部分逆作法在旋流池工程中的应用.docx

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部分逆作法在旋流池工程中的应用

“部分逆作法”在旋流池工程中的应用

【摘　要】漩流池施工方法有多种，如何选择最合适的施工方案是本工程成功的关键。

漩流池开工前，项目部组织工程技术人员对工程地质地质情况，设计图纸和其他同类工程进行了深入的研究，先后对施工方案进行了五次优化，同时与设计院、监理和业主多次沟通交流，最终确定了“部分逆作法”的施工方案，即先施工护壁桩，将外筒由外向内竖向划为两部分施工，即外层300厚按1.5m一节采用逆作法施工至池底板和外筒相接处,作为钢筋砼护壁。

余下800mm厚外筒内侧、底板和内筒从下往上按常规施工至顶部结束。

外筒部分利用护壁桩作为竖向支撑，采用逆作法施工，不需要大开挖土方，可以完全确保周边基础正常施工；同时外筒内侧部分和底版、内筒及各层平台及斜柱整体往上施工，减少了施工缝，保证了结构的整体性，能充分保证工程质量。

本文通过某钢厂三期技改300万吨薄板转炉工程旋流池施工，进行了成功的实践。

[关键词]旋流池、部分逆作法、措施环梁

1．引言

某钢厂三期技改300万吨薄板工程是某省十一五期间重点项目，我公司承建了该项目的转炉部分，即包括从炼钢所需要的各种原料的供应至铸坯输送到热轧为止的主体设施及其配套公辅设施。

该工程建筑面积近90000m2，砼量12万m3，钢结构制作和安装量4.2万吨。

转炉工程分两期建设，其中一期工程合同工期14个月，土建工程在一期基本要施工完毕。

可谓工期紧，任务重，施工难度大。

其中布置于去毛刺跨内的漩流沉淀池是本项目建施工的主要难点之一。

本项目采用了“部分逆作法”的施工方案。

漩流池2008年9月8正式破土动工到11月26日浇注最后一方砼浇筑完成,仅用2个半月的时间，比业主计划工期提前了近7个月，得到了广泛的好评。

实践证明采用“部分逆作法”施工漩流池的是成功的。

2、工程概况

漩流池内径16m，外径18m，板底标高-22.50m。

主要由内、外筒、顶层平台、泵站平台、斜撑、池内铁皮沟等组成。

漩流池设计外筒壁厚1000mm，内筒壁厚400mm，底板厚1500mm,内筒通过八根斜柱支撑在外筒底板上。

砼强度等级C30，抗渗等级S8，具体见附图1。

根据中国有色金属工业长沙勘察设计研究院提供的某钢厂三期技改主体区炼钢工程场地岩土工程详细勘察报告书，漩流池场地的钻孔编号为415、422、425、435号，岩土特征及分层厚度如下：

第一层为人工填土，分布在自然场平差绝对标高52.91m之间。

第二层为粉质粘土，层厚1.2～3.8m，分布在51.29～55.25之间

第三层为强风化泥质粉砂岩，层厚0.9～2.4m，分布在47.99～54.85m之间

第四层为中风化泥质粉砂层，层厚2.2～6.3m，分布在43.19～53.25之间

本工程±0.000米相当于绝对标高66.30，漩流池地表至-13m（局部达-16m）均为人工回填土，地质情况复杂，而周边主厂房基础正在施工，施工难度大，工期紧迫。

3、施工方案的选择

漩流池场地覆盖有10-16m近期回填的素填土，其摩阻力不能利用，原设计采用在池壁外打8根人工挖孔灌注桩（护壁桩）以支承回填土段池壁的自重，漩流池外筒采用逆作法的施工顺序：

即先施工周边桩和池顶环梁，待其达到设计强度后施工外筒池壁，根据强夯后地质情况进行分段，采用2米为一段,上段强度达到设计强度的80%后再施工下段池壁，一直到底板和筒壁相接处。

外筒施工时预留好楼板和梁的钢筋。

然后以外筒为护壁，开挖土方施工底板。

外筒和底板施工完后，再从下往上施工内筒和平台楼板。

采用原设计施工方案（第一种方案），在理论上是可行的，但外筒施工周期长，且外筒厚度达1m，每段之间的接缝不好处理，容易发生渗漏；同时钢筋焊接量大，工程质量难以保证。

