浅谈制氧机设备基础施工技术要点

浅谈制氧机设备基础施工技术要点

黄朝军

中国十九冶集团有限公司  四川省攀枝花市  617000

【摘  要】：通过对制氧机冷箱设备基础、低温液体储备系统设备基础和压缩机设备基础的实体质量控制、异形直埋螺栓安装精度控制及大体积混凝土裂缝控制方法及施工工艺的探索，阐述了定位板直埋螺栓施工技术、组合钢模板及拉结片加固施工技术、梁柱接头模型石膏处理技术、环形构筑物模板加固技术、大体积混凝土测温技术等施工技术在体量大、结构复杂及异形设备基础施工中的组合应用，有效增强设备的实体质量和观感效果，加快施工进度、节约工程建设成本。

【关键词】：设备基础；模板加固及细部处理；直埋螺栓；大体积混凝土；组合施工工艺

1、前言

近年来，随着我国钢铁、汽车、造船及化工储运等支柱性产业的快速发展，对工业气体的需求量也不断增加，制氧行业步入了一个飞速发展的阶段。近年来本人作为项目经理承担了2套3.9万Nm3/h和5套6万Nm3/h制氧机土建工程的施工任务，积累了较为丰富的施工经验，形成了一套完整的制氧机土建工程施工技术，总结出了一套完整的制氧机设备基础施工新工艺。

由于制氧机设备基础由多个相对独立且结构形式各异的基础组成，其中空分冷箱设备基础单体体积达到1500余立方米，且基础厚度超过3m；低温液体储备系统设备基础为圆形框架式设备基础；压缩机（空压机、氧压机、增压机）基础为框架式动力基础；各种设备基础内环形和异形直埋螺栓较多。因此，大体积混凝土施工质量控制、异形结构观感质量控制和异形直埋螺栓精度控制是本技术研究的重点。

2、技术特点

2.1 标高控制：按压光地坪要求进行垫层的标高和平整度控制，有效的避免了模板与垫层结合部位漏浆，有利于模板的拼缝平直和上部结构、螺栓等的标高控制。

2.2 施工放线：在砼垫层上对模板、管道、铁件预埋位置以及螺栓,预留孔的中心位置进行放线标识,同时对基础砼外侧钢筋保护层厚度以及钢筋间距进行了放线标识。为后道工序的施工创造了良好的条件，对安装精度的控制大有益处。

2.3 异形直埋螺栓控制：采用定位板进行螺栓（特别是异形螺栓组）的平面位置控制，大大提高了螺栓的安装精度。

2.4 组合定型钢模板及拉片式模板加固技术的应用，提高了设备基础的外观成型质量，有效减少了胀模、漏浆等质量通病的产生。

2.5 二次支模工艺和模型石膏工艺的组合应用：在墙体和底板交接位置及柱、梁、板接头位置采用了二次支模工艺和模型石膏定型处理技术，有效的控制了该部位质量通病的产生。

2.6 大体积砼质量控制：根据大体积混凝土的温度变化和分布规律，从混凝土强度及配合比设计、原材料的质量控制、施工操作、后期养护等几个方面采取有效的技术措施，控制大体积混凝土由于内部水化热引起的温度应力变化而引起的结构裂缝。

3、适用范围

适用于制氧机空分系统设备基础、低温液体储备系统设备基础和压缩机设备基础等对基础外形、预埋螺栓和预埋铁件等安装精度要求较高的设备基础施工。

4  主要施工工艺及关键技术

4.1  施工工艺流程：垫层浇筑、压光→基础模板、钢筋、上部螺栓铁件等测量放线→钢筋支架焊设→钢筋安装→预埋件安装→模板安装（螺栓、铁件、预留孔安装）→砼浇筑→拆模→养护

4.2  垫层施工：

4.2.1 垫层浇筑前应对基坑中心线、标高进行复测。

4.2.2 垫层砼浇灌时，沿基坑长度方向进行，按标高控制桩或控制架进行找平，控制好砼表面平整度。并采用提浆压光机进行表面压光。

4.3  基础模板、钢筋、上部螺栓铁件等测量放线

垫层浇筑完毕后，由专业测量人员在砼垫层上对模板、管道、铁件预埋位置以及螺栓,预留孔的中心位置进行放线标识,同时对基础砼外侧钢筋保护层厚度以及钢筋间距进行放线标识。将施工蓝图“画”到垫层上，为后道工序的施工创造条件，以提高安装精度。

