某大型冷卻塔施工方案的優化

以興義發電廠兩座8500m2 雙曲線冷卻塔同步施工為例，對大型冷卻塔施工中的有關問題進行了探討。在該工程施工中，通過合理利用現有的施工機具，對冷卻塔垂直運輸機具組合配置方案進行優化，以及改進人字柱和通風筒等項目的施工工藝等，確保了工程施工質量和工期，并在成本控制方面取得了預期效果。

隨著我國經濟建設的快速發展，發電廠火電機組建設規模不斷增大。目前，600MW和1000MW機組已發展成為主流，與之配套的冷卻塔的淋水面積也隨之增至7500～9500m2。大型冷卻塔的出現，對傳統的機械化施工及技術工藝提出了新的更高的要求。
興義發電廠2×600MW 機組的兩座8500m2 冷卻塔為鋼筋混凝土結構，塔高140.5m，筒身底部、喉部和頂部半徑分別為53.615、31.200 和33.795m，筒身最大壁厚為900mm，最小為200mm。每座冷卻塔支承在48對直徑為800mm 的人字柱上。兩塔竣工間隔工期為3
個月，要求項目部選配最佳的施工方案，確保施工質量和安全，降低成本，縮短工期。
1 施工垂直運輸機具組合方案
1.1 國內大型冷卻塔施工主流垂直運輸機具組合方案目前，國內大型冷卻塔施工主流垂直運輸機具組合，多采用以多功能升降機為主體的多機組合方案（用于7500～9500m2 冷卻塔）。按照主體機械機種數量，具體組合方式如下：
1）折臂塔機（1 臺）＋SC200/200 多功能升降機（1臺）。此種方案較為成熟，與單純依靠折臂塔吊上料方式相比，作業效率提高3 倍。
2）單純使用多功能升降機的雙機聯合作業方式。該作業方式適合于筒身14 板以上的施工，筒身14 板以下因混凝土、鋼筋及模板吊裝量大，需配備其他吊裝機具才能完成。
3）利用自升式平橋（1 臺）附著SC200/200 多功能升降機（1 臺）。這種垂直運輸施工一體化機具吸收了以前各種方法的優點，作業效率高，代表著冷卻塔垂直運輸機械化施工向專業化、模塊化和集成化方向發展的趨勢。其缺點是一次性投資大。
1.2 2 座8500m2 冷卻塔施工垂直運輸機具組合方案選擇現有機具包括：1 臺冷卻塔施工專用折臂吊、多臺H3/36B 建筑吊、1 臺SC200/200C 多功能施工電梯和多臺SC200/200 施工電梯。
2座冷卻塔實際間隔工期為3 個月，當1 號冷卻塔施工至封頂（即103 板完成）時，正值2 號冷卻塔施工至第16 板，此時要求2 號冷卻塔內主配水槽全部現澆完成。
1）垂直運輸機具配備組合方案
2 座冷卻塔垂直運輸機具配置情況如表1 所示。2）方案說明①1 號冷卻塔配置方案：折臂塔機1 臺+ 多功能電梯1 部。
當筒身施工至65 板以上時，筒身混凝土用量平均為48m3/ 板。1 部SC200/200C 多功能電梯每小時運送混凝土量8m3，每板混凝土澆筑時間約為6h，投入1 部SC200/200C 多功能電梯，即可滿足筒身混凝土施工的全部需求。因此，折臂塔機可在此時拆除。
為保證筒身施工進度，1 號冷卻塔折臂塔機僅設置一道軟附著，附著固定于冷卻塔環基上，以便于附著的安裝及拆除。對設置一道軟附著的折臂塔機來說，工況變更后可滿足筒身90m 高度（筒身65 板）的施工需求。
②2 號冷卻塔配置方案：H3/36B 塔機＋施工電梯＋多功能電梯。
2 號冷卻塔H3/36B 塔機中心布置與冷卻塔中心偏心距為15m，塔機底盤采用軌道結構形式。當筒體澆筑至30m（筒身17 板）時，拆除起重臂第8 節，使其長度由60m變更為50m；當筒身施工至28 板47.7m（塔機重臂高度56m）時，塔機開始自降拆除。施工電梯隨筒身施工至65板時拆除。1 號冷卻塔施工至封頂后，將拆除的多功能電梯安裝到2 號冷卻塔，從14 板開始隨筒身施工至封頂。
3）方案實施效果
1 號冷卻塔配置方案的實施，使折臂塔機提前45d拆除，為塔內淋水構件先期吊裝提供了極為有利的條件，由此使1 號冷卻塔整體工期縮短了15d；由于折臂塔機僅設置一道軟附著固定于環基上，減少了軟附著安裝的高空作業量，比采用折臂塔機隨筒身一直到頂的方案提前工期5d。同時，節約了筒身相應的埋件制作安裝及筒身受力情況的委托計算等費用。
