邯峰发电厂9000m²冷却塔施工技术

　　关键词：　冷却塔、施工技术

1. 工程概况

　　河北省邯峰发电厂2×660MW工程为中外合资项目，每台机组配备一座淋水面积9000m²自然通风逆流式双曲线型冷却塔，钢筋混凝土结构，塔高150m，是目前国内乃至亚洲最大的冷却塔之一。

　　整个冷却塔工程是由环基、人字柱、环梁、筒身和刚性环组成的塔体工程和由压力水沟、中央竖井、主水槽、淋配水构件及装置组成的淋水系统工程以及由池底板、池壁等组成的贮水池工程等三部分组成。

2. 主要结构情况和参数

　　塔总高度　　　150.135m

　　塔顶内半径　　R=35580mm

　　喉部标高　　　112.500m

　　喉部内半径　　R=33500mm

　　环梁中心标高　10.244m

　　环梁中心半径　R=55560mm

　　环梁厚1050mm为筒壁最大厚度，喉部厚200mm为筒壁最小厚度。

　　人字柱为圆形，共44对，直径900mm,长度为11332mm。

　　环基为环形板式基础，截面尺寸2×7m，中心半径R=60071mm。

　　塔内设普通淋水柱208根，主水槽下双榀柱共36榀，淋水层标高为11.110m，配水层标高为14.110m，除主水槽及双榀柱外淋配水构件共2532件。

　　该塔采用一条混凝土方沟、一座中央竖井进水，设四条封闭双层主水槽呈"十"字形布置，双层主水槽上层负责水塔内围配水，占全塔总面积的31%，下层负责水塔外围配水，占全塔面积的69%。为解决冷却塔贮水池冬季结冻问题设计了2条旁路管，为提高冷却效果，降低大风对冷却的影响，在塔内主水槽下，呈"十"字形布置玻璃钢隔风板。

3. 主要工程量

表1：主要工程量统计表

4. 主要工程形象进度

表2：主要工程形象进度表

5. 主要工程施工技术方案

　　5.1 降水工程

　　邯峰发电厂厂区地下水属潜层地表水，赋存于松散层孔隙及基岩风化裂隙中，地下水的补给为侧向径流、大气降水、外界排污水、农灌回渗四个来源，总体流向为自东北向西南，而两座冷却塔正好位于整个厂区的东北角，处于地下水流向的上游，水位埋深仅1m，所以该区域是整个厂区降水的关键，最后确定降水方案为：一是在^#1塔北面布置降水井17眼作为截流井，使其能最大限度截断上游补充水，减少下游厂区降水的难度（15m-30m不等距布置，井径219mm，井深20m，因地基全部为岩石，不下管）；二是在^#1塔东面布置降水井6眼作为围降井；三是在水塔区的西侧有一条自东北向西南的自然冲沟是地表地下径流的汇集通道，出水量大，因此按8-10m布置疏导降水井至厂区内。这样截、围、疏、降相结合起到降水的目的。水塔区降水从97年9月1日开始进行，至97年9月10日已满足开挖要求，通过实施该方案，在整个工程施工中，除少数部位开挖过程中出现地下水外，总体降水效果很好。

　　水塔区降水井布置见附图一。

　　5.2 土石方开挖及地基处理

　　本工程环基、淋水柱基、旁路管支墩等设计均要求挖至强风化岩层，底板挖至设计标高即可，事实情况是冷却塔区域原地貌为自北向南倾斜，^#1塔区域全部为岩石，而^#2塔北侧岩石裸露，其它区域则大部分为粉质粘土，因此^#1塔环基及底板全部采用爆破开挖，而^#2塔环基部分将岩石以上土方全部挖除，底板为先开挖设计标高以上表面覆土，然后将设计标高以上岩石全部爆破开挖，开挖过程中，地基岩石表层的松动石块、石渣、浮土全部清运走。由于该地区岩石结构的特点，松动石块、石渣、浮土全部清走以后，地基表面起伏不平，尤其是爆破开挖部分，呈不规则锯齿状，都存在不同程度的超挖现象，^#1塔最深处达1.5m深，环基平均超挖深度为60cm，池底平均超挖深度为74cm，共开挖土石方32478m³；^#2塔岩石少但按设计要求环基挖至基岩则超挖量很大，池底板则挖至设计标高无超挖现象，共开挖土石方16650m³。