4.4  模板选型、加固及特殊部位模板施工技术

4.4.1模板选型及配模：模板以大型组合钢模板为主，在施工前按施工图做好配模工作，绘制配模图，使配置的模板外观效果好，对拉螺栓进行整体策划，从而达到横平竖直的效果。对部分异形构件（如圆形、环形）采取定制方式，环形模板采用定制环箍加固工具进行加固。

4.4.2 拉片式钢模板加固技术

为减少漏浆，有效提高混凝土观感质量，将模板加固体系从传统的对拉螺栓加固改为拉结片加固，钢模板不钻孔，拉结片从钢模板接缝位置伸出加固，同时在钢模板接缝位置粘贴单面海绵胶条，有效提高了混凝土成型质量。

4.4.3  异形柱与梁、板接头模型石膏处理工艺

在柱梁（板）接头部位，尤其是低温液体储备系统和空压机系统设备基础等圆形、多边形异形柱与梁和板接头部位由于形状及位置特殊，钢木模结合和异型拼模质量较难控制，容易造成柱梁（板）接头部位错台、漏浆、麻面和表面凹凸不平等质量缺陷，严重影响观感质量。为解决该问题，接头部位采用比其他部位略薄的模板材料进行拼缝处理，然后该拼缝模板上采用模型石膏腻子刮补，刮补至与其他部位模板平，刮补过程中必须使表面平整光滑。石膏腻子施工完毕干燥后在腻子上涂刷脱模剂防水，然后进行下道工序施工。混凝土浇筑完毕拆模时，在石膏模型底部浇水湿润后清除。由于模型石膏具有干燥后硬度较高而浇水湿润后能快速溶解于水且易成型的特点，所以能有效解决的该部位产生上述质量缺陷的问题。

4.4.4  底板与墙体交接部位施工缝支模工艺

在浇筑底板和墙体第一次混凝土时，将模板紧靠结构钢筋置设，或者第一次浇筑的矮墙不置模板，而改用钢丝密网紧靠结构钢筋置设，在施工上层结构时，再将模板退出一个保护层位置，这样从结构外观上看不到施工缝，从根本上避免了施工缝处表面凹凸不平、麻面、上下池壁错开的质量通病，提高了混凝土观感质量。而且无形中增加了一道止水企口，提高了地下工程的防水效果。

4.5 设备基础地脚螺栓安装施工技术

4.5.1 分离系统冷箱及预冷系统空冷水冷塔基础环形地脚螺栓安装

安装顺序如下：垫层上进行螺栓位置的放线 → 焊螺栓固定支架 →安装螺栓定位板→焊接线架 → 在螺栓线架上精确放出螺栓位置 → 安装螺栓 → 检查复核

安装方法：

a. 施工前由测量人员在垫层上放出螺栓位置，并根据螺栓位置焊设固定架。支架立柱采用[14槽钢，立柱沿圆弧方向按间距＠1500布置，共布置两圈，分别在螺栓中心线的内外侧；立杆之间用L75*7角钢打剪刀撑。为保证螺栓固定架整体稳定性，应保证剪刀撑的连续性并设连接横杆。

b. 在内外两圈立杆上部分别焊一圈环形通长钢筋，作为线架控制螺栓顶面标高及中心线。

c. 在混凝土面标高以上100-200mm处，将内外两圈固定架用L75*7角钢连接在一起，螺栓定位钢板放在L75*7角钢上。

d. 螺栓定位钢板采用10厚钢板，形式为圆环形，直径按蓝图中环形螺栓中心线的直径控制，圆环宽度＝螺栓规格＋300mm；圆环上按螺栓在图中的角度及规格开孔，开孔直径为螺栓规格＋3mm。

e. 测量人员将螺栓中心按角度投放在线架上，先将螺栓定位钢板按中心位置精确固定好；然后将螺栓放入定位钢板的孔中并戴上螺帽，拉线并精确调整螺栓中心和标高；调整好后将螺帽与定位钢板最后固定好。

f. 将螺栓下部调垂直，螺栓下部用钢筋焊接在一起并与固定架焊牢。

g. 安装完成后由测量进行螺栓中心线及标高的检查复核。

环形地脚螺栓安装图如下：

4.6混凝土工程施工技术

压缩机基础底板,特别是冷箱基础的厚度、宽度、长度、混凝土一次浇筑量属大体积混施工范围，混凝土浇筑后会产生很大的温度收缩应力使混凝土基础产生裂缝，因此在施工准备及施工阶段必须采取强有利的措施保证混凝土质量。混凝土采用商品混凝土，由商品砼供应商提供砼配合比，并应满足《块体基础大体积砼施工技术规程》的技术要求。