为此，项目部进行了方案的比较和策划：

第二种方案：

不施工8根人工人工挖孔桩，直接采用大开挖，工期比设计施工方案快，但将多挖7000m3的土方，一方面土方开挖量大，同时要面临雨季节施工，很容易发生土方坍塌；而且开挖工作面也影响到主厂房基础的施工。

第三种方案：

部分采用大开挖，部分逆作法施工。

即先施工完人工挖孔桩，-13m以上（52.91m以上第一层人工填土层）采用机械开挖土方，利用人工挖孔桩和粉质粘土层共同作为外筒的竖向支撑和持力层，直接从下往上施工外筒，减少横向施工缝。

待-13m以上外筒砼达到强度后，分层回填周边土方，保证周边厂房基础能正常施工，-13m以下外筒再按2m一节采用逆作法施工，然后按原设计施工底板和内筒。

此方案一方面克服了原设计方案横向施工缝多，同时避免了第二方案土方开挖量大影响周边基础施工的缺点，一度被作为备选方案。

第四种方案：

先施工完人工挖孔桩，将外筒由外向内竖向划为两部分施工，即外层200厚按1.5m一节采用逆作法施工至池底板和外筒相接处,作为钢筋砼护壁。

余下800mm厚外筒内侧、底板和内筒从下往上按常规施工至顶部结束。

此方案将外筒分为两部分施工，是一个大胆的设想：

外筒部分采用逆作法施工，不需要大开挖土方，可以完全确保周边基础正常施工；同时外筒内侧部分和底版、内筒及各层平台及斜柱整体往上施工，减少了施工缝，保证了结构的整体性，能充分保证工程质量。

但如何确保外筒200厚钢筋砼不发生坍塌或开裂、如何确保原设计1000mm厚外筒结构不受影响是本方案能否实施的关键。

第五种方案：

在第四方案的基础上，项目部多次与业主和设计院进行沟通，

对设计进行局部修改和优化，最终确定如下：

将外筒外侧逆作法部分增加100mm厚，由200mm改成300mm，内侧800mm不变，外筒外侧护壁由原来的与挖孔桩相切变成相交，这样增加了外筒护壁层的整体性和刚度，不易发生开裂或坍塌，其余部分同第四方案施工。

综合以上分析和比较，同时结合参建多方意见，最终确定采用第五种方案进行施工。

4、施工工艺流程

“部分逆作法”的总体施工程序为：

8根护壁桩施工→施工现场准备→放线定位→第一节土方开挖至-1.5m、吊运→绑扎外筒300mm厚护壁层钢筋→装内模、浇筑混凝土→第二节土方开挖到-3m、吊运→绑扎护壁层钢筋→装内模、浇筑混凝土→同样方法施工至-19.15m→施工池底→从下到上按常规施工外筒800厚池壁、内筒、斜柱及各层平台→顶板及环梁施工→现场清理验收→交付安装。

顶部护壁施工时，由于考虑施工工艺要求，桩顶环梁暂不施工，待池体结构施工至该部位时，将已施工的护壁凿除，再与外筒池壁一道施工。

5、施工要点

5.1.护壁桩施工：

护壁桩设计为8根人工挖孔灌注桩，成环行均匀布置在旋流池外侧，与池壁外侧相切。

桩基要求严格按设计图纸优先施工，确保桩身强度和入岩深度。

5.2300mm厚外筒护壁层逆作法施工。

5.2.1300mm厚外筒护壁层结构计算

由于护壁的厚度t远小于护壁的半径R，护壁可以看成一圆柱型薄壳，在计算内力时，忽略砼材料的非均匀性、塑性和裂缝的影响，假设壳体材料是各向同性的匀质连续弹性体，直接作用在护壁上的荷载，主要是轴对称的径向水压力和土压力，在这种轴对称的荷载下，护壁只会产生轴对称的变形和内力。