　　水塔开挖配备机械为1.6m³反铲挖掘机3台，10辆自卸汽车，爆破施工队伍约25人。

　　开挖结束后经地基验槽，设计院确认环基地基处理方式为C10毛石混凝土填平至垫层底，两侧各出基础宽500mm。由于地基表面极不规则，无法支设模板，经我们研究决定采用两侧砌240mm厚砖墙侧模替代模板（单塔砌筑量为143m³），这样虽然造价高些，但施工方便，速度快，质量好，部分比较高的砖侧模后加方木顶撑以防止混凝土浇筑时侧压力过大导致砖侧模倒塌。为了节约施工费用，刚开始采用溜槽下灰的方法，虽然节约泵车的机械费用，但人工消耗较大（70人/日）且施工速度很慢，虽经改进但效果不好，后改为泵车浇筑的方法，劳力降为40人/日，施工速度明显加快。采用毛石混凝土处理地理按设计要求毛石的含量不超过30%，实际浇筑过程中，^#1塔共浇筑混凝土1565m³毛石含量仅为15.1%,^#2塔共浇筑混凝土2107m³毛石含量仅为18%,都存在毛石投入量小的问题。

　　5.3 环基

　　该塔环基设计断面为2m×7m（高×宽）,周长377.437m，属大体积超长结构，基础顶标高与池底板标高相同，为-2.0m。

　　5.3.1 钢筋工程

　　环基钢筋的绑扎采用"脚手架支撑绑扎法"，未采用传统的"马凳支撑绑扎"的方法，大大节约了马凳钢筋的投入。

　　环基的环向钢筋的连接方法我们进行了新的尝试和探索，根据当时刚刚出版的JGJ18-96《钢筋焊接及验收技术规程》，手工电弧焊增加了窄间隙焊新工艺，该工艺节省焊条及施焊时间并且减少钢筋搭接量提高钢筋连接的工艺水平，总体经济效益较好，所以环基环向Φ28钢筋全部采用这项新工艺。我们先到邯郸热电厂工地实地调研，又派焊工到北京培训并取证，焊工试焊时一切正常。每个焊工配两人组成一个三人焊接小组，如果钢筋端头锯的平整无变形，焊接一个接头最快焊接时间为5分20秒，需3根焊条；如果端头有轻微变形则需6至7分钟3根多焊条，总的下来一个头平均约需6分钟，焊接速度比其它焊接方法快。在现场取样检验过程中，发现^#1塔有一组^#2塔有两组试件不合格，达不到《JGJ18-96钢筋焊接及验收规程》中第5.5.3条三个接头试件均应断于焊缝之外的要求，通过研究我们采用熔槽帮条焊对该三组钢筋接头（^#1塔300个接头^#2塔600个接头共900个接头）进行了补强，补强后经检验全部合格。^#2塔在发现有2组不合格后其余的接头全部采用了熔槽帮条焊，取样检验未发现不合格现象。

　　经过分析从这次环基钢筋焊接施工中得到两个教训：一个是窄间隙焊新工艺受焊工水平及气候条件影响较大，施工中宜慎重选用，尤其在冬季施工中焊接接头保温不好容易发生冷脆现象（两塔环基均在冬季施焊），而熔槽帮条焊作为一项老工艺却比较稳定，可以大胆使用。第二是环向钢筋宜在钢筋加工厂对焊成尽量长，我们建议30m长以内均可，既可方便运输，又可大量减少现场手工电弧焊接头（或绑扎接头量），可大量减少焊条及焊工投入量并提高施工速度。

　　5.3.2 混凝土工程

　　为有效防治大体积混凝土施工中出现温度及干缩裂缝，我们采取了如下措施：

　　5.3.2.1 根据设计在基础与垫层之间设"建必特"一布两油隔离层，以减少地基对基础的约束，保证混凝土在温升及温降过程中顺利滑移，减少混凝土变形过程中因地基约束形成的温度应力。

　　5.3.2.2 水泥采用早期强度及水化热均较低的矿渣425水泥。

　　5.3.2.3 施工前进行了最大伸缩缝长度计算，确定分仓浇筑长度不超过36.9m，为此我们把环基按人字柱的位置共分成12段，每段包含3或4个人字柱支墩，再通过2m宽后浇带的位置来调整每段的长度,最后确定每段长度为31.312m和25.734m两种。

　　5.3.2.4 混凝土浇筑采用每段之间留2m宽后浇带的方式，这也是冷却塔环基施工新的尝识，后浇带待两侧混凝土内部温度稳定并接近大气温度以后再浇筑。该方法效果等同于传统的分段跳仓施工，但比其大大减少了后期浇筑混凝土量，施工速度明显缩短了近一个月。