4.6.1.大体积混凝土裂缝控制及养护措施

由于大体积混凝土浇筑后，不论是中心部位还是边缘部位，总是升温时间短，降温时间长，同一基础的不同部位，其升温峰值与降温时间随所处位置的热扩散条件的不同而不同；同时基础内热传导引起的温度场，在混凝土基础中部很大范围形成一个高温区，温度较均匀，变化不大，但在靠近基础边界处变化剧烈。新浇混凝土水化热引起的温度较高，要向外界介质扩散降温，其扩散深度与接触物的初温、导温系数等因数有关。

浇灌温度对水泥水化速度影响很大，浇灌厚度对温升峰值及升降温的延续时间有明显的影响。

根据以上大体积混凝土的温度变化和分布规律，为保证工程质量，我们从混凝土强度及配合比设计、原材料的质量控制、施工操作及环境协调等四个方面采取有效的技术措施。

1） 混凝土强度及配合比设计

大体积混凝土由于内部水化热引起的剧烈温度和温度应力变化将导致混凝土结构发生裂缝。因此在大体积混凝土工程施工中关键是要降低混凝土浇筑块体因水泥水化热引起的温升，达到减少水泥用量降低温度应力和保温养护目的。因此在配比设计中，保证基础有足够强度满足使用要求的前提下，要求混凝土公司按28天强度进行计算，利用混凝土60天后期强度进行配比设计。

2） 原材料质量控制技术措施

水泥：选用低水化热的矿渣硅酸盐水泥，其细度、凝结时间、安定性、水化热等技术要求必须符合GB1344-99规定。

砂、碎石：其颗粒级配、针片状颗粒含量、含泥量等技术要求符合JGJ52-92，JGJ-92规定。

3） 混凝土施工过程控制

①坍落度控制

施工中严格控制水灰比，控制混凝土坍落度，是控制水泥用量减少水化热和混凝土总温升的关键，因此在施工中注意尽量减少搅拌运输车卸料落差，保证卸料畅通，同时随时注意泵车与搅拌车匹配是否适当，泵车受料布局是否合理，连续以及不间断泵送，以达到混凝土坍落度不增加甚至适当减少的目的。

②选择合理的混凝土浇筑形式

采用混凝土输送泵布料，分层推移浇筑型式。按大体积混凝土分层浇筑要求，结合基础浇筑厚度，混凝土分层厚度控制在500mm以内。

为了使混凝土连续浇筑，一气呵成，混凝土浇筑分段分层浇筑。为了保证上下层混凝土在初凝之前能连续浇筑，混凝土初凝时间控制在3小时之内。

③浇灌中的技术措施

由于混凝土的抗拉强度远小于抗压强度，混凝土的极限拉伸离散性很大，与水泥用量，水灰比粗骨料品种、砂石含泥量以及混凝土捣固程度、养护条件等有关。因此施工中为确保混凝土的均匀密实，根据现场混凝土浇筑需要，浇筑混凝土均配制2个班组混凝土浇捣人员。

混凝土采用分层推移浇灌方式可使混凝土的暴露面减少至最少，以减少混凝土在昼间外界气温的冷量损失。

排除泌水：大流动度混凝土在浇灌振动过程中产生大量的泌水，由于采取了分层推移的浇筑方式而形成一个大坡面，泌水沿坡面流向一端，通过在基础一端不同高度的预留门板排出，预留门板随后封堵，少量来不及排走的泌水用人工排出。当混凝土继续浇筑在二个预留门板间泌水汇聚形成较大面积时，用软轴泵及时排除。

④混凝土水化热测定

根据基础外形，选择有代表性的部位，布置测温孔，以减少不必要的测点，便于测点安装和管理。

大体积设备基础增设测温孔，采用φ20薄壁钢管作测温孔。混凝土浇筑前将钢管埋入基础中，钢管高出基础表面100mm,测温采用探头式温度计专人进行温度检测。

YBJ224—91规定，浇筑混凝土块体底里外温差不宜大于250C，根据以往测试经验此值可适当放宽，混凝土浇筑块体的降温速度控制为1.50C/天。

4） 混凝土养护措施

由于制氧机冷箱设备基础混凝土浇筑体积大，为防止混凝土出现有害裂缝，在每次混凝土浇筑过程中，及时按温控技术措施的要求进行保温养护，盖好土工布并安排专人浇水养护，将温差控制在25℃范围内。