筒壁中除了环向力以外，不会产生任何其它内力。

离壁顶H高度处的环向力Nσ为：

Nσ=π2PKR/8t

（1）

Pk-任意高度处侧向荷载（kpa）

R—护壁的计算半径（m）本工程R=8.85m

t—护壁的厚度（mm）本工程t=300mm

（1）根据地质报告现场地质情况如下：

±0.00m～-12.0为回填土，-12.0～-15.0为粉质粘土，-15.0以下为粉砂岩。

各层物理力学性质指标如下：

回填土重力密度γ1：

20.3KN/m3内摩擦角Ø1：

23.20土的内聚力C1：

38kpa

粉质粘土重力密度γ2：

19.69KN/m3内摩擦角Ø2：

21.90土的内聚力C2：

35kpa

（2）侧压力及配筋计算

侧压力计算公式：

Pk=γHtg2（450-Øk/2）-2Cktg（450-Øk/2）

（2）

式中

Pk-任意高度处侧向荷载（kpa）

r-土的重力密度（KN/m3）

H—深度（m）

Øk—土的内摩擦角（0）

Ck—土的内聚力（KPa）

R—护壁的计算半径（m）本工程R=8.85m

第一层：

±0.00m～-6.0m层

γ1=20.3KN/m3H=6.0mC1=38kpaØ1=23.2

P1=1.38KPa代入公式

（1）Nσ1=12.2KN

土的侧压力很小，故此段配筋按常规配筋即可，配筋设置为：

Ф12@200双层钢筋,竖向钢筋为φ8@200构造筋

第二层：

-6.0m～-9.0m（土质同第一层,除H=9m外其它所有参数不变）

计算得P2=27KPa代入公式

（1）Nσ2=239.84KN

按公式:

AS2=φN0/fyφ为安全系数，取φ=1.4；fy=310×103

AS2=1.4×239.84/（310×103）×106=1083m㎡

配筋设置:

设Ф12@200双排受力筋,竖向设φ8@200构造筋

第三层：

-9.0～-12.0m（土质同第二层,除H=12.0m外,其它所有参数不变）

计算得:

P3=52.84KPa代入公式

（1）Nσ3=467.6KN

配筋计算得:

AS3=1.4×467.6/（310×103）×106=2111.8m㎡

配筋设置:

设Ф14@150双层钢筋（竖向钢筋为φ10@200构造筋）AˊS3=2154m㎡

验算得:

AˊS3＞AS3满足要求

选Φ14@200双排受力筋,竖向设置φ10@200构造筋

第四层：

-12.0～-15.0m（土质变为粉质粘土）

γ2=19.69/cm3内摩擦角Ø2=21.9内聚力C2=35KPa

P4=（γ1h1+γ2h2）tg2（45°-Ø2/2）-2×35tg（45°-21.9/2）

=302.4×0.6762-70×0.676

=138.2-47.32

=90.88KPa

将P4代入公式1Nσ4=804.3KN

配筋计算得:

AS4=1.4×804.3/（310×103）×106=3632mm2

选Φ20@170双排钢筋AˊS4=3768mm2

AˊS4＞AS4满足要求

选配Φ20@170双排主筋,竖向设置φ10@200构造筋

-15m以下土质为粉砂岩，土层比较稳定，可不作配筋验算，护壁配筋按第一层-6.0m以上作法即可。

5.2.2垂直运输设施的布置

在漩流池中轴线上采用贝雷梁、轨道梁、电动葫芦和钢门架拼装一台22m跨5T龙门吊，满足现场土方开挖，钢筋、模板等材料垂直运输的需要。

龙门吊固定漩流池中轴线上，通过电动葫芦在轨道梁下的移动来转运材料。

龙门吊在使用前要经过严格的计算，确保施工安全，具体情况见附图。

5.2.3漩流池土石方工程施工

漩流池第一节土方采用反铲开挖至-1.2m，破护壁桩头，施工桩顶“措施环梁”和第一节护壁。

桩顶“措施环梁”配筋可参考漩流池顶部环梁做法，主要是承担外筒护壁层重量，施工前要经过严格的计算，确保施工安全。

同时为方便施工，“措施环梁”设置为1.2m宽。

桩顶“措施环梁”砼浇筑前要预埋好龙门吊钢门架柱和砼浇筑移动斗车轨道埋件，保证下节土方和护壁砼的正常施工，具体情况见附图。

桩顶桩顶“措施环梁”和第一节护壁砼浇筑后，在环梁顶安装龙门吊和移动斗车轨道。

同时在“措施环梁”外侧周圈设置好排水沟和集水井，保证现场排水通畅。

龙门吊安装完毕，经检验合格后，将一台PS60小型反铲吊入坑内分节开挖土方，采用用龙门吊和钢料斗进行垂直运输转土，自卸汽车运输至业主指定地点卸土，依次往复直至漩流池池底，具体见附图。

