城市 回用水 、 工农 业及居 民用 水提供充足的水源等方面具有非常重要的意义。 本文根据水工构筑物混凝土特殊特点( 超长、 底板 超厚、 薄壁 、 抗裂、 抗渗要求高等特点) ， 结合某污 水处理厂项 目阐述水 工构筑物混凝 土施工技 术 ， 为今后类似工程建设提供些借鉴意见。 1 工程概 况 本工程 主要水工构筑物包括粗 格栅间及进水 泵房 、 细格栅间及曝气沉砂池 、 曝气池 、 终沉池 、 消 化池 、 储泥池等。 2 混凝 土工程特 点及难点 分析 本工程混凝土浇筑量约 7万 m3 ，混凝 土浇筑 量大， 抗渗、 抗裂要求高。混凝土工程质量对水厂 正常运行起决定性作用。本工程混凝土工程具备 如下特点及难点 。 2 1 抗裂、 抗渗要求高 本工程 主要结构为水工构筑物 ， 混凝 土抗裂 、 抗渗是本工程结构施工第一控制要点，确保混凝 土结构 自防水功能，使混凝土刚性防水满足设计 功能需要的 目的。本工程混凝土抗渗等级 s 6 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 4 2 2 作者简 介 ： 王文辉 ( 1 9 7 1 一 ) ， 男 ， 河北 藁城人 ， 高级工程 师 ， 从事 市政能源、 码头航道 、 海洋工程水文、 动力环境研究工作。 S1 2。 2 2大体积混凝土 本工程消化池底板厚 1 2 0 0 m m， 面积 3 1 4 m z ， 一 次性浇筑， 属大体积混凝土。如何确保该部分混 凝土浇筑质量， 避免混凝土有害裂缝产生 ， 为本工 程混凝土质量控制重点之一。 2 3混凝土结构超长 、 底板浇筑面积大 本工程工期短 ， 为加快施工进度 ， 确保本工程 顺利完工， 结构设计中本工程曝气池底板 、 池壁一 次浇筑长度 2 2 3 0 m、粗格栅间及进水泵房底板 、 池壁一次浇筑长度 3 4 7 IT I 、 曝气沉砂池底板 、 池壁 一 次浇筑长度 2 5 IT I 、 终沉池 5 0 m直 径底板 、 池壁 混凝 土一次浇筑 ， 消化池 2 0 m直径底板 、 池壁混 凝土一次浇筑 ， 作为地下水工构筑物 ， 以上结构均 为超长结构。如何确保混凝土浇筑质量 ， 避免混凝 土有害裂缝产生 ，为本 工程混凝 土质量控制重点 之 一 。 2 4 施工季节气温高 本工程主体结构集中5 9月施工， 正值江西高 温季节 ， 日最高温度 4 0 。 严重影响混凝土浇筑质 量 。如何克服高温天气影响 ， 确保混凝土浇筑质量 是本工程重点之一 。 3 混凝土配合 比设计 、 运输 、 浇筑、 振捣 3 1 混凝土原材料及配 比 ( 1 ) 水泥采用抗渗好的普通硅酸盐水泥。 ( 2 ) 石子为满足构筑物抗裂性和混凝土泵送采 用符合筛分 曲线 ， 级配 良好卵石 ， 粒径 54 0 m m。 ( 3 ) 砂采用中砂。 ( 4 ) 粉煤灰采用二级粉煤灰。 ( 5 ) 混凝土配合比原则： a 在满足工程设计前提下 ，尽量减少单体 积 水泥用量 ， 在满足施工工艺前提下， 尽量减少混凝 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4 年 8 月第 8 期 城 市道桥 与防洪 管理施工 2 1 1 土浇注过程 中水用量 。 ( 3 ) 输送管道采用脚 手钢管牢 固固定 ， 避免浇 b 尽量降低混凝土养护、 硬化过程中收缩 ， 降 低外约束程度 。 ( 6 ) 混凝土配合比技术措施： a掺加粉煤灰， 用量为水泥用量 2 0 ( 终沉池 及消化池池壁为预应力钢筋混凝土，该部分混凝 土掺加粉煤灰 用量为水泥用 量 1 5 )改善混凝 土 和易性 。 b 选用 能满 足混凝 土抗 裂性 和缓凝 时 间 ， 又 不显著降低混凝土早期强度 WG H E A高效复合 外加剂， 掺量 8 。 