汽机基础施工方案

大型汽轮发电机基础的施工关键技术探讨上海电力建筑工程公司楼海英返回【摘要】汽轮发电机基础作为发电系统的核心构筑物，它是一个复杂的钢筋混凝土空间框架结构，构件外形尺寸庞大、钢筋配置密度高，给施工带来了一定的难度，施工组织有独特之处。本文通过多项大型汽轮发电机基础的施工实践，从基础底板、框架柱、运转层顶板三个部分总结施工组织、钢筋绑扎、模板支设、脚手架搭设和螺栓套管几个方面关键技术特点。同时也介绍了清水混凝土质量保证的施工经验。【关键词】百万等级汽轮发电机基础模板配置钢筋架设施工经验这十年来，随着我国电力建设的高速发展，600MW机组已成为主力机组，单机容量已发展到百万等级，汽轮发电机基础也成为一个十分复杂的空间框架结构，并且外形尺寸庞大。目前最大汽机基础柱的截面达到3.2m×3.2m，柱的净高达到18.4m，这些特点给设计和施工均带来了一定的难度，汽轮发电机基础施工质量将直接影响机组的安全稳定运行，所以对汽轮发电机基础关键施工技术研究具有重要的工程现实意义。1基础底板施工基础底板施工关键是支撑上层钢筋的敷设架设计计算和基础大体积混凝土有害裂缝的控制。1.1敷设架设计计算基础底板一般设计厚度在2.2~4m左右，上层钢筋一般设计为二层双向钢筋（Φ28@150~Φ32@150），因面层钢筋荷载较大，在上部钢筋施工时，需加设敷设架，敷设架的材料有钢管（脚手管）、角钢、槽钢、钢筋；钢管（脚手管）敷设架施工方便，但因在混凝土基础上留下永久的孔洞，在重要的设备基础上不应采用的；常用的敷设架是采用角钢或钢筋制作成，敷设架是承受上层钢筋荷载和施工荷载，必须经过设计计算确保施工安全。1）敷设架计算：明确敷设架形式、选择材料，敷设架立杆纵、横向间距，立杆与温度钢筋连接形式；2）敷设架验算：支架横梁强度、挠度计算；立杆稳定性验算（上层钢筋荷载、横杆自重荷载、施工荷载）、整体稳定性验算。3）施工：下层钢筋绑扎——敷设架立柱、剪刀撑——立柱与温度应力筋连接——上层钢筋绑扎。1.2基础大体积混凝土有害裂缝的控制措施1.2.1设计措施1）大体积混凝土的设计强度等级宜在C25～C40的范围内，并可利用混凝土60天或90天的后期强度作为混凝土强度评定、工程交工验收及混凝土设计的依据；2）大体积混凝土的结构配筋除应满足结构强度和构造要求外，还应结合大体积混凝土的施工方法配置承受因水泥水化热引起的温度应力及控制温度裂缝开展的构造钢筋（在变截面处，砼保护层增加钢筋网片等）；3）留设施工缝，减小一次浇筑的体积和截面尺寸，形成数个浇筑块，以此增加散热，降低收缩量；4）设计中应尽可能考虑减少大体积混凝土外部约束的技术措施（模板、地基、桩基和已有混凝土等外部约束）；5）改善约束条件，当大体积混凝土置于岩石类地基上时，设计有必要时宜在混凝土垫层上设置滑动层；6）外加剂。1.2.2施工措施1）采取了以保温保湿养护为主体，抗放兼施为主导的大体积混凝土温控措施新技术。2）通过降低原材料的温度，降低混凝土浇筑（入模）温度。3）优化混凝土配比（双掺技术、混凝土后期强度），降低混凝土中单方的水泥用量，达到降低水化热，降低混凝土中心温度。4）采用保温保湿，使混凝土缓慢冷却，减小了表面拉应力，同时利用混凝土的徐变特性逐步抵消混凝土的冷缩拉应力。5）采用在混凝土中预埋冷却水管，通水冷却，降低混凝土中心温度。（冷却水管布置必须得到设计同意，并且有控制冷却水温度措施）。1.2.3基础大体积混凝土施工组织1）大体积混凝土工程施工前，应根据需要对施工阶段大体积混凝土浇筑体的温度、温度应力及收缩应力进行验算，确定施工阶段大体积混凝土浇筑体的升温峰值，里表温差及降温速率的控制指标，制定温控的技术措施。一般情况下，温控指标宜不大于下列数值：混凝土浇筑体在入模温度基础上的绝热温升值最大值为50℃；混凝土浇筑块体的里表温差（不含混凝土收缩的当量温度）为25℃；混凝土浇筑体的降温速率为2.0℃/d。