大型高架圓形設(shè)備基礎(chǔ)施工技術(shù)

□文/張鵬飛

大型高架圓形設(shè)備基礎(chǔ)施工技術(shù)

□文/張鵬飛

文章以天津鋼管集團公司460大型鋼管廠環(huán)形爐基礎(chǔ)施工為例，對大體積混凝土溫控技術(shù)、電渣壓力焊接技術(shù)、高架結(jié)構(gòu)施工、PHC管樁等多項施工技術(shù)進行了探索與創(chuàng)新。

大體積混凝土；高架結(jié)構(gòu)；弧形模板；電渣壓力焊接；PHC管樁

工程概況

天津鋼管集團公司460大型鋼管廠環(huán)形爐基礎(chǔ)為樁承臺高架圓形結(jié)構(gòu)，中徑48 m，材料為鋼筋混凝土，混凝土強度等級C25，鋼筋級別HRB335。整個基礎(chǔ)主要分為樁承臺、框架柱、高架基礎(chǔ)3部分，混凝土澆注總量為5 200 m3，鋼筋用量480 t。環(huán)形爐斷面見圖1。

高架基礎(chǔ)直接承受爐體重量，呈圓形，在環(huán)向放射狀預留環(huán)形爐支承輥及定心輥底座螺栓孔，共912個。高架基礎(chǔ)板厚1.2 m，徑向設(shè)置11道50 mm寬的伸縮縫，將圓形基礎(chǔ)分成11塊弧形段。樁承臺厚1.5 m，混凝土要求一次性整體澆注，不留變形縫，支承樁采用PHC管樁，樁長24 m。樁承臺與高架基礎(chǔ)之間環(huán)列布置截面為900 mm×900 mm框架柱，用電渣壓力焊連接柱主筋。

工程特點

（1）承臺一次性澆注混凝土量大，屬大體積混凝土，內(nèi)部溫度裂縫控制是關(guān)鍵點。

（2）高架基礎(chǔ)施工平面荷載大，支承需通過計算進行布置。

（3）圓弧形基礎(chǔ)預留螺栓孔、異形模板、弧形鋼筋等工序施工要求有精度較高的測量控制。

（4）±0.0以上混凝土為清水混凝土，觀感質(zhì)量、外形尺寸要求高。

施工工藝

測量定位→樁承臺施工→框架柱施工→高架基礎(chǔ)施工→交付安裝。

樁承臺施工

管樁施工

環(huán)形爐基礎(chǔ)地基處理為PHC高強預應力管樁，管樁呈環(huán)狀分布，直徑φ500 mm，單樁豎向極限承載力為2 800 kN，管樁長 24 m，分2節(jié)，樁頂標高以伸入承臺100 mm為準。沉樁產(chǎn)生困難時，以貫入度值控制。

管樁沉樁方式采用錘擊，錘重5 t，樁架選用D-308S型履帶式樁架。管樁施工遵循“先進場樁先打”的原則施工，沉樁順序為由內(nèi)環(huán)向外環(huán)施工，管樁施工分為插樁→錘打→接樁→送樁。

（1）插樁。插入第一節(jié)管樁時，要保持位置方向正確。開始要輕輕打下，認真檢查，若有偏差應及時糾正，必要時要拔出重打。校核樁的垂直度采用垂直角，即用兩個方向(互成90°)的經(jīng)緯儀使導架保持垂直。通過樁機導架的旋轉(zhuǎn)、滑動及停留進行調(diào)整。

（2）錘打。因地層較軟，初打時可能下沉量較大，要低提錘，輕打下，隨著沉樁加深，沉速減慢，起錘高度可漸增。注意不使管樁受到偏心錘打，以免管樁受彎。每根樁宜一次打完，不要中斷，以免難以繼續(xù)打下。

（3）接樁。接樁節(jié)與原樁節(jié)的軸線一致，兩施焊面上的泥土、油污、鐵銹等預先清刷干凈。當下節(jié)樁的樁頭距地面1～1.2 m時，即可進行焊接接樁。接樁時可在下節(jié)樁頭上安裝導向箍，以便新接樁節(jié)的引導就位。上節(jié)樁找正方向后，對稱點焊4～6點加以固定，然后拆除導向箍。施焊第一層時，宜適當加大電流，加大熔深，保證焊接質(zhì)量。

