黄石西塞山电厂汽轮发电机基础施工工艺及措施.docx

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黄石西塞山电厂汽轮发电机基础施工工艺及措施

燃煤发电机组汽轮发电机基础施工技术

十五冶一公司陈玉澜

摘要：

本文论述了汽轮发电机基础的施工过程，通过简要的计算说明施工过程中所采取措施的依据和必要性，并经实践证明采取的措施是可行和有效的，对今后的燃煤发电机组汽轮发电机基础及其它大型设备基础施工有一定的借鉴作用。

一.工程概况：

1.1.湖北西塞山电厂是我国第一座按二十一世纪示范电厂要求设计的燃煤发电机组，一期投资装机容量为2×330MW，总投资31.41亿元人民币，为中外合资股份制公司。

1.2.汽轮发电机基础是整个电厂项目的核心，施工难度最大，技术含量最高，质量要求也很高，且汽轮发电机基础施工是整个电厂要求的15个创精品工程之一，其施工起点高、标准高、要求严、合格点率达100%。

1.3.1#、2#汽轮发电机基础分别位于汽机房2～7、11～16轴线间，由基础底板和上部结构组成。

其中基础采用桩基承重，为整体平板筏式基础，底标高-6.4m，长34.25m、宽12.8m、高2.8m，基础钢筋共设置2层双向φ36@200钢筋网片，内部设置φ20@800钢支撑；上部结构为钢筋混凝土框架结构，从-3.6m～12.0m，包括8根框架柱和中间层（6.0m标高）及运转层（12.0m）两层平台，运转层梁板厚度大部分为2800mm，局部达3200mm，大部分采用φ36钢筋，四面预埋铁件，螺栓采用预埋钢套管二次灌浆方式留设。

1.4.汽轮发电机基础钢筋用量为299t/座，铁件用量为30.3t/座，混凝土强度等级均为C30，方量为2325m3/座，工程造价252万元/座。

二.工程特点及难点：

本工程主要有四大特点及难点：

2.1.构件尺寸大，要求模板支撑体系必须具有足够的强度、刚度和稳定性。

2.2.钢筋焊接量大，除梁板主筋需焊接外，梁上下两个开口箍筋也需要焊接成封闭箍。

2.3.基础底板凝汽器单件埋铁达2.8t，表面积为2.5m3。

运转层预埋套管数量多（144根/座），热控、电气预埋管多，埋设精度要求高：

轴线偏差3mm，标高偏差5mm，因此预埋件、钢套管的加固措施必须稳固。

2.4.混凝土量大，共计2325m3/座，根据设计要求从-6.4m～12.0m只能留设三道水平施工缝，且要求底板及运转层混凝土分别一次性浇筑完毕，对混凝土的运输、浇筑、温控等环节必须周密考虑，并通过计算做到万无一失。

三.施工前期策划：

3.1.根据汽轮发电机基础施工工艺的特殊性，水平施工缝分别留设在：

①基础底板面（-3.6m）；②上部结构中间层板面（5.97m）③运转层梁板底部（8.8m、8.95m、9.0m、9.15m）。

3.2.由于本工程钢筋的直径大（φ36），纵向钢筋长度长（34m），根据现场实际，经比较焊接型式拟采用熔槽帮条焊，操作方便，质量易于控制和保证，且经济实惠。

3.3.采用ζ=15mm厚的新树脂胶合板，根据施工图纸进行配模设计，在木工车间制成模板，接缝处采用刮腻子嵌缝，增设φ14对拉螺杆钢管支撑加固，对拉螺杆两端设ζ=15mm厚橡胶垫，拆模后抠出橡胶垫，用水泥砂浆封闭，模板支撑体系经计算设计其纵横间距。

3.4.根据混凝土浇筑量，通过计算确定搅拌、运输的机械及浇筑分层厚度，严防施工冷缝的出现。

四.施工过程：

4.1.施工顺序安排：

4.1.1.基础底板：

定位放线→土方开挖→桩头破除及桩基检测→垫层施工→定位放线→复核→底层钢筋绑扎→骨架焊接、冷却水管布设绑扎→上层钢筋→凝汽器支墩钢筋绑扎→测温点埋设→底板及凝汽器支墩模板支设→板面预埋件安装→验收→混凝土浇筑→养护→拆模→混凝土隐蔽→验收→回填土