　　5.3.2.5混凝土采用蓄热法养护，经热工计算上表面及侧面均采用一层塑料布两层草袋保温。测温点根据段的长度不同每段共布置5或6个测温点，内部温度测孔每段内布置2或3个，在易散热的内侧壁和两端共设3个测温孔，这样控制的内外温差为两处：一是混凝土表面温度（即保温层与混凝土之间的温度）和混凝土内部温度的差值，二是侧壁温度（侧壁布置的测孔的温度）和混凝土内部温度的差值。派专人进行混凝土的测温工作，用液体温度计测量，经实测混凝土的内部温度在浇筑后第3天达到，最高为52。C-54。C范围之间，环基内外最大温差都在25℃以内。

　　通过采用以上方法施工后至今未见裂缝出现。

　　5.4 人字柱及环梁

　　人字柱及环梁部位是冷却塔的最关键部位，也是外表观感质量控制的重点。此部位我们采用全现浇方式组织施工，环梁承重架及人字柱支承见附图二。

　　在人字柱及环梁的施工中我们采用了与以前完全不同的施工程序。以往均是在先施工完人字柱支墩后，再施工人字柱及环梁，而这次的施工程序是先搭设现浇施工排架，支设环梁模板，将人字柱上口准确定位，然后从上至下支设人字柱模板，人字柱模板找正固定后，将已提前在地面绑扎完毕的人字柱钢筋骨架用吊车吊起串入人字柱模板，最后绑扎柱墩钢筋、支设柱墩模板，然后再从下往上先浇筑支墩混凝土再浇筑人字柱混凝土。为了保证人字柱的外观工艺人字柱浇筑未留门子板而是人钻到人字柱筒内进行振捣作业（人字柱直径为900mm）。利用这种钢筋整体入模的施工方式，人字柱钢筋为通长一根，解决了原来令人头痛、耗资较大的人字柱钢筋连接问题（以前多为钢帽或套筒连接）。

　　人字柱模板为专用半圆弧钢模板，每块长度为1500mm，由4块模板围成人字柱圆弧，由7块圆弧模板和人字柱环梁相交专用模板组成人字柱长度。人字柱与弧形环梁连接处专用模板的设计是一个难点，由于是曲面对曲面的倾斜连接，该模板的参数计算极其复杂，我们把人字柱与环梁相交模板分成4块，为了把这些参数计算准确，我们技术人员付出了辛勤的工作，经过数天的努力，终于将各个参数均计算准确，并将加工图绘制出来。施工后两塔人字柱与环梁接口成品曲线优美流畅、浑然一体，极具观赏性，受到各级人员的一致好评。

　　5.5 筒壁工程

　　在筒壁施工中我们也进行了多项新技术、新工艺的尝识和探索：第一是由于受场地条件限制，传统的垂直运输工具金属竖井架、吊桥已无法使用，我们在塔内布置了ZTQ240型自升式折臂吊，进行钢筋、混凝土及各种材料的垂直运输，塔外设SCQ60型曲线载人电梯，用于人员上下运输。第二是对传统的子午向钢筋排布进行了改革。第三是将原来我公司采用的1.3m×0.5m筒壁专用模板改进为1.3m×1.0m大模板。
除以上改进外，筒壁施工仍采用传统的三角架形式，共设置三层，采用倒模施工的方法，三层三角架及模板循环交替，周而复始直至完成筒壁的施工。

　　筒壁施工吊车、曲线电梯布置及筒壁施工示意图见附图三。

　　筒壁施工^#1塔共历时262天平均2.38天一节，^#2塔共历时256天平均2.33天一节。

　　5.5.1 钢筋工程

　　对于冷却塔筒壁子午向钢筋施工我们进行了认真的分析和计算，提出了大胆的改革。筒壁子午向钢筋传统的设计方式是自下而上随筒壁半径的变化钢筋根数逐渐减少、钢筋直径逐渐变细。在以往冷却塔及邯峰发电厂^#1塔施工中，我们均采用这种配筋方式，但这种配筋方式带来的两个问题始终无法解决，一是钢筋在减筋处间距变大、左右倾斜的问题。减少钢筋必须倾斜两侧钢筋对加减筋位置的钢筋间距进行调整，但在实际操作过程中，钢筋的间距也很难调整一致，而且减筋处会造成钢筋间距偏大含量偏少。并且钢筋的左右倾斜会使子午向钢筋的有效搭接长度减少。二是竖向钢筋接头率超标。竖向钢筋设计接头按高中低一组三根配制，每层的接头率为33.3%，如果减少一根必然造成一组高中低组合破坏，从而使接头率超过设计要求的33.3%，以上两个问题均对结构是不利的。为了解决这两个问题，我们经过认真探讨分析，提出了更改子午向钢筋排布设计的设想，即钢筋根数从下至上始终保持不变，总根数为三的整数倍，满足高中低组合，确保接头率为33.3%,随高度的增加及筒壁直径变小调整钢筋直径和间距，并对原设计每层钢筋进行了代换计算，经设计单位认可并在^#2塔筒壁施工中予以实施。从^#1、^#2塔施工对比实践中证明，钢筋排布变更后冷却塔传统排布方式带来的2个问题完全解决，钢筋的施工达到了较高的内在质量，受到各方专家的一致好评。

