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火电厂取水塔施工新技术

时间:2017-02-21    点击量:3

水塔施工简述
深水取水塔施工新技术是一项综合性的施工技术,该成套水塔施工技术利用既有设备,采用水下聚能爆破、预置布袋灌注砂浆调平封固塔基、水下不分散混凝土封底、塔底竖井注浆固结止水开挖等项新技术,成功地完成了大型电厂深水取水塔的建造任务,填补了我国电厂取水方式的一项空白,取得了显著的社会、经济效益,为今后类似工程提供了实践经验。
1、概述
深水取水塔是为某一大型火力发电厂供水而建造的,为双钢壳沉井结构(1),与传统的取水方式相比,其供水的安全性、可靠性提高,便于检修。该塔座落在水库中,距水库大坝26om,通过塔内竖井与库底水平引水隧洞连通,形成一整套完整的供水系统。
塔址处水深3m,水下地表层为砂砾石层,厚约3m,下层为片麻状基岩。由于受F。断层影响,基岩裂隙发育,工程地质条件十分复杂。
塔式取水国内尚无先例,没有成功的施工经验可供借鉴,且水深大,制约水塔施工因素多,水塔施工时必须解决好以下四个难题: ①基岩开挖必须解决深水水下爆破及确保水库大坝安全; ②由于基岩在深水中不可能整平到使塔身座落其上不产生倾斜,且塔身刃脚与凸凹不平的基岩间的空隙也影响封底混凝土的质量,如何使塔身落底后既平稳又能使刃脚底与基岩间没有空隙,是本工程需解决的另一难道; 水深3m,封底面积72.4m2,一次灌注封底混凝土500m3,封底的成功与否,是本工程的成败关键之一; ④如何在不影响塔身稳定的前提下,解决好塔内封底混凝土与基岩接触面及塔底基岩破碎层的渗漏水间题,确保竖井安全、顺利开挖也是本工程的一大难题。同时由于水上作业,水塔施工场地受限,工期间题也很突出。
2施工新技术的开发应用
2.1取水塔基础水下聚能爆破技术
取水塔落在基岩上,需嵌入基岩1.8m。采用水下聚能爆破开挖取水塔基础。聚能爆破是将高威力炸药装在某一特定形状、特定尺寸的容器中,直接置于岩石表层,引爆后形成轴向聚能性射流对岩石进行穿孔破碎。几种爆破方法综合比较,聚能爆破法具有用药量小(炸药单耗为钻爆法的1/21/3),为裸露爆破法的1/20),爆破效率高,定位容易,施爆范围易于控制,安全可靠,水塔施工设备和工艺简单等优点。经试验、分析,确认为在深水中采用聚能爆破开挖取水塔基础是可行的。
2.1.1聚能爆破参数设计
(l)聚能装药器、装药量及装药形式。岩石破碎爆破,聚能罩宜选用半球形,4mm钢板冲压成形。每个聚能装药器装药10kg,60%~75%耐冻胶质硝化甘油炸药,放置3个非电起爆雷管,雷管应具有耐压耐水性能,炸药上面放置粘土和砂(2)
(2)药包布置及起爆网路。聚能药包布置如图3所示。起爆网路采用塑料导爆管加强型复式网路,在水面上用非电雷管簇连作传爆雷管,用浮筒将传爆雷管固定,再用导爆管连接,沿水面引至岸边,用起爆器起爆。
(3)爆破规模确定。为确保大坝及闸门井房安全,一次起爆装药量应通过爆破振动速度和冲击波压力检测确定。依计算及实测结果为安全计,一次起爆装药量控制在100kg以内。
(4)水中冲击波压力验算。通过计算得知,采用聚能爆破产生的实际冲击波压力值远小于理论计算值。因此,控制好水下聚能爆破的规模,不会对距爆心一定距离的建筑物构成威胁。