2 號冷卻塔建筑塔機與施工電梯及多功能電梯配合的方案，保證了運輸機具的充分利用。建筑塔機在2 號塔筒身28 板拆除，滿足了塔內現澆構件、人字柱、環梁等鋼筋、模板、混凝土垂直吊運的施工需求。塔機拆除后可隨即銜接上本工程2 號機組的電除塵安裝工作，使機具得到充分利用。施工電梯安排在筒身施工到65 板時進行拆除，保證了塔內1/2 區域吊裝作業提前30d 進行。
2 鋼筋剝筋滾壓直螺紋技術的應用
冷卻塔環基、環梁（筒身1～6 板）設計采用大直徑螺紋鋼筋（Φ22、Φ25、Φ28 和Φ32）、封閉式焊接連接，若采用手工貼角焊接作業方式，焊接數量大、速度慢，并受工地電源容量及工人操作技能的影響，焊接質量不容易控制。
針對以上問題，用鋼筋剝肋滾壓直螺紋加套管的連接工藝是最佳選擇。根據國家驗收規范的規定，直螺紋直連接接頭的現場檢驗批驗收，同等級、同型式、同規格接頭，以500個為一個驗收批進行檢驗與驗收，每批僅在工程中隨機截取3 個接頭試件進行抗拉強度試驗，不做彎曲試驗，焊接質量易保證。采用鋼筋剝肋滾壓直螺紋加套管連接工藝，預先對鋼筋進行接頭螺紋預加工，大大提高了施工速度。以Φ32 鋼筋接頭為例，每個焊工平均完成貼角焊接接頭為14 個/8h，采用1 部剝肋滾壓螺紋機，8h 可完成現場接頭連接84 個，剝肋滾壓直螺紋連接是手工焊接速度的6 倍，而單個接頭與手工焊接費用相當。實際操作時，環基鋼筋采用9m 長原材料，單頭進行鋼筋剝肋滾壓螺紋加工后，再進行鋼筋閃光對焊，使每件變成18m長，初就位后進行套管連接。冷卻塔筒身1～6 板鋼筋采用9m 長原材料，單頭進行鋼筋剝肋滾壓螺紋套管連接，單頭進行手工貼角焊接。
3 粉煤灰混凝土的原材料選用及配合比設計
1）粉煤灰應用范圍
粉煤灰主要應用在混凝土強度等級為C30、大體積澆筑的混凝土中，包括環基大體積鋼筋混凝土、水池底板大面積鋼筋混凝土和筒身鋼筋混凝土。
2）原材料的選用
水泥：采用標號不低于42.5MPa 的優質普通硅酸鹽水泥；砂子：宜選用篩選山砂，細度模數2.6～3.0，含泥量不大于2%；石子：選用質地堅硬、級配良好、吸水率低的碎石，Dmax≤20mm，針片狀顆粒含量不超過3%～5%，含泥量低于1%，壓碎指標小于10%；粉煤灰：選用Ⅱ級粉煤灰，摻量為水泥用量的15%～25%；減水劑：JC－3 型高效減水劑，滿足與水泥、粉煤灰的適應性，摻量為膠凝材料總量的0.5%～2.5%，常用摻量為0.8%～2.0%。
3）配合比設計
根據該工程的具體要求，通過試驗選擇出合理的配合比，再結合工程實踐經驗不斷進行調整，制定出最
終的配合比（見表2）。
4 人字柱及環梁部位施工改進方案
人字柱及環梁部位是冷卻塔的最關鍵部位，是外表觀感質量控制的重點。在國內大多數冷卻塔工程中，人字柱均采用預制吊裝方式進行施工。此種方案的缺點及難點較多，如：須
設置專用預制場地、需用20t 及其以上拖車進行轉運、需用50t 及其以上的專用移動吊車進行吊裝、對池體邊緣的場地回填及平整要求較高、人字柱吊裝時對斜向支撐的強度及支撐準確度要求較高、費用投入較大等。該工程人字柱全部采用現澆混凝土施工方案。
1）模板方案
人字柱共48 對96 根，人字柱的斜向長度10m，直徑800mm，采用可重復使用的定型鋼模具。這種鋼模具分底模板及蓋模板，模板尺寸為4m＋4m＋2m，在地面上按10m 模數進行集中組裝，然后再用25t 汽車吊及塔心折臂塔機進行吊裝（見圖1）。
2）施工順序
搭設6 孔環形整體排架→人字柱上口定位→人字柱模板支撐找正→人字柱底模板吊裝固定→人字柱鋼筋骨架吊裝入模→人字柱柱墩澆筑→人字柱蓋模板安裝→人字柱澆筑。
根據地質勘察報告及鄰近已開挖基礎現場的地質情況，該工程壓密注漿技術參數定為：注漿深度為基巖面以上土體全注漿，注漿深度范圍為3～7m，漿液注入率為20%，注漿孔間距為1m，平面范圍為基礎最長尺寸外擴一倍注漿孔間距。水泥漿采用P.O32.5 普通硅酸鹽水
泥，要求新鮮無結塊，水灰比為0.6，注漿壓力為0.3MPa。單管靜壓注漿的壓力宜采用低壓滲透，注漿速度與注漿壓力取值應以地表面冒漿為原則進行控制。