在尽量减少混凝土内部温升的前提下，应切实做好混凝土保湿、保温的养护工作，以减少混凝土表面的热扩散，减少混凝土表面的温度梯度，防止产生表面裂缝。同时延长散热时间，充分发挥混凝土强度的潜力和材料的松弛特性，使平均总温差对混凝土产生的拉应力小于混凝土抗拉强度。为此采取下列养护措施：

a．基础表面待混凝土浇筑完毕后自然养护并保持其表面湿润。养护措施为塑料薄膜和土工布双层覆盖进行保温、保湿，养护期为14d。

b． 正确规定拆模时间，因过早地拆模，会使混凝土表面较低形成很陡的温度梯度，产生很大拉应力，同时由于混凝土内外温差过大而引起裂缝。因此拆模时间在混凝土内外温差值小于20℃并且大气温度不会发生骤变的情况下，方可开始拆模。

c. 以上所采取的保温养护措施，应使基础混凝土内外温差满足温控指标25℃的要求，一旦超出要求，立即增加土工布的覆盖和浇水频率。

d. 大体积混凝土保温养护过程中，加强对基础混凝土内外温差和降温速度的监测。根据现场实测结果随时掌握与温控施工控制数据有关的内外温差，最高温升及降温速度等数据，根据这些实测结果调整保温养护措施以满足温控指标的要求。

5  应用实例及使用效果

5.1宝钢股份有限公司新增7#制氧机组工程，设计为一套生产能力为6万Nm3/h的制氧机组，主要设备和工艺设计均为德国林德公司提供。设备基础主要包括空气分离系统设备基础、空气预冷、净化系统设备基础、产品气体压缩系统设备基础、空气过滤加压系统设备基础和气体备份系统设备基础组成。其中框架式钢筋混凝土动力设备基础两座（氧压机、主空压机基础），圆形独立设备基础两座（空冷塔、水冷塔基础），圆形框架式钢筋混凝土设备基础两座（液压储罐、液氮储罐基础），单体体积超过1500m3的大体积混凝土设备基础一座（空气分离系统冷箱设备基础），基础高度超过8m的高耸式设备基础一座（净化系统分子筛设备基础）。设备基础混凝土总量约6500m3，其设计工艺较为复杂，接口多。基础标高从-7.500m — +8.5m，异形设备基础和深基坑作业较多，基础上部标高层次、内部沟道和直埋螺栓较多，安装精度要求较高。在该制氧机设备基础工程施工过程中，我们应用了以上工法进行施工作业。应用效果如下：

设备基础施工完毕后，经宝钢工程质量监督站和监理公司进行了现场联合核验，其主控项目全部合格，允许偏差项目点合格率达到了99%。尤其是在直埋螺栓安装精度控制、混凝土外观质量和大体积混混凝土裂缝控制方面得到了参与核验专家们的高度评价。该项目在2005年4季度“宝钢十一.五规划工程质量综合管理优胜”评比中取得了第一名的好成绩。

9.2宝钢集团浦钢搬迁氧气站1#、2#、3#、4#制氧机组工程，设计为两套生产能力为6万Nm3/h的制氧机组，主要设备和工艺设计为法国液空公司提供。设备基础混凝土总量12000m3，除净化系统分子筛设备基础为矩形和圆形联合块体基础外，其余设备基础结构形式和形状与宝钢股份新增7#制氧机组工程基本相同。本工法在该项目中应用效果如下：

设备基础施工完毕后经质量监督站和监理公司现场实测实量，其主控项目全部合格，允许偏差项目点合格率达到了98.5%。2006年11月份，经冶金质量监督总站年度质量大检查，浦钢搬迁氧气站1#、2#制氧机组工程在观感质量控制和大体积混凝土裂缝控制方面均得到了较高的评价。

作者简介：

黄朝军(1976)，男（汉族），四川攀枝花人，西安建筑科技大学工程管理专业本科学历，1996年参加工作，现任中国十九冶集团有限公司攀西分公司总经理助理，主要从事工程施工和技术管理工作。中国十九冶集团有限公司，注册地：四川省攀枝花市，邮政编码：617000

参考文献：

1、张恩永，《西钢6000m3/h制氧机空分塔基础施工的实践》，《黑龙江冶金》|2002年第004期

2、梁勇、黄朝军：“组合钢模板拉结片装置”（ZL200820058557.0）；

3、黄朝军：“异形柱与梁、板接头处理方法”（ZL200810037517.2）

4、黄朝军：“用于圆形构件的环型模板加固工具”（ZL201220166404.4）

1