混凝土浇筑体表面与大气温差不宜大于20℃2）原材料质量控制（含泥量控制）、供应计划和配合比设计；3）混凝土主要施工设备和现场总平面布置；4）温控监测设备和测试布置图；5）混凝土浇筑程序和施工进度计划；6）混凝土保温和保湿养护方法，其中保温覆盖层的厚度计算；7）主要应急保障措施；特殊部位和特殊气候条件下的施工措施。2汽机基础框架柱的施工汽机基础框架柱施工关键是如何从设计开始为施工创造条件，确保柱施工质量。2.1设计应为施工考虑的问题2.1.1柱子分段的设计按《火力发电厂土建结构技术规定》DL5022-93（即《土规》）第5.1.17条规定“汽机基础施工时，可设2～3道施工缝，各设在柱顶、柱脚及0m附近”。但日前大容量机组增设1层中间平台，或柱子高度超过10m，就相应增加施工难度。特别是设置中间平台，因中间平台的梁钢筋必须伸入柱内，该处钢筋密，如果在柱中间平台梁上、下不设置施工缝，将给施工带来很大的难度且又不能保证施工质量，因此，设计单位在设计时考虑在柱脚、中间平台上下和运转层平台下各设置1条施工缝。高度超过10m的柱子中间加设施工缝，放宽对施工缝留设的限制，给施工创造一定的条件。2.1.2柱子箍筋的设计若柱子高度超过10m的柱子（中间不留设施工缝），在柱子箍筋的设计时，设计就要考虑施工时泵管位置、振捣人员上下通道。如某工程汽机基座柱高度13.5m，在与设计沟通后柱的箍筋进行调整，修改后的形式。修改后的箍筋2.2柱子施工技术汽机框架柱施工关键是现浇柱混凝土结构模板工程设计计算，及混凝土施工质量的控制。2.2.1柱子模板设计计算柱子模板设计主要确定对拉螺栓和柱模板的抱箍形式、间距，对拉螺栓一般有二种形式：柱内不设对拉螺栓（美观一些），柱内设置对拉螺栓采用直埋或带塑料套管的对拉螺栓（经济一些），对拉螺栓、抱箍大小、形式、间距通过计算确定的。1）柱模板荷载标准值计算强度验算要考虑新浇混凝土侧压力和倾倒混凝土时产生的荷载；挠度验算只考虑新浇混凝土侧压力。新浇混凝土侧压力计算公式为下式中的较小值：其中：γ——混凝土的重力密度，取25.000kN/m3；t——新浇混凝土的初凝时间，为0时（表示无资料）取200/（T+15），取4.000h；T——混凝土的入模温度，取30.000℃；V——混凝土的浇筑速度，取1.500m/h；H——混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面总高度，取2.000m；β1——外加剂影响修正系数，取1.200；β2——混凝土坍落度影响修正系数，取1.150。荷载类别与编号荷载名称荷载类别荷载编号模板结构的自重静荷载①新浇混凝土自重静荷载②钢筋自重静荷载③施工人员及施工设备的自重活荷载④振捣混凝土时产生的荷载活荷载⑤新浇混凝土对模板侧压力静荷载⑥倾倒混凝土时产生的荷载活荷载⑦荷载组合项次模板结构项目荷载组合计算承载力验算刚度1平板模板及支架①+②+③+④①+②+③2梁模板底板及支架①+②+③+⑤①+②+③3梁、柱、墙的侧面+⑦2）柱模板面板的计算面板直接承受模板传递的荷载，应该按照均布荷载下的三跨连续梁计算，支座最大弯矩计算公式：M1=-0.1ql2跨中最大弯矩计算公式：M2=0.08ql2最大剪力：V=0.6ql其中：q——强度设计荷载（kN/m）（q按荷载和荷载组合及荷载分项系数计算出的均布荷重）；l——竖楞的距离。a）面板抗弯强度计算F=M/W「f」其中：F——面板的抗弯强度计算值（N/mm2）；M——面板的最大弯矩（N.mm），M=0.1ql2；w——面板的净截面抵抗矩（mm3）；按荷载计算宽度或模板尺寸，种类确定；「f」——面板强度设计值，当为胶合板时，按不同胶合板的力学性能决定，一般取[f]=13N/mm2当为钢模板时，取[f]=205N/mm2。