　　《关于冷却塔子午向钢筋的设计与施工排布分析》一文被河北省电机工程学会评为1998至1999年度优秀论文二等奖。相同内容题为《冷却塔子午向钢筋排布的新设计与施工》被《电力建设》2000年第10期刊载。

　　5.5.2 模板工程

　　为了提高冷却塔筒身外表的观感质量，在工程施工前，我们大胆提出了把传统使用的1.3m×0.5m模板改为1.3m×1.0m大模板的设想。这样模板接缝数量减少一半，有效提高筒壁表面观感质量，同时参考兄弟单位施工经验，改变以往上下模板连接仅仅采用简单承插的方式，改为上下模板用普通"U"形卡连接，防止其移动，解决了旧的连接方式上层模板漂浮、接缝处漏浆且接缝处平整度差的问题。经过认真调研和探讨，这个方案得以实施，现在邯峰冷却塔的筒身接缝平整、质量及光洁度都达到了很高的工艺质量。

　　5.5.3 混凝土工程

　　筒壁混凝土采用折臂塔机吊吊斗方式，从一点开始背向浇筑，最后交圈。节间施工缝采用留置止水槽的方法，根据混凝土截面的不同而采用2道100×100mm或2道50×100mm或1道50×100mm三种形式（100mm为深度）。

　　本工程采用的ZTQ240型折臂吊由保定电力修造厂制造，平臂时最大起升高度为134.25m，最大起重量为8.0t，折臂至75。角时起升高度为162.25m，最大起重量为3.5t。折臂吊的浇筑的施工速度最快时为10m³/h，每节平均速度最快时为8.2m³/h（第45节以下），一般浇筑速度在5-6m³/h，相比井架施工的浇筑速度慢。

　　本工程采用的SCQ60型上人电梯为中国建筑科学研究院建筑机械化研究所的产品，它能依附于筒壁外壁上下，载重量为600kg,每次准乘8人。运行速度在^#1塔使用时为28米/分钟，在拆支模人员上下高峰期明显感觉太慢，所以在^#2塔施工时，厂家认真听取了我们的意见并对电机进行了改造，应用了国内最先进的变频技术（在国内这项技术是首次应用到曲线电梯上），经过改造以后运行速度大大提高，为了运行安全我们把速度最高速度定为40米/分钟，并且设置了30米/分钟、20米/分钟及检修用的5米/分钟共4档，运行效果大大提高，从原来高峰时运送施工人员所需时间由2小时40分钟缩短为1小时左右。

6. 施工中的经验和不足

　　6.1 冷却塔采用折臂吊及曲线电梯投资较大，两项合计将近300万元，但劳动力和工人的劳动强度都大大降低，符合现代建筑业高度机械化的要求。

　　使用折臂吊施工中在混凝土浇筑、材料运输上施工人员都比井架大幅减少，并且劳动强度有所降低。如在材料运输中所用的各种材料均可直接吊运至任意地点，大大降低了工人的劳动强度。在混凝土浇筑时使用折臂吊只使用18人/班，而用井架施工同样的塔约40余人/班。

　　6.2 环基施工虽然进行了严格细致的测温但所使用的测温手段（测温孔内插液体温度计）比较落后，受人为和环境的影响较大。

　　6.3 为保证中心找正吊盘的控制，折臂吊固定于偏离中心6m的位置，所以折臂吊的阻挡使一部分筒壁半径无法直接用钢尺量测，虽然我们采用了通过弦长量测各点弦高的方法来控制，也是比较行之有效的方法，但操作起来比较麻烦、精度不高。

　　6.4 单个塔现浇人字柱环梁施工所搭设支撑架共使用脚手管及扣件量为730t，一次性投入的周转工具量巨大，工人的劳动强度大。

7. 结束语

　　邯峰发电厂两座9000m²的冷却塔已全部施工完毕，并且通过了河北省电力公司质检中心站的监检，被评为优质工程，各级专家一致认定这两座塔代表我国冷却塔施工的最高水平，但是我们认为仍有许多需要改进的地方，有些施工工艺还比较传统和落后，还有待进一步提高和完善。