4.1.2.基础上部结构：

轴线复核→6.0m层施工→8.8m框架柱施工→12.0m层承重架搭设验收→12.0m层底模支设→定位放线复核→检测套管固定模板及安装板底预埋件→箍筋绑扎→底层主筋绑扎→固定架焊接组装、冷却循环水管布设→放螺栓套管并校正→螺栓套管下支撑点焊牢固→预埋电气、热控管道→绑扎面筋→焊接封闭箍筋→安装侧面埋件、支设侧模并加固牢靠→定位放线复核→固定螺栓套管上支撑点→安装层面埋件→复核、验收埋件、埋管及螺栓套管→运转层混凝土浇筑→养护→拆模→凿除面层混凝土浮浆→验收交安。

4.2施工措施：

4.2.1.大直径钢筋焊接接头：

底板及运转层均采用φ36钢筋，经比较采用熔槽绑条焊接接头型式，施焊前要求每位操作人员持证上岗、挂牌作业，并进行模拟试焊，其焊接试样合格才允许在工程上作业。

控制熔槽帮条焊接头质量关键要做到：

①焊条必须经过烘烤箱烘烤，现场必须存放在保温筒内，随用随取，严禁受潮；②两根钢筋接头间的间距必须确保10～15mm；③接头只能分两次焊完，严禁有夹渣、气泡出现。

做到以上三点，现场随机抽样，均达到要求。

4.2.2模板体系承载能力验算

框架柱模板体系：

柱模板承受的侧压荷载标准值按下式计算：

Q1/=0.22RCtcß1ß2V1/2,Q2/=RCH,

计算时取二者中的小值。

RC：

混凝土密度，取24KN/m3;

tc:

混凝土初凝时间，取2.8h；

ß1：

外加剂（缓凝剂）影响修正系数，不加外加剂时取1.0；

ß2：

混凝土塌落度影响系数，取上限值1.15；

H：

混凝土浇筑高度，取最大有效值7m；

V：

混凝土浇筑速度，取7m/h；

计算得Q/=33.99KN/m2；

侧压力设计值为Q=Q/×分项系数×折减系数

分项系数取1.2，折减系数取0.9，则Q=36.7KN/m2；

混凝土浇筑荷载标准值取2KN/m2，设计值为2.16KN/m2；

柱侧压力组合荷载为F=Q+2.16KN/m2=38.86KN/m2。

本工程框架柱模板体系中对拉螺杆与钢管柱箍共同承受混凝土侧压力，在设计计算模型时可根据对拉螺杆的分布位置认为钢管柱箍与对拉螺杆各承受一半的混凝土侧压力。

则对于框架柱1600mm断面，每根对拉螺杆所承受的拉力为f=0.5×0.4×F=7.7KN,对拉螺杆承受的拉应力为α=f/s=68.1N/mm2,小于其设计应力承载值186N/mm2,因此可认为对拉螺杆承载力满足要求。

运转层梁板下木枋承载能力验算：

木枋间距250mm，跨度500mm，则木枋所承受的线荷载为：

Q=98.4×0.25=24.6KN/m，木枋受力型式按多距简支梁考虑，则其所承受的弯矩为M=（1/16）QL2=0.385KN·m，木枋所承受应力f=M/（rx·Wx），

其中rx=1.0,Wx=（1/6）bh2,b=55mm,h=75mm,得Wx=51.56×103mm3,则计算得木枋所承受的应力为f=7.47N/mm2,小于木枋承载能力13N/mm2。

4.2.3.预埋钢套管的安装及加固

汽轮发电机基础运转层梁板中预埋钢套管，共三种型式，其中Ⅰ类钢套管从梁板底面埋至梁板顶面，长度2860～3010mm；Ⅱ类钢套管在底部焊接一块钢板，套管长度为700mm和1000mm；Ⅲ类钢套管在钢管内距离底部50mm处焊接一块封底钢板，钢套管长500mm，三类钢套管共计144根。

分布情况如下图所示：

在运转层梁板底模支设加固完毕后，用全站仪及精密经纬仪、水准仪等测量设备从全厂永久性控制点引测至12m平台四周，再在运转层底模上测出汽轮发电机组中心线、发电机中心线、凝汽器中心线及轴承中心线作为控制套管底部定位的引线，用经检测过的钢卷尺测出Ⅰ类钢套管的中心线。

事先根据钢套管内径加工出30mm厚圆木板，木板周边刨光，并使木板中心线与钢套管中心线重合。

由于钢套管较长，故在钢筋帮扎的过程中穿插在需要预埋套管的部位附近用L63角钢沿纵横两个方向焊接成整体骨架。

骨架立杆下面焊接一块120*120*6钢板（四角分布有四个眼）并用铁钉将钢板钉在底模上。

对于Ⅰ类套管底部钢筋绑扎完毕后就将其套在圆木板上。

调正套管的垂直度后，用角钢或钢筋头将套管的底部焊接固定在固定架上。

待钢筋及模板施工完毕并加固牢靠之后，在12米平台上根据汽轮机基础中心线焊几个固定架，并将0.5mm钢丝拉结在固定架上引出汽轮机组中心线、发电机中心线、凝汽器中心线及轴承中心线，并由此来确定套管的中心线，等于Ⅰ类钢套管，先通过测中心线垂直度等手段确定无误后再用短钢筋头将套管与固定架焊牢。