C 采用满足工艺前提下最小合理的砂率 。 d 合理确定混凝土水胶 比，降低混凝土用水 量 。 3 2 混凝土运输、 浇注 混凝 土运输考虑满 足混凝土浇注强 度 、初凝 时间 、接 缝要求等技术条件 ，并考虑 现场施工条 件 、 机械设备 、 场地条件 ， 本着经济 、 适用 、 合理前 提 ， 采用混凝土罐车运输( 本工程混凝土采用现场 附近设立混凝土搅拌站搅拌) ，结合工程设计具体 情况及 浇筑方法确定泵车配备数量 ，再 根据泵车 配 备数量 、 效 率 、 混凝 土每小 时浇筑 量 、 搅拌 运输 车技术性 能 、 车况 、 运距 、 以及场地道路情况确定 ， 减少混凝土在搅拌车内停留时间，有效降低混凝 土坍落度损失。 混凝土输送泵 车和搅拌运输车数 量及输送能 力计算 泵车数量 ： N = q 如一 7 7 ( 1 ) 式中： q 混凝土浇筑数量； q ，戢 _ 一 混凝土泵车输送最大排量。 搅拌车数量 ： n = q ( 6 0 l & + t ) 6 0 O ( 2 ) q m - q m。 叼 ( 3 ) 式中： 叼 泵车作业效率； q 一泵车计划排量； Q 混凝土搅拌运输车容量 ； 搅拌运输车车速 ； 搅拌站到施工现场距离 。 混凝土汽车泵灵活性大 ， 根据工程具体情况 ， 在使 用汽 车泵部位 ( 两 台 4 2 m泵 ) 适 当调 整位置 可保证混凝土浇筑顺利进行。氧化沟等无法采用 汽 车泵施 工部位采用混凝土地泵在混凝 土浇注过 程中使用， 地泵布置时注意以下几点。 ( 1 ) 管道配管短， 少量使用软管、 弯管、 弯度过 大弯头。 ( 2 ) 管路布置使泵送方向与混凝土浇筑方向相 反 。 注过程 中扰动钢筋 、 模板 。 3 3混凝土浇注 、 振捣 、 收面 混凝土浇注考虑结构具体尺寸 、结构形式 、 混 凝土施工特点采用混凝土地泵及汽车泵配合浇注。 混凝土浇筑方法采用分段、 分层浇筑。结合混 凝土泵车泵送能力， 混凝土供应能力 ， 混凝土初凝 时间来共 同确定每段长度 ， 分层均匀振捣 ， 控制好 浇筑速度 ， 在保证混凝土冷缝出现前提下， 减慢混 凝土浇筑速度 ， 控制好浇筑厚度， 以利于混凝土内 部水化热释放 ，防止混凝土产生较大沉缩及粗骨 料下沉 。以终沉池底 板为例 。 终沉池底板直径 5 0 m， 底板厚 6 5 0 m l n 。一次 性浇筑( 分两层 ) ， 底板在半径 1 0 m处开始设置 5 m宽环向膨胀加强带， 沿环向加强带向外侧设置 4条 5 m宽纵 向膨胀加强带。底板混凝土 C 2 5 ， 膨 胀加强带混 凝土 C 2 5纤维膨胀混凝土 ，终沉池底 板采用 两台 4 2 m汽车泵 ， 混凝土初凝时间控制在 8 1 2 h。 混凝土浇筑采用 由内到外 ，由低 向高的浇筑 顺 序 ， 将底板 按南北方 向划分 为两个施工 区， 每个 浇筑区混凝土浇筑顺序沿“ 之” 字形 向外侧推进 ， 加 强带外采用小膨胀混凝土， 浇筑到加强带采用纤维 膨胀混凝土，每次浇筑带宽由内向外由4 1 m 。 混凝土振捣采用插入式振捣器振捣器振捣时 间 1 5 3 0 s ， 以表 面出现浮浆 ， 不再沉落 ， 无气泡为 准 。振 捣器移动 距离不 大于振捣器 移动半 径 1 5 倍 ， 振捣上一层混凝土时 ， 插入下层混凝 土 5 c m。 在严格按照施工规范振捣混凝土的同时， 应 将结构预埋件 、 预埋管 、 橡胶止水带等部位 的振捣 质量作为控制要点 ， 较大预留洞口、 预埋管道、 橡 胶止水带等部位严格按先底部， 再两侧， 最后浇筑 盖面混凝土的顺序进行 ，两侧下灰高度基本保持 一 致 ， 同时振捣， 止水带部位严禁碰撞止水带 ， 并 设专人看护防止振偏 ， 保证其能收缩不渗漏水 ， 并 设专人随时敲击模板外侧 ， 确保预留洞 口、 预埋管 道、 橡胶止水带等部位混凝土密实 ， 严防因振捣不 实， 造成渗水通道。 