（4）送樁。為將管樁打到設(shè)計標高，需要采用送樁器。送樁器的原則是打入阻力不能太大，容易拔出，能將沖擊力有效地傳到樁上并能重復使用。

打樁過程中做詳細記錄，樁施工完后，樁身以低應變檢測樁身的完整性,以高應變檢測樁的極限承載力。

開槽施工

環(huán)形爐基礎(chǔ)樁承臺埋深在-1.5～2 m，開槽以1∶0.72放坡直接進行開挖，選用2臺0.5 m3反鏟挖土，自卸汽車配合運土。定位放線后兩臺反鏟以同一徑向位，往相反方向運行施工。在挖土過程中基槽兩側(cè)各放出500 mm工作面，邊坡要及時進行修整，同時基槽底預留200 mm厚土層進行人工挖除，保護管樁不受損壞及原土不被擾動。

挖土結(jié)束后驗槽，然后澆注100 mm墊層混凝土，對高低差部位采用支模澆注45°造型混凝土處理，待墊層混凝土強度達到70%后進行樁頭處理。

在樁頂焊接φ16 mm@10 mm“L”型鋼筋，錨入承臺650 mm，同時管樁孔內(nèi)澆注混凝土，高度1.3 m,下用3 mm厚鋼板封堵。當個別管樁需截樁，在管樁孔內(nèi)1.1 mm深處放置5 mm厚鋼板，鋼板上方焊接φ18 mm@6 mm鋼筋，錨入承臺750 mm。

承臺施工

（1）鋼筋綁扎。環(huán)形爐基礎(chǔ)承臺鋼筋的分布呈放射狀和圓弧形兩種，其間距較難控制。因此采用在墊層上劃線與用適長卡尺固定綁扎相結(jié)合的方法。卡尺上按圖紙間距布置有槽口，將鋼筋兩端用卡尺的槽口卡牢，待鋼筋綁扎牢固后取去卡尺，即成要求間距的網(wǎng)片。底板鋼筋保護層用預制墊塊控制，避免下?lián)?，保持平整。同時鋼筋兩端加焊短鋼筋頭，頂在兩側(cè)模板上防止變形。側(cè)壁的鋼筋保護層則設(shè)角鋼線桿加以控制。

（2）模板支設(shè)。環(huán)形爐基礎(chǔ)樁承臺施工模板采用木質(zhì)多層板。施工時,在多層板外側(cè)間隔250 mm設(shè)置一道50 mm×80 mm的木方，用鋼釘與多層板固定。多層板之間接縫要平整、嚴密。支模前，應根據(jù)控制線在墊層上用全站儀、弧形尺劃出模板位置線，然后將φ20 mm的鋼筋頭焊接于墊層預埋支模鐵件上，使鋼筋端頭正好頂在模板內(nèi)側(cè)?？紤]到環(huán)形爐基礎(chǔ)斷面較大，為防止模板變形，模板加固采用外頂內(nèi)拉的施工方法，即外側(cè)用φ48 mm鋼管打入地下,腳手管斜撐進行打頂，里邊用φ16 mm對拉螺栓加固。

（3）混凝土施工及溫控措施。環(huán)形爐基礎(chǔ)承臺澆注選用2臺泵車從基礎(chǔ)的同一點開始，沿圓周方向相向澆注，然后在最后一點閉合。每臺泵車澆注1/2弧，每臺泵車站位于1/4弧處，各挪動一次澆注完成。澆注采用斜面分層、逐層振搗，振搗工作從澆注層的下端開始逐漸上移，實施快插、慢抽、緩移動的原則，避免漏振、過振。

