立井大斷面垮塌區(qū)修復(fù)混凝土澆筑技術(shù)研究

程文博 顏雪文

（豐城曲江煤炭開發(fā)有限公司，江西 豐城 331136）

1 施工方案

曲江公司中央風井井筒原設(shè)計井深900m，井口標高+40.0m，凈直徑Φ7.0m，采用C30砼支護。因地壓與采動影響，-613.665m～ -680m段出現(xiàn)了嚴重損壞、垮塌，最大垮塌直徑22m，平均直徑10.9m。整個井筒已造成井底堵塞，無法繼續(xù)使用。

-613.665m～ -680m段井筒垮落段修復(fù)施工，首先進行錨網(wǎng)+錨索噴漿臨時支護，然后施工一層外層井壁。由于垮落段圍巖不規(guī)整，外層井壁厚度不一，最小約0.5m，最大約1.48m，配雙層鋼筋，外層井壁另采用Φ17.8預(yù)應(yīng)力鋼絞線（L=9.3m）加固。內(nèi)層井壁采用同標號混凝土一次性澆筑，大體積混凝土水泥優(yōu)先選用粉煤灰或礦渣硅酸鹽水泥，在澆筑過程中應(yīng)充分做好降溫散熱措施。-680m以上內(nèi)層井壁20m采用雙層鋼筋混凝土支護，其余地段采用單層鋼筋混凝土；-680m以下10m老井壁加固采用Φ32螺紋鋼樹脂錨桿+Φ17.8注漿錨索支護加固，同時在垮塌區(qū)下部堅硬巖層施工圓環(huán)小壁座一個（-680m標高附近）。在修復(fù)結(jié)束位置的老井壁向下10m布置10圈井圈（36#槽鋼）加強支護，并在垮落修復(fù)段與老井壁接茬處永久井壁澆筑完成后，進行壁后注漿加固圍巖。施工順序如下：

（1）下掘排渣、臨時支護及澆筑雙層鋼筋砼外層井壁至見老井壁處，繼續(xù)下掘10m并觀察老井壁狀況，如有松動、開裂等情況需先破除老井壁并重新澆筑一層外層井壁，直至揭露完好的老井壁；

（2）安裝MJYФ7.05×1.85液壓伸縮整體移動模板，地面校核、加固及調(diào)試后井下拼裝；

（3）對完好老井壁進行Ф32×4.5m托梁（間排距1.5m×1.5m梅花形布置）、架設(shè)井圈（36#槽鋼、上下間距1m）配Ф17.8×9.3m注漿錨索加固下部老井壁10m；

（4）井下拼裝組合式臨時工作盤（Φ6.3m）施工平臺；

（5）工作面豎直均勻埋設(shè)6寸漏水管8根，長度2m，外露工作面1m，在最上部0.5m割花孔利于積水自然排除；

（6）按照設(shè)計施工壁座及由下至上澆筑永久井壁。

2 永久井壁澆筑施工工藝

2.1 測量

利用地面井筒十字中心線及井口標高點，在封口盤井筒中心槽孔，下放一根測量專用Φ3mm鋼絲繩錘線作為井筒中心線使用。

2.2 鋼筋布置

單層鋼筋砼支護結(jié)構(gòu)，縱橫受力筋Ф20mm，間排距250mm，豎向、圈筋采用綁扎連接，鋼筋保護層厚度80mm。

2.3 支模

采用MJYФ7.05×1.85液壓整體伸縮帶窗口移動式鋼模板，利用地面4臺JZ-16/1000穩(wěn)車懸吊，由下向上分段連續(xù)澆筑永久支護井壁，每段高1.0m，鋼模板中間采用5寸鋼管打橫向支撐，鋼模板總高度為1.85m。支模時，下部0.85m高與下方已澆筑井壁重合，模板上口經(jīng)測量對中調(diào)平后，利用液壓頂固定模板。雙層施工吊盤下方加掛一層鋼絲繩，連接臨時工作盤作為澆灌工作平臺，通過葫蘆及鋼絲繩調(diào)節(jié)行程高度。

2.4 澆筑砼

（1）下料平臺位于下層吊盤，工作面人員上下交接班通過中轉(zhuǎn)鋼絲繩吊掛加工制作的吊籃，緩慢提升至施工吊盤上。地面攪拌站設(shè)三臺JS750攪拌機（兩用一備）拌制砼，砼的拌制須嚴格按建設(shè)工程質(zhì)量檢測機構(gòu)測定的標準配合比施工。

（2）使用HTD-3.0底卸式下料吊桶下料。澆砼時，在下層吊盤提升嗽叭口固定分灰器，設(shè)2根對稱分灰管。砼應(yīng)經(jīng)分灰器均勻?qū)ΨQ入模，分層澆筑，及時振搗，應(yīng)保證接茬嚴密，寬度超寬時需人工二次倒運砼。

（3）每澆筑分層高度按200～300mm，每段澆筑段高不得超過1m。

（4）利用2臺JC30-20型風動振搗器進行振搗，操作要“快插慢拔”。在振搗過程中，宜將振動棒上下略有抽動，以便上下振動均勻。每一插點（間距一般為400mm左右）要掌握好振搗時間，過短不易搗實，過長可能引起混凝土產(chǎn)生離析現(xiàn)象。每點振搗時間一般為15～30s，并且在20～30min后進行二次復(fù)振。