b）抗剪计算τ=VS/Ib≤[fv]式中：τ——剪应力计算值V——横截面上的剪力S——剪应力作用层以下部分的横截面积对中性轴的面积矩I——惯性矩b——截面宽度[fv]当为方木时[fv]=1.3N/mm2，当为钢材时[fv]=115/N/mm2对于矩形截面τ=3V/2bh对于钢管截面τ=2V/A；A为钢管环行截面积对于槽钢，I字钢截面I=V/A；A为腹板的截面积c）面板挠度计算最大挠度计算公式V=0.677ql4/100EI[V]其中：q——混凝土侧压力的标准值，E——面板的弹性模量，当为胶合板时E=6.0×103N/mm2，当为钢模板时E=2.06×105N/mm2I——面板截面惯性矩L——计算跨度（内龙骨间距）（MM）[V]——面板允许挠度，当为普通混凝土面[V]=1/250；当为清水混凝土面时[V]=1/400。3）内龙骨的计算a）内龙骨直接承受模板传递的荷载，通常按均布荷载的三跨连续梁计算。如不是三跨需要二跨或一跨简支梁计算，如龙骨有悬臂时，应同时验算悬臂端的抗弯强度和挠度。b）内龙骨的抗弯强度和挠度计算公式和方法与面板计算相同，计算跨度为外（主）龙骨间距。c）内龙骨采用方木时，其弹性模量和抗弯强度允许值[f]要根据选用木材名称和应力等级来确定，一般可取E=9×103N/mm2；[f]=13N/mm24）外龙骨（A、B方向柱箍）的计算柱箍承受内龙骨传递给的集中荷载（kN），可按按单跨简支梁或多跨连续梁计算。通常按三跨连续梁计算，集中力位置按实际内龙骨位置。弯矩最大值：Mmax=0.175p1剪力最大值：Vmax=1.5PP.内龙骨传递的集中荷载a）柱箍抗弯强度计算柱箍截面抗弯强度计算公式：F=Mmax/W[f]式中符号同上b）抗剪强度τ=VS/Ib≤[fv]式中符号同上c）柱箍挠度计算V=1.146Pl3/100EI[V]式中：P——由龙骨（柱楞木）传下的集中力l——柱箍跨度E——弹性模量I——惯性矩[V]——同前5）对拉螺栓的计算N[N]N——对拉螺栓计算拉力，N=b×h×qh、b——分别为对拉螺栓纵横向间距[N]——对拉螺栓允许拉力，按不同直径选用2.2.2柱子的施工柱子混凝土浇筑时挂串桶、溜管，混凝土自由下落高差不得超过2m。每只柱子混凝土浇筑速度应控制在1.5m~2m/h以内。随着柱子浇注高度的上升，混凝土表面将聚集大量浆水而可能造成混凝土强度不均匀现象，当浇筑到2/3高度左右时，应适当减小混凝土的配合比用水量。当浇注至柱、梁接头处，应停歇1～1.5小时，待混凝土沉实进行二次回振后，方可继续浇筑。若柱子高度超过10m中间不留设施工缝，施工人员进入柱内进行振捣，保证柱子混凝土浇注质量。3汽机基础平台施工汽机基础平台汽机基础平台较厚（2.4m～3.0m），上部荷载较大，高支模设计计算是汽机基础平台施工关键。3.1平台水平模板和排架设计《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002，强制性条文规定，模板及其排架应根据工程结构形式，荷载大小、地基类别、施工设备和材料供应等条件进行设计。模板及其排架应具有足够的承载能力，刚度和稳定性，能可靠的承受浇筑混凝土的重量，侧压力以及施工荷载。3.1.1模板面板计算模板面板不论何种面板均为受弯构件，主要验算其抗弯强度及刚度。面板以内龙骨作为支承点，可按单跨简支梁（偏于安全）或多跨连续梁计算，一般采用三跨连续梁进行计算。计算公式、原理同柱子模板面板的计算。3.1.2支承内外龙骨的计算计算公式、原理同柱子内外龙骨的计算。3.1.3扣件验算平台模板主龙骨与柱连接扣件拱滑移验算，采用如下公式：R≤[RC]。式中R主龙骨传给立杆的竖向作用力计算值，由主龙骨计算的最大支承反力值；RC扣件抗滑承载力允许值，RC=8.0kN。当采用双扣件时RC=12.0kN。3.1.4支架立杆稳定计算按轴向受压构件，不组合风荷载时进行计算N/φA≤[f]式中：N——一根立杆所受到的轴向力（N）；按一根立杆受力面积的全部荷载组合取值。φ——轴心受压构件的稳定系数A——立杆的截面面积（mm2）[f]——钢材允许抗压强度（205N/mm2）φ——由长细比入查表得到3.1.5立杆地基承载力计算立杆基础底面的平均压力应满足下式要求P≤fg式中：P——立杆基础底面的平均压力，P=N/A；N——上部结构传至基础顶面