為控制大體積混凝土溫度收縮裂紋，對混凝土配合比進行調(diào)整，采用水化熱低的礦渣水泥，摻外加劑、粉煤灰等；加快澆注速度，防止產(chǎn)生離析分層現(xiàn)象；基礎(chǔ)混凝土要求連續(xù)澆注，為保證施工中不留泠縫，在混凝土中摻緩凝劑，將初凝時間控制在10～12 h；澆注完畢后及時覆蓋塑料布一層、毛氈二層，根據(jù)測溫記錄控制溫差在25℃以內(nèi)，降溫速度≯1.5℃/d，拆模后應立即回填土，防止混凝土晚期裂縫。

在基礎(chǔ)的不同部位和原度放置測溫點，測溫元件采用粗鋼筋固定，將測溫元件所用電線纏繞在鋼筋上，將測溫元件的電極頭根據(jù)埋設(shè)位置布設(shè)好，再用隔熱效果好的巖棉片將測溫元件的電極頭與鋼筋隔開固定好。在澆注混凝土之前將測溫元件按位置固定好?；炷翝沧⑼?2 h后，開始測溫并做測溫記錄?；炷羶?nèi)部溫度與表面溫度及天氣溫度同時測試，如發(fā)現(xiàn)內(nèi)外溫差＞25℃或降溫速度＞1.5℃/d時要及時采取措施。

框架柱施工

環(huán)形爐框架柱截面900 mm×900 mm，在承臺施工時柱主筋按設(shè)計要求進行預插，柱主筋連接采用電渣壓力焊，模板采用光滑面多層板。

電渣壓力焊工藝

（1）引弧過程。用焊接機頭將上下鋼筋的待焊接端部夾緊并保持兩鋼筋的同心度，在接合處放置直徑≮1 cm鐵絲圈，使其與兩鋼筋端緊密接觸，然后將焊劑灌入熔劑盒內(nèi)，封閉后，接通電源，引燃電弧。

（2）電弧過程。引燃電弧后，產(chǎn)生的高溫將接口周圍的焊劑充分熔化，在氣體弧腔作用下，使電弧穩(wěn)定燃燒，將鋼筋端部的氧化物燒掉，形成一個渣池。電弧過程通電時間為18 s。

（3）電渣過程。當渣池在接口周圍達到一定的深度時，將上部鋼筋徐緩插入渣池中，此時電弧熄滅，進入電渣過程，此過程通過渣池的電流加大，由于渣池電阻很大，因而產(chǎn)生較高的電阻熱，使渣池溫度可升至2 000℃以上，將鋼筋快速熔化。電渣過程通電時間為6 s。

（4）頂壓過程。當鋼筋端頭均勻熔化到一定量時，立即進行頂壓，將熔化的金屬和熔渣從結(jié)合面擠出，同時切斷電源，頂壓力為250 N。

施工完電渣壓力焊接頭，去掉渣皮逐個進行外觀檢查，焊包應均勻，凸出鋼筋表面的高度≥4 mm。同時每300個鋼筋接頭隨機切取3個試件做拉伸試驗，試驗結(jié)果不得低于Ⅱ級鋼筋的抗拉強度標準值。

柱模支設(shè)與混凝土澆注

由于框架架柱為清水混凝土，觀感質(zhì)量要求高，模板選項用高潔面的多層板，柱角用三角木條，三角條一邊加工成內(nèi)弧形，使柱角澆注完后呈圓弧形，既美觀，又防止由于柱角處混凝土振搗不密實，發(fā)生撞損破壞的現(xiàn)象。

模板支設(shè)除了采用外箍法外，增加了對拉螺栓，上下間距600 mm，對拉螺栓在柱內(nèi)部套φ18 mm的PVC管，在澆注完混凝土后對拉螺栓取出可重復利用。

框架柱澆注高度在距高架基礎(chǔ)板底150 mm，澆注過程中要保證混凝土保護層厚度30 mm，混凝土澆注時要派人觀察模板及支撐，如出現(xiàn)異常，應立即停止?jié)沧ⅲM行補強加固。澆注并拆模后的框架柱用干水泥將柱面的小氣孔擦拭封堵。

高架基礎(chǔ)施工

環(huán)形爐基礎(chǔ)高架部分為圓形板式結(jié)構(gòu)，混凝土表面有高低差。放射狀、圓弧形鋼筋綁扎，側(cè)模支設(shè)，混凝土澆注等同樁承臺。高架基礎(chǔ)的關(guān)鍵在于預埋螺栓盒及鐵件定位。