水池底板混凝土压面质量的好坏将直接影响 到混凝土表面裂缝的产生 ， 抹压时先用刮扛找平 ， 然后用木抹搓压表面， 抹压分三遍进行， 最后一遍 须用铁抹子压光找平。最后一遍抹压收面在混凝 土初凝前进行。 4 混凝土温度与收缩裂缝控制 本 工程 为水工 构筑 物 ， 水池 混凝 土在浇筑 过 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 1 2 管理施工 城 市道桥与防 洪 2 0 1 4 年 8 月第 8 期 程中 ， 在终凝前 的沉实及在以后硬化 、 干燥及温度 变化的条件下 ，水池结构混凝土将引起收缩和裂 缝， 对水池耐久性、 承载能力和抗渗都会产生严重 影响， 为确保混凝土耐久性、 抗渗性满足水厂正常 运行 ， 混凝土抗裂是本工程混凝土工程重中之重。 针对混凝土主要裂缝 ，结合本工程具体设计 情况，采取如下技术措施控制裂缝产生数量及裂 缝宽度满足国家相关规范及结构正常使用功能。 - 4 1 降低水泥水化热 采 用抗 渗好 普通 硅酸盐水泥 ，严格检验水泥 质量，确保水泥凝结时间及安定性等指标符合标 准， 减少水泥用量 ， 降低混凝土发热量。 4 2 掺加粉煤灰 混凝 土中掺加粉煤灰 ， 降低水泥掺量 ， 减少混 凝土发热量， 延缓水泥水化热释放时间， 降低绝热 温升 ， 减少 混凝土离析及泌水( 终沉池及 消化池池 壁为预应力钢筋混凝土，该部分混凝土掺加粉煤 灰用量为水泥用量 1 5 ) 。 4 3 合理配料、 优化配合 比 结合江西当地地材情况，在满足施工工艺前 提下 ，混凝 土细骨料 采用 中砂 。粗 骨料采 用 5 4 0 m m卵石 ( 消化池 C 5 0混凝土采用从湖北购进 碎石 ) ， 在保证不适混凝 土离析前提下粗骨料颗粒 采用较大粒径， 以利降低水泥用量和水化热量 ， 同 时减少用水量 ， 是混凝土凝结收缩 、 泌水及 干缩减 少。 在搅拌站设置振动筛分系统， 控制粗细骨料级 配合理符合筛分曲线。 通过与砂石料厂配合 ， 并经 搅拌站筛分系统筛分， 严格控制粗细骨料级配、 含 泥量 。严格检验骨料质量 ，严 防骨料含碱 活性 物 质。混凝土配合比适当控制水灰比， 减少混凝土用 水量 。 4 4 降低 混凝土浇筑入模温度 大体 积 、 大 面积 、 超长池壁 、 底板 混凝土 浇筑 安排在 每天下午 6点后进行 。使混凝土温升起点 建立较低入模温度上 ， 降低混凝土峰值 ， 避免较大 温差 。 搅拌站混凝土搅拌用水采用深层地下水 ， 水 泥罐上部设置喷淋系统 ，砂石料场设置简易遮阳 装置。通过以上措施控制混凝土搅拌出机温度， 减 慢混凝土化学反应、 水化热释放速度。 4 5 隔离层设置 曝气池、 终沉池、 消化池、 粗格栅间及泵房等 于设计协商在大面积底板与垫层之间设置一油一 毡隔离层。减少垫层 昆 凝土对基础混凝土约束作 用 ， 有利于基础混凝土温度收缩变形时 自由收缩。 终沉池底板在墙体部位设计为杯口形式，杯V I 内 铺设 4 m m厚橡胶垫， 将墙体与底板隔离 ， 减少底 板混凝土对墙体混凝土约束作用，有利于墙体混 凝土温度收缩变形时 自由收缩。 4 6 提高混凝土极 限拉伸强度 搅拌站设专人管理配合 比， 电脑计量 ， 严格控 制混凝土出机坍落度 1 4 0 1 6 0 m m( 到达现场坍落 度维持 1 2 0 1 4 0 ra m) 。 