2.1.2爆破施工:根据爆破设计,每次施爆最多只能同时起爆10个聚能弹,基础开挖每层分两次爆破,每次爆破按半圆布设药包。一次爆破进尺0.6~1.0m
2.2塔基预置布袋灌注砂浆调平封固技术
基础开挖完后,采用锤击法整平基底。鉴于深水中基岩整平难度大,取水塔又是处于深水中长细比较大的构筑物,对安装调平要求高,不允许塔底与基岩间有孔隙存在,因此,必须对塔基进行整平及堵漏处理。采用在塔身刃脚处预置布袋灌注砂浆调平封固塔基技术(4)。该技术主要是借助砂浆的流动性及良好的可塑性,使砂浆充满布袋达到调平塔基及封堵空隙的目的。
2.2.1参数的设计及选择
(1)布袋的制作与安置。布袋用帆布制作,帆布袋缝制成圆筒形,直径80cm,布袋沿塔身刃脚设置,展开长32m。布袋上每隔6.4cm设一灌注砂浆孔口,孔口处安设法兰盘以利连接注浆钢管。两孔口管间用帆布设置横向隔断,使其分仓灌注砂浆,以保证灌注效果。布袋外每隔50cm设纵横向尼龙绳加固布袋(5)
(2)砂浆配合比。
砂浆标号按M10设计。水泥:425号普通硅酸盐水泥。砂子:河砂,用中砂,为保证可泵性,4mm筛子筛一遍。絮凝剂:天津产丙烯系列UWB型絮凝剂。为使砂浆具有抗水冲刷能力,掺入2%絮凝剂拌制水下不分散砂浆。经试验,选用配合比为水泥:::絮凝剂=1:3:0.52:0.02
2.2.2灌注施工
首节双钢壳塔身制作好后下水前,用尼龙绳把布袋绑于刃脚处事先焊好的钢环上,同时用强度较低的细线把折叠好的布袋拢在刃脚上,以免挂破布袋,接好钢管后下水。
基础开挖整平达到要求后,用驳船牵引塔身就位,就位后塔身继续制做接高、下沉,始终保持2m干悬高度。当塔身刃脚距基底20cm,塔身悬停开始向布袋内灌注砂浆。为减小水对砂浆灌注过程中的冲刷,确保砂浆灌注的饱满度,采用砂浆泵接Φ50软胶管,胶管由钢管内通入布袋中,向布袋内直接灌注砂浆。施工时要按隔仓对称灌注,由潜水员在水下进行检查,当布袋饱满、空隙填实,即停止灌注砂浆。
2.2.3加载、检查
布袋灌注砂浆结束后,向双钢壳壁内注水加载,使塔身有小量下沉,下沉量控制在5cm以内,并严禁塔身晃动,以免砂浆未达到相应强度受挤压破碎。当砂浆强度达到设计强度的40%以上时,向双钢壳壁内对称注水加载。加载后,由潜水员进行水下检查,确认布袋饱满,刃脚与基岩间无空隙,同时实测塔身垂直度误差仅有1%(塔轴心偏斜值与塔高之比)。实践表明,调平、封堵空隙效果都很理想,达到了预期目的。
2.3水下不分散混凝土封底施工技术
取水塔封底混凝土设计强度为C20,要求其整体性好,不漏水。由于水深大,且封底面积大,为减小混凝土受水冲刷的程度及确保混凝土灌注部位,采用导管导向法新工艺,即导管不插入混凝土中,始终与已灌好的混凝土表面保持一小段距离,混凝土通过导管落入要灌注的部位。
2.3.1几个问题的分析、处理
(1)混凝土通过导管落下时,由于活塞作用导管中的水对已灌好的混凝土有冲击作用,影响其灌注质量。为减小冲击影响,每斗混凝土都要砍球,用浮力较大的充气皮球,改变其数量可调整冲击程度,采用两个球冲击已经较小了。
(2)混凝土在导管中基本不受水冲刷,但一出导管就有水的冲刷问题。为此,导管口与混凝土面越近越好,其距离以1.01.5m为宜。
要保证两次灌注混凝土赘体性,后灌混凝土必须在已灌注的混凝土初凝前进行灌注。试验表明,由于絮凝剂有缓凝作用,两次混凝土灌注的时间间隔最长不超过4h
2.3次封底混凝土施工