預留螺栓盒及鐵件定位

環(huán)形爐基礎(chǔ)的定位放線（十字中心線）必須依據(jù)樁位圖給定的坐標進行引測，根據(jù)圖紙定出環(huán)形爐的中心點，該中心控制點基礎(chǔ)單獨施工，預埋不銹鋼作為永久控制點使用。同時在其上方制作一個測量用平臺。

高架弧形設(shè)備基礎(chǔ)定位放線中最重要的一環(huán)就是地腳螺栓盒的定位與線架設(shè)置。為了確保環(huán)形爐平臺上螺栓盒安裝的準確性，沿環(huán)形爐基礎(chǔ)圓弧內(nèi)外側(cè)設(shè)置線架，在線架處作混凝土基礎(chǔ)，表面上埋設(shè)鐵件用來固定線架立柱。線架立柱采用工字鋼，間距2 m，環(huán)形線板用槽鋼，對角線上的立柱必須在同一條直線上。螺栓盒的定位采用極坐標定位，弦長檢查的雙控手段，即根據(jù)圖紙所示的極角和極徑，用測量儀定出位置，然后利用三角函數(shù)關(guān)系計算出相鄰螺栓夾角所對的弦長，依照所得數(shù)據(jù)用鋼尺檢查。

在安裝螺栓盒前，首先檢查螺栓線架的剛度和穩(wěn)定性，根據(jù)圖紙螺栓是以組為單位的，所以螺栓盒安裝要以每組進行。先計算出一組螺栓盒的位置，把測量儀器固定好，將該組中每個螺栓的位置用紅鉛筆劃在槽鋼上，用鋼鋸條割出痕跡，再用儀器重新檢查一次，準確無誤后，將鋼絲掛在線架上，螺栓盒依據(jù)鋼絲定位固定。其他組螺栓以此順序安裝。

基礎(chǔ)交付安裝

環(huán)形爐高架基礎(chǔ)施工完畢，按照方案將模板拆除，混凝土基礎(chǔ)表面彈設(shè)竣工軸線并進行復測，做工序交接，交付環(huán)形爐設(shè)備安裝。

結(jié)語

通過天津鋼管集團公司460大型鋼管廠環(huán)形爐基礎(chǔ)的施工分析，綜合應用了大體積混凝土溫控技術(shù)、高架結(jié)構(gòu)支撐計算、弧形模板支設(shè)、電渣壓力焊技術(shù)以及PHC管樁施工等技術(shù)并在某些方面進行了探索與創(chuàng)新。

（1）大體積混凝土內(nèi)部測溫技術(shù)，由原來混凝土中預埋管，用玻璃溫度計測量，改為熱電耦與數(shù)字測溫計相配合的監(jiān)測技術(shù)，做到了信息化管理，達到預期效果。

（2）弧形鋼筋綁扎采用了定形卡具，弧形異形模板采用了定型預制木模，節(jié)省了勞動力，提高了工作效率。

（3）圓形基礎(chǔ)預留螺栓孔的高精度測量，保證設(shè)備安裝順利進行。

（4）電渣壓力焊工藝是豎向鋼筋接頭中的應用，比其他如氣體壓力焊、錐螺紋機械連接、電弧焊等縮短了時間，加快了進度，同時保證了工程質(zhì)量。

（5）PHC管樁采用錘擊方式并按合理順序施工，減弱了土體因打樁承受的應力，防止周圍的基礎(chǔ)位移，從而保證了各工序、各基礎(chǔ)同步施工。

［1］江正榮.大型設(shè)備基礎(chǔ)施工技術(shù)［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997.

［2］江正榮.2005年建設(shè)部重點推廣建筑業(yè)10項新技術(shù)應用手冊［M］.天津：天津電子出版社，2005.

［3］建筑施工手冊編寫組.建筑施工手冊［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

TU745.7

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1008-3197（2010）06-20-03

2010-11-03

張鵬飛/男，1974年出生，工程師，中冶天工渤海分公司技術(shù)中心，從事建筑工程技術(shù)和管理工作。