池壁 、 柱及顶板 与池壁搭接处 、 底板混凝土 在 初凝之前， 对混凝土进行二次振捣， 通过二次振捣 使混凝土颗粒重新 排列 ，破坏原结构 毛细现象 和 初期界面结合， 排除因泌水在骨料、 水平钢筋下产 生孔隙，排除因水模及骨料下沉产生内部分层和 表面收缩出现塑性裂缝 ， 同时抑制轻骨料浮起 ， 使 级配结构较前致密 ， 改善混凝土质量 ， 增强混凝 土 密实性， 提高混凝土强度。混凝土施工完毕后加强 早期养护。 通过前期与设计院协商 ，在满足设计要求前 提下 ， 对终沉池 、 曝气池等超长结构墙体配筋采用 小直径钢筋 ， 加密间距， 适当提高配筋率。 通过以上措施 ，可以有效提高混凝土早期强 度和弹性模量 。 4 7 掺加 WG HE A高效复合外加剂 为满足结构使用要求， 针对本工程大体积、 超 长结构设计特点 ， 混凝 土中掺加 WG H E A高效复 合外加剂。其作用机理为 ： 当其掺人混凝土后 ， 与 水泥中的水化生成物发生化学反应 ，生成氢氧化 铝、氢氧化铁等胶体物质堵塞混凝土内的毛细通 道和孔隙， 从而起到降低混凝土孔隙率， 提高混凝 土密实性 ， 增强混凝 土抗渗性的作用， 同时生成 的 结晶体水化硫铝酸钙又具有一定膨胀性 ，使结构 自身在钢筋及临位限制下产生 自应力来抵消混凝 土干缩和徐变产生的拉应力 ，减小和消除混凝土 体积收缩， 达到提高混凝土抗裂性的 目的， 该复合 f , J u 剂包含减水作用 ， 对水泥颗粒起分散作用 ， 把 水泥凝聚体中包含水释放出来 ，使水泥达到充分 水化 ， 减少混凝土拌合用水 ， 降低水灰比， 改善和 易性 ， 增加流动性 。此外该复合外加剂还具有延缓 混凝 土的初凝 、 终凝 时间 ， 降低 水泥水化热 ， 避免 混凝土因温度应力而开裂的作用， WG H E A高效 复合外加剂掺量为胶凝材料 8 。 4 8 设置膨胀加强带 为保证水工构筑物正常使用 ，通常在现浇结 构每隔 2 0 4 0 m设后浇带，后浇带是一种扩大伸 缩缝间距和取消伸缩缝有效措施 ，但 后浇带一 般 需结构完成后两个 月后才 能浇筑 ， 工期延长 ； 另外 后浇带清理是一件十分麻烦 ， 繁重工作 ， 清理不 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4 年 8 月第 8 期 城 市道桥 与防洪 管理施工 2 1 3 好 ， 会成为渗漏隐患， 影响结构整体质量。本工程 工期短 ( 总工期 l 6个 月 ) ， 为加快 施工进 度 ， 本工 程终沉池设计中与设计协商没有采用常规后浇带 设计方法 ， 采用底板 、 池壁整体浇筑 ； 为确保工程 质量 ， 底板池壁基础处设计为杯 口形式 ， 池壁设置 环 向无粘结预应力 ，底板杯 口与池壁柔性连接措 施控制混凝土裂缝。 施工中针对本工程终沉池 5 0 m 直径底板( 厚 6 5 0 m m) 、 5 0 m直径墙体( 高 5 m、 厚 2 5 0 m m) 一次性浇筑结构设计特点 ， 在终沉池底板 及墙体混凝土 中设 置 4条膨胀加强带 。膨胀加 强 带设置混凝 土收缩 应力发生最大部位 ，膨胀 加强 带 宽 2 m， 带两侧 布置 5 m m 的密孔 钢丝 网 ， 将 带 内混凝土与带外混凝土隔开。钢丝网垂直布置在 上下 两层 ( 或 内外两层 ) 钢筋 之 间 ， 并 均匀布 置在 上 下两层 ( 或 内外两层 ) 钢筋 之 间 ， 两 端分别 绑扎 在上下层( 或 内外层 ) 钢筋上 。 膨胀 加强带 内设 1 0 1 5 水 平温度钢 筋 ， 并 均匀布置在上下两层( 或内外两层 ) 钢筋之间， 水 平 温 度钢 筋 垂直 于 膨胀 加 强带 长度 方 向进 行 分 布， 两端各伸出膨胀加强带 2 m， 并固定在上下两 层 ( 或 内外两层 ) 钢筋上 。 