对于Ⅱ、Ⅲ类钢套管在安装前，先在钢套管上口焊两根Φ16钢筋，长500mm左右。

待确定套管中心后，将套管搁在梁板钢筋上，并对准中心线，调正垂直度后再用钢筋焊接在固定架上，钢套管固定方法详间附图，所有套管加固定后，再重新复核一遍，准确无误后，方可进入下一步工序。

2.2混凝土工程及温度控制防裂措施

2.2.1原材料选用

根据工程特点及设计要求，本工程选用的材料如下：

砂：

选用中粗砂，含泥量必须控制在3%以内；

碎石：

选用粒径5-40mm碎石，含泥量必须控制在1%以内；

水泥：

根据本地供料情况，选用华新32.5#复合散装水泥，水泥入罐温度必须控制在50℃以内；

水：

使用自来水，在浇筑运转层时，在水中掺加冰块，保证水温控制在12℃以内；

外加剂：

根据设计要求，混凝土中掺加UEA-W型膨胀剂，并掺加FDN缓凝型减水剂；

2.2.2混凝土的浇筑

汽机底板及运转层混凝土体积较大，其入模温度要求控制在280C以内，混凝土塌落度控制在160mm以内，在浇筑时试验人员需随时在工地检测混凝土温度及塌落度，并以此作为依据调整水温及配合比。

浇筑时采用斜面分层的方法，从Ⅰ轴线向Ⅳ轴线方向浇筑，每层混凝土厚度控制在30cm以内（运转层控制在50CM以内）。

采用插入式振动棒振捣，振捣点间距在50cm左右。

振动棒插点距模板边及预埋钢管间距不得小于20cm，严禁接触钢筋，每一振点在振到混凝土表面平整、不再下沉及冒气泡、开始泛灰浆即可，插管抽管时遵循“快插慢抽”的原则。

混凝土浇筑到设计标高后，先用刮尺刮平，再用木抹抹平压实，在混凝土初凝后用铁抹对混凝土表面进行抹平压光三遍，防止混凝土表面出现干缩裂缝。

混凝土供应能力测算：

按照施工实践经验，混凝土流淌长度为混凝土堆积高度的6倍，混凝土最高堆积高度为3m，则混凝土最大流淌长度为18m。

底板最宽处为12.8m，平台纵向梁板最宽为3.2m，此区段内横向梁板最宽为1.3m，横向梁长度为3.6m，则可计算出浇筑一层混凝土所需的最大供应能力分别为18×12.8×0.3=69.12m3（（1.3×3.6+3.2×2×18）×0.5=59.94m3）。

3台混凝土搅拌机的生产能力为76m3/h，其生产能力可满足混凝土连续浇筑的需求。

在开始浇筑混凝土前，对搅拌站机械进行一次彻底的维修，并在施工中由维修人员24小时值班，力争杜绝因机械故障而影响混凝土连续施工。

混凝土温度应力的计算：

对于大体积混凝土，需对其内外最大温差及温度应力进行测算，以确定是否需采取措施降低混凝土内外温差，减小温度应力，防止出现裂缝。

混凝土内部最高温升：

Tmax=WQ0/cγ=71.8℃，

实际最大温升Tt=0.65Tmax=46.67℃,大于大体积混凝土允许最大内表温差值25℃；

W：

每m3混凝土中水泥用量，取455Kg/m3；

Q0：

水泥28天的累积水化热，查表得Q0=376560J/Kg；

C：

混凝土比热，查表得C=993.7J/Kg.K；

γ:

混凝土比重,取2400Kg/m3.