土方开挖到中风化粉砂岩时采用静态爆破法分层松动，然后再用反铲开挖，逐层清理出工作面。

为确保施工安全，土方爆破由专业的爆破施工队进行施工。

基坑内壁的土石方要采取人工挖掏，不扰动原土，以形成自然土模。

5.2.4外筒护壁模板工程

外筒护壁模板采用1.5m*1.2m*3mm厚定制钢模，钢模应有足够的强度和刚度，钢模顶部应留300mm高砼浇筑口，用钢模设置斜形接料口，接料口高于上节护壁砼200mm，保证上下节砼能有效连接。

护壁底模在挖土时用人工修整夯实，然厚铺150mm厚砂层，侧模立在砂层上，侧模底部外侧用1:

2水泥砂浆封堵，防止漏浆。

铺设砂层为了保证护壁撤模后，砼底部容易清洗干净，在浇筑下节护壁砼时能良好连接，具体见附图。

旋流池每节模板的水平、垂直偏差的检查方法：

利用给定的平面坐标系放线定位后，沿两个垂直方向在旋流池外分别打上4个控制桩，作永久的保护，直至旋流池施工完毕，经验收合格后，方可破坏。

在中心垂直偏差检查时，两垂直线的交点即为旋流池的中心点，检查时可利用横梁配合吊线锤进行检验校对垂直偏差。

护壁及池壁每施工一段校对一段，分段、分层进行，使池中心和垂直偏差控制在充许范围之内。

5.2.4外筒护壁钢筋、砼工程施工

外筒护壁钢筋严格按要求配置，钢筋竖向连接方式采用搭接。

进行下接护壁钢筋绑扎之前，应将上节护壁的预留钢筋和护壁底部砼清洗干净，同时确保上下节护壁钢筋搭接规范。

护壁底部砼在下接砼浇灌要将松散的砼凿除并清洗干净。

护壁砼采用搅拌车运输至现场，然后用手推车卸至活动料斗内，用串桶下料，料斗沿轨道由远至近连续浇灌。

砼拆模后，应及时将该节护壁上端接料口处凸出的砼凿平。

5.3底板、内筒、斜柱、各层平台及外筒内侧结构施工

外筒内侧和内筒外侧模板采用定型钢模，其他采用18mm厚双面覆膜竹夹模板，砼采用汽车泵浇筑，按常规从下往上施工。

5．4施工注意事项

 5.4.1漩流池混凝土设计为C30高性能补偿收缩防水混凝土，其抗渗等级为S8。

在各工序施工过程中，严格遵守操作规程，确保混凝土的密实度。

5.4.2根据逆作法的工艺特点，下节混凝土由于收缩、下沉等原因，两者之间的水平施工缝易于产生微裂缝而难以密实，上下节相交处设置特制的斜向模板，以保证“假牛腿”顶面高出施工缝20cm，拆模后及时凿除。

；

5.4.3底板、内筒、斜柱、各层平台及外筒内侧结构施工时，应量少留施工缝，内外筒水平施工缝处应严格按设计要求施工，防止发生渗漏。

5.4.3旋流池施工时，要认真组织，每次砼施工时应确保连续浇灌。

同时上下交叉作业多，应采取有效的防护措施，确保施工安全。

6.结束语

本工程充分利用旋流池圆形结构特点，将外筒池壁分为两部分，外侧通过挖护壁桩承受竖向荷载采用逆作法施工，作为外筒内侧、内筒及各层平台施工的内撑支护体系。

由于圆形筒体受力以受压为主，更符合混凝土抗压强度高的特性，从而省掉了内支撑或锚杆支护，也保证了周边基础的正常施工。

因而无论从安全可靠性方面还是缩短工期、节省费用上都是本工程最为理想的方案。