膨胀 加强带部位混凝 土改为纤维膨胀 混凝土 即通过在混凝土中适量掺加聚丙烯合成纤维纤维 网同其它混合料一起加入搅拌机中拌合 ，当纤维 网拌人混凝土后， 成束的网线随着搅拌， 受到砂、 水 泥、 骨科的冲击就会张开， 形成无数单独纤维， 为保 证纤维均匀搅拌在混凝土中， 搅拌时间控制在 3 4 m i n ，由于纤维网次加强作用是一种物理而非化 学作用 ， 纤维 的加人 不需 要附加任何水 ， 故不需改 变原有配合 比。 纤 维膨 胀混 凝土 改善 混凝 土 自身结 构特 点 ， 从而提高混凝土抵抗收缩变形的能力 ，经现场试 配 ， 每立方 米混凝土 中纤 维掺量为 0 9 k g ； 膨胀 加 强带 混凝 土外 加剂 采用 WG H E A高 效复 合外 加 剂 ， 其 掺量 为 1 2 ， 比带 两侧混凝 土提 高 4 ， 以 确保混凝土接茬部位粘结强度。 4 9 预应力=次张拉 本工程终沉池及消化池设计环向无粘结预应 力 ， 为控制混凝土早期 裂缝产 生 ， 鉴 于以往 混凝土 抗裂经验 ，与设计 协商对终沉池及消化池采用 预 应力二次 张拉 ，初 次张拉时间控制在混凝 土浇筑 完毕， 混凝土强度达到设计要求 5 0 时( 现场留置 同条件 试块 ， 由试 验室进 行试压 提供数 据 ) 进行 ， 张拉应力控制为 4 0 o一。 4 1 0 大体积混凝土降温技术 本工程消化池直径 2 0 m， 基础底板厚度 1 2 0 0 mm， 为大体积混凝土， 为控制混凝土内部温度， 施工中 每 隔 3 m预 留 D1 0 0带 止水环钢 管深 7 0 0 m m， 养 护过程 中通过该预 留管可简易测定 昆凝土 内部温 度 ，并结合测温结果通过钢管内灌注冷水措施降 低混凝土内部温度及散热 ， 施工完毕后， 该孑 L 采用 C 5 0 膨胀混凝土填塞密实。 4 1 1 混凝土保温、 养护 本工程 主体结构 为水 工构筑物 ， 结构抗 渗 、 抗 裂要求高 。必须加强混凝土保温 、 养护 ， 避免裂缝 。 为防止混凝土内外温差过大及混凝土失水干缩引 起混凝土的开裂 ，保温主要结合混凝土测温结果 利用土工布结合塑料布， 控制混凝土内外温差。养 护对于底板、 墙体混凝土均采用蓄水法养护。具体 做法是 ： 待底板混凝土终凝后筑坝蓄水养护， 蓄水 深度 5 0 1 0 0 m m 。墙体养护采用在混凝土终凝以 后， 在墙顶沿墙体长度方 向接 D N 2 5 水管 ， 在水管 上每隔 1 0 0 mm钻 眼 ， 对墙体进行 2 4 h喷淋养护 ， 保证混凝土养护期间始终保持湿润 ，避免干湿交 替 。 结合本工程混凝土掺加粉煤灰、 抗渗、 抗裂特 点 ， 混凝土养护时间 2 0 d 。 5 结论 根据各池体满水试验观察， 无渗漏， 无有害裂 缝产生 ，标养 2 8 d强度试块及抗渗试块均达到设 计及规范要求，由此可见通过掺加高效 WG H E A 外 加剂 、 隔离层设置 、 二次张拉 、 混凝 土二次振捣 、 膨胀加 强带等技术应用 ， 能够保证连续浇筑超长 、 超高混凝土抗渗抗裂要求。但是需要指出的是： 我 们在合理选择外加剂和科学设计配合 比的基础上 必须严 把材料关 和施 工质量关 ，控制好混凝 土各 项 主要 技术指标 。针 对工程特点 ，采取合 理的浇 筑 、 振捣 和养 护方法 ， 严格按照 国家相关施工规 范 标准控制好各工序施工质量。只有通过综合措施 的实施， 才能收到实效 ， 保证工程质量。 参考文献 1 】孙训 方 ， 方 孝 淑 ， 关 来 泰 材 料力 学 【 M 北京 ： 高 等教 育 出 版社 ， 1 9 9 5 【 2 王莉萍 船舶结构局部应力有限元分析比较研究 D 】 _ 黑龙江哈 尔滨： 哈尔滨工程大学， 2 0 0 4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m