（5）為確保井壁支護砼質(zhì)量，澆筑砼過程中按照檢測機構(gòu)出具的配比報告添加外加劑。

（6）混凝土澆筑結(jié)束后，應(yīng)將模板、吊盤、分灰器、溜灰管、底卸式下料吊桶及地面攪拌系統(tǒng)清理干凈。

（7）井壁永久支護設(shè)計砼強度等級為C35，施工過程中應(yīng)預(yù)留砼強度檢測標準試件，按澆筑砼體積每200m3預(yù)留1組，砼強度試件規(guī)格為150×150×150mm，在標準條件下養(yǎng)護28d后送具有相應(yīng)資質(zhì)的指定檢測機構(gòu)進行力學(xué)試驗?？逅斡谰镁谑┕すに囀疽鈭D如圖1所示。

圖1 垮塌段永久井壁施工工藝

3 大體積混凝土澆筑水化熱處理技術(shù)

混凝土結(jié)構(gòu)從開始施工到正常固化承受不同的溫度作用，其中，影響變化最大的因素就是混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)溫度裂縫，溫度變化是誘導(dǎo)裂縫的主要原因?；炷羶?nèi)部的溫度與混凝土厚度及水泥品種、用量等各種條件有關(guān)。水泥量越大，混凝土越厚，水化熱就越高，混凝土內(nèi)部溫度也越高，形成溫度應(yīng)力，產(chǎn)生裂縫。因此，對于大體積混凝土施工，控制溫度變形是保證混凝土質(zhì)量的主要環(huán)節(jié)。

3.1 材料的控制

大體積混凝土的材料控制，主要有以下幾個方面：一是保證材料合格，二是對混凝土溫度控制。大體積鋼筋混凝土引起裂縫的主要原因是水泥水化熱的大量積聚，使混凝土出現(xiàn)早期升溫和后期降溫，產(chǎn)生內(nèi)部和表面的溫差。減少溫差的措施是選用低熱礦渣硅酸鹽水泥。改善骨料級配，摻加粉煤灰或高效減水劑等來減少水泥用量，降低水化熱。

3.2 澆筑要求

進行澆筑的過程中必須嚴格遵守澆筑順序及澆筑層厚，每層澆筑厚度控制在200～300mm，且施工段高不得超過1m，增加混凝土與空氣的接觸面，加快溫度釋放速率，有效控制混凝土內(nèi)部收縮裂縫。

對已澆筑的混凝土，在初凝后進行二次振動，時間控制在澆筑后2～3h，振搗時要插入下層80～120mm處，可減少混凝土內(nèi)部空隙，提高混凝土粘結(jié)力和抗拉強度。

3.3 溫測與溫控

混凝土的溫測貫穿混凝土施工的整個環(huán)節(jié)，對混凝土溫度的監(jiān)測與控制是確保工程質(zhì)量的必要環(huán)節(jié)。通常采用水銀溫度計，先進行位置的選定，沿澆筑斷面均勻布置3個測點。在澆筑混凝土?xí)r預(yù)埋三根2寸鋼管隨澆筑向上延接，并進行記號的編訂，然后再進行溫度的測量。最高溫度控制在45℃以下，自混凝土入模開始測溫，每隔2h左右測溫1次。測溫后要記錄好數(shù)據(jù)，并分析溫差值。

3.4 埋設(shè)竹節(jié)散熱筒

每節(jié)竹節(jié)筒采用Φ500mm螺旋管（δ=1mm，長度1.2m）鋼板卷制而成，豎向埋設(shè)間排距1.5m×1.5m（中到中）。由下向上澆筑混凝土前，為保持連接的密封性，將上下模段螺旋管采用法蘭連接，如遇斷面變小、上下模連接位置無法對應(yīng)時，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際情況重新預(yù)埋后再依次向上。

3.5 埋設(shè)水管通水冷卻

（1）循環(huán)冷卻水管選用及布置

① 冷卻水管采用2寸鋼管，每一弧段長度根據(jù)現(xiàn)場實際情況計算。

② 冷卻水管布置根據(jù)溫控情況布設(shè)，其水管與水管間距為1.5m，管材按分段待每一模段澆筑至0.5m高度時布設(shè)，即平面弧形管間距均為1.5m，縱向管須高出已澆筑混凝土高度300～600mm。冷卻水管采用三通（或直通公母頭）連接，冷卻水管按照斷面要求地面加工弧形管，在井下工作面安裝連接并確保連接密實不漏水。為防止雜物進入管路系統(tǒng)，冷卻水不得有泥砂雜物進入，且在供水管口裝過濾網(wǎng)。冷卻水管布置如圖2所示。

（2）冷卻水管通水

① 通水冷卻進水可通過施工水管開閘閥后通過軟管直連循環(huán)水管進水口，出水口直排井底工作面。

② 冷卻管在混凝土鋪料后即開始通水，通水時間根據(jù)降溫情況來確定，一般不超過10d。

③ 冷卻管通水后應(yīng)進行進水和出水的溫度測量并做好記錄，溫度測量應(yīng)每隔2h測量一次。

④ 混凝土澆筑時應(yīng)分層，厚度不宜大于300mm，上層混凝土必須在下層混凝土初凝之前澆筑完畢。

⑤ 如混凝土澆筑過程中氣溫較高，可通過水管灑水噴霧降低環(huán)境溫度。

圖2 冷卻水管布置

3.6 養(yǎng)護技術(shù)

混凝土養(yǎng)護技術(shù)是保證混凝土質(zhì)量的最后環(huán)節(jié)，要經(jīng)常安排專人負責灑水保濕。養(yǎng)護期不小于14d，并做好觀測紀錄。

4 效果

曲江煤礦中央風井大斷面垮塌修復(fù)施工中，大體積混凝土澆筑后，持續(xù)維持7～21d，溫度控制在42℃左右，取得了良好的澆注效果。經(jīng)檢測，混凝土強度達到了設(shè)計標準。該施工工藝及澆筑過程中的溫控措施，為以后的大體積混凝土澆筑及水化熱冷卻技術(shù)提供了參考依據(jù)。