最大温度应力:

δmax=EαT[1-1/（βL/2）]S，其中β=（Cx/HE）-2

E:

各龄期混凝土弹性模量,单位:

N/mm2；

α：

混凝土线膨胀系数，取α=1×10-5/℃

T：

结构计算温差；

Cx:

阻力系数，考虑平台下部为框架柱及模板，可参考在垫层上铺油毡的桩基承台，取Cx=0.121N/mm3；

H:

基础厚度,H=3000mm（底板为2800mm）；

L：

基础长度，运转层取Ⅱ～Ⅳ轴线间长度，L=21050mm（底板为34000mm）；

S：

应力松弛系数，按龄期选用。

经计算,得出混凝土最大温度应力δmax=4.5MP,大于混凝土抗拉强度ft=2.0MP。

由上述计算结果可知，在汽轮发电机基础底板及运转层平台混凝土工程施工中，必须采取温控措施，防止混凝土中出现裂缝。

混凝土裂缝控制措施：

根据工程特点，汽机底板及运转层平台采用“内降外蓄”的方法来控制混凝土内外温差。

“内降”即采用在混凝土中预埋循环水管，通过循环水管对混凝土内部降温；“外蓄”措施为通过覆盖养护，减小混凝土表层热量散发速度。

循环水管布置（以运转层为类）：

循环水管采用DN48钢管，用钢筋固定在梁板中部，其平面布置如图：

循环水管进水口及出水口都高出砼面200mm，接头采用焊接。

在混凝土浇筑前，先对循环水管进行水压试验，确认接头处不漏水后，方可浇筑混凝土。

在混凝土浇筑24h后，接通循环水，对混凝土内部进行降温。

使用自来水作为循环水，流量在20m3/h以上。

流出的循环水用来养护混凝土。

在混凝土升温及降温过程中，可通过控制循环水的流量，来控制混凝土的降温速度。

在浇筑3天后，混凝土开始降温，此时混凝土内部降温速度要求控制在1.5℃/d，在混凝土浇筑7天后，混凝土内部降温速度控制在2-3℃/d之间。

当混凝土内外温差降到10℃以内时，可停止使用循环水降温。

循环水管降温能力的测算：

混凝土内部最大的温升为Tmax=46.67℃,砼内外温差控制在25℃以内，循环水管内循环水升温按10℃计算，循环水管降温区域砼量为105m3,循环水流速为1.5m/s，现计算混凝土浇筑后连续降温72小时内循环水带走热量能否将混凝土内部最大温升控制在25℃以内（此计算未考虑混凝土内部温度向外表散发的因素）。

根据资料查得砼及水的比热分别为：

C砼=993.73J/Kg.k,C水=993.73J/Kg.k；

砼及水的比重为：

ρ砼=2400Kg/m3，ρ砼=1000Kg/m3；

砼降温值及水升温值分别为：

t砼=21.67℃，t水=10℃。

循环水管72小时内循环水带走水流量为m水=1208.5m3，带走热量为：

Q水=C水ρ砼m水t水=12085×106J，105m3砼降温21.67℃需带走热量为5427×106J。

由以上计算结果可知本工程所采用的循环水管能满足大体积混凝土温控要求。

混凝土温度监测：

运转层平台混凝土具有超厚、超强、高温的特点，根据本工程的实际情况，测点布置选择代表性的位置：

在基础边缘、中心位置布置5个测温点，分别在混凝土底部、中部及表面，底部及表面的测温仪距混凝土表面300。

测温采用电子测温仪，并对所测数据进行分析处理。

混凝土浇筑完毕后开始测温，每4小时完成一次测温，并填写测温记录，24小时循环测试、监控，对各测点定时定点测温，3天后每8小时测量一次，直至混凝土温度降至10℃以下。

在混凝土养护过程中，一旦发现混凝土内外温差超过25℃，立即通知施工部门采取措施。

混凝土养护措施：

框架柱混凝土养护：

框架柱在混凝土浇筑超过3天后，可开始拆除模板。

柱混凝土采用包裹塑料布进行养护，养护期10天。

中间层平台采用浇水养护，其侧模在混凝土浇筑3天后开始拆除，采用浇水养护。

运转层平台用麻袋布覆盖并浇水养护，在混凝土浇筑5天后开始拆除梁板侧模，混凝土达到70%强度后拆除梁板底模。

五.结束语：

湖北西塞山电厂主厂房是我们首次承接的电厂主厂房工程为了确保工程质量和交安节点，创出声誉，一开始我们就在思想上，技术装备上作了充分的准备，施工过程中严格执行施工方案中经理论计算所采取的措施，认真遵循“三检”几“五级验收”制度，同时在几个关键环节，设置了工序质量控制检验工艺卡，层层把关。

在全体参战人员的共同努力下，最终使工程质量和交安节点满足了合同及业主要求，得到安装单位、总包、监理及省电力中心质检站的高度评价，为十五冶在能源系统赢得了声誉。

通过本工程的实践及以往施工电厂工程的经验，使我们具备了施工电厂工程必须的技术和经验，使十五冶跻身于能源系统尤其是燃煤发电机组建设行列，为企业的扩大发展积累了新的经验和资本。