导管选用Φ325无缝钢管。根据混凝土扩散半径,布置4根导管,导管等间距地布置在半径(以取水塔中心为圆点)3.lm的圆周上。
在灌注水下混凝土前,要先对基底进行清洗,确保封底混凝土与基岩的良好结合。在灌注作业时,4根导管要对称、轮流灌注。水塔施工中要经常测量混凝土面的标高,当管口与混凝土面高差小于30cm,要及时上提导管。
封底混凝土灌注完半个月后,抽干水检查,封底混凝土不漏水,整体性及强度指标均满足设计要求。
2.4塔底竖井注浆固结止水开挖技术
塔底竖井穿过封底混凝土及塔下基岩与水平引水隧洞连通,由于封底混凝土与基岩接触面及塔底基岩裂隙发育,透水严重,开挖竖井前必须进行注浆止水处理。取水塔自重虽近3500t,但基底平均压应力仅0.115MPa,因此在注浆时既要满足固结止水的要求,又要不扰动塔身。根据塔址处地质情况及取水塔自身特点,采用了“双液、分层、控压、限量”钠注浆施工方案。
双液:注浆浆液采用水泥一水玻璃双液浆,该双液浆较水泥单液浆可注性好,且凝固快,固结体强度可满足要求,较适合本工程固结止水。
分层:塔底竖井在开挖时,有三个部位可能出现渗漏水: ①封底混凝土与基岩的接触面; ②基底基岩受爆破扰动的部位(范围23m); 扰动部位以下受F,断层影响部位。由于这些部位渗漏水的途径不同,程度不等,注浆时对已完成的塔身影响也不同,所以在注浆时应采用不同的注浆参数区别对待,以达到最佳注浆效果。
控压、限量:为保证注浆时不扰动塔身及浆液不溢出塔外,一是要控制注浆压力,二是要限制浆液扩散范围,既要控压又要限量。
2.4.1注浆参数设计
(1)注浆材料。水泥:425号普通硅酸盐水泥。水玻璃:浓度42Be,模数2.4。缓凝剂:磷酸氢二钠。CS浆液配合比(体积比):水泥:水玻璃=1:0.5。水泥浆水灰比为0.8
(2)注浆孔布置。单孔浆液扩散半径按2.5m,则注浆孔布置如图6所示。
(3)注浆量。计算单孔注浆量:对接触面Q=0.4lm3;对爆破扰动层Q=2.lm3
(4)注浆压力。接触面及扰动层注浆对塔身稳定有影响,其单孔注浆压力所产生的合力应小于取水塔自重力与浮力的差值,通过计算,取最大注浆压力为0.65MPa。扰动部位以下部分注浆时,由于其对塔身稳定已无影响,故采用高压注浆,注浆压力取2.OMPa
2.4.2注浆施工
按设计孔位埋设孔口管(Φ56、长约3.5m无缝钢管),灌注50cm厚混凝土止浆墙,管外露1020cm。由于注浆孔为垂直孔,为防止钻孔浮渣回落造成堵孔,钻孔时留20~50cm余量。接触面注浆孔钻至接触面下0.7m,第二层、第三层注浆孔分别钻至接触面下3.0m15m。钻孔注浆顺序是先中间孔,6→7号→8→9→2号→3→4→5号孔(见图6),每钻好一个孔后,即按注浆参数进行注浆,先注浆的孔注浆量大,后注浆的孔注浆量小。由于采用了钻一孔注一孔的方法,后钻的孔起到了对前孔注浆效果的检查作用,因而省去了专设检查孔。
2.4.3量测监控
为监控取水塔的稳定,注浆前在其顶部设置了两根互相正交的透明水平连通管,管内有彩色液体,通过液面的变化来监测取水塔稳定;还在塔顶设置了四个相互对称的水准点,注浆时用水准仪观测其绝对高程的变化。
抽干水后经开挖检查,注浆固结止水效果理想,堵水率达93%,固结体7d单轴抗压强度达5.2MPa
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