吳春杰，程正覺，國重寬，劉 慧

(中煤第七十二工程處，安徽宿州 234000)

1 前言

在西北高寒地區(qū)施工的土建工程，由于受到氣候環(huán)境的影響，存在每年施工時間短、冬季施工質(zhì)量風(fēng)險大和成本高的特點，因此多數(shù)土建工程在冬季休工，造成了項目建設(shè)周期長。在西北地區(qū)采用立井的煤礦，因考慮環(huán)境因素，地面通常采用鋼筋混凝土井塔。主副井是礦建、土建、安裝工程三方交叉的施工點，因此主副井(包括礦建、土建、安裝工程)施工時間決定了整個煤礦的建設(shè)周期。而井塔范圍人工凍融地基的解凍和井塔土建工程冬期施工慢或停工成為導(dǎo)致煤礦建設(shè)周期長的瓶頸問題。隨著我國煤炭基地逐漸向西北轉(zhuǎn)移，研究和應(yīng)用技術(shù)措施、縮短人工凍融土解凍和井塔冬期施工時間成為目前急需解決的問題。

人工凍融土如果采取自然解凍方法、鋼筋混凝土井塔冬季停工或采用暖棚法施工，都存在速度慢和工期長的問題。針對樁基有限范圍的人工凍融土的快速解凍技術(shù)和井塔冬期快速施工成套技術(shù)具有可靠性高、技術(shù)先進、操作簡單的特點，較好地解決了上述問題，在實際應(yīng)用中表現(xiàn)出速度快、成本低的特性，是目前較為合適的技術(shù)解決方案。

2 項目概況

靈東礦地處于內(nèi)蒙古滿洲里市，屬于典型的西北高寒地區(qū)。按常規(guī)，地面土建工程每年10月5日進入冬期施工，10月20日進入冬季休工期。由歷史氣象數(shù)據(jù)得知，10月平均最低溫度為-10℃，極端最低溫度為-24℃;11月平均最低溫度為-18℃，極端最低溫度為-36℃;12月平均最低氣溫為-26℃，極端最低溫度為-39℃。冬季常有連續(xù)間歇式寒潮，短時間急劇降溫并伴有大風(fēng)，天氣狀況極端惡劣。靈東礦主副井井筒采用凍結(jié)法施工，地面上為鋼筋混凝土井塔，井塔采用樁筏復(fù)合基礎(chǔ)，樁基為鉆孔混凝土灌注摩擦樁，部分灌注樁位于井筒人工凍融土內(nèi)。井塔為內(nèi)框外筒結(jié)構(gòu)，地面以上共7層。因條件所限，為了保證安裝，給予井塔土建施工的時間非常短，而且必須在冬季施工主體。

3 關(guān)鍵技術(shù)解決方案的選擇

要跨越冬季并在短期內(nèi)完成井塔結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵取決于3個方面的技術(shù)解決方案，即井塔范圍內(nèi)人工凍融土的解凍方案、井塔的施工工藝和高寒地區(qū)冬期施工技術(shù)方案。此3個技術(shù)解決方案一直也是我國西北高寒地區(qū)煤礦建設(shè)中在研究探索的問題。

3.1 人工凍融土技術(shù)解凍方案的研究

如果在凍融土上直接施工樁基，可能導(dǎo)致兩種后果:一是凍土在樁基施工過程中因快速解凍土質(zhì)結(jié)構(gòu)受到破壞而產(chǎn)生塌孔，導(dǎo)致使無法成孔;二是地基土因凍融而產(chǎn)生變化，造成地基承載力和樁基承載力下降。應(yīng)該說先解凍后建設(shè)是一種穩(wěn)妥的方案。目前解凍技術(shù)方案有兩種，一種是自然解凍的方案，該方案的優(yōu)點是安全可靠且對地基影響較小，缺點是解凍往往需要2～3年時間才能完成;另外一種是凍結(jié)壁全范圍快速解凍方案，即利用原有凍結(jié)系統(tǒng)注入熱水循環(huán)，進行人工強制解凍，優(yōu)點是解凍時間短，一般需要4個月左右的時間或與凍結(jié)時間大致相當(dāng)，缺點是會導(dǎo)致樁基承載力損失。目前，國內(nèi)外對人工凍融土的研究較少，對于在快速解凍的凍融土上建設(shè)較大型工程的案例，只有新集集團在安徽淮南劉莊煤礦的主井井塔建設(shè)中首次立項進行了研究應(yīng)用。

采用凍結(jié)壁全范圍的快速解凍方案解凍仍需要4個月的時間，而且時間上還不能滿足要求，因此在凍結(jié)壁全范圍解凍方案的基礎(chǔ)上，增加局部針對樁基有限范圍人工凍融土的快速解凍措施，以進一步加快解凍速度。基本思路是在制定凍結(jié)方案時即考慮解凍需求，布凍結(jié)管時加布短管，在完成上部井筒施工后即開始凍結(jié)壁全范圍人工凍融土的解凍。在礦建施工撤出工作面后，針對樁基另加設(shè)強制解凍系統(tǒng)，一般在7 d左右即可滿足樁基施工，同時采取后注漿法提高樁基承載力。

3.2 井塔施工工藝方案的研究

井塔施工工藝目前在國內(nèi)主要有普通倒模、爬打結(jié)合、滑打結(jié)合3種工藝，這3種工藝各有優(yōu)缺點。普通倒模工藝優(yōu)點是簡單易操作、造價低，缺點是工藝專業(yè)性差、機械化程度低、人工投入大、速度慢。爬打結(jié)合工藝為外墻采取爬模，內(nèi)部采取腳手架支撐施工水平向結(jié)構(gòu)。因爬模結(jié)構(gòu)較為笨重，對于高度較低的工程不適用，又衍生出外墻施工采取爬架和大模板施工且內(nèi)部采用普通支模的工藝。優(yōu)點是質(zhì)量好，缺點是造價高、爬模安拆時間長?；蚪Y(jié)合工藝是外墻采用滑模施工，水平梁板結(jié)構(gòu)采用腳手架做為架體的支撐體系，通常采取“滑一打一”的組織方式。但在國內(nèi)，也有些施工單位采取連續(xù)滑升的方式，在滑升過程中完成內(nèi)柱和水平向主梁施工，然后從上向下吊模施工其他水平向結(jié)構(gòu)。優(yōu)點是速度快、機械化程度高、投入人工少、無需搭設(shè)外架和受環(huán)境影響小，缺點是外墻外觀質(zhì)量較差，但采用大模板代替原有小模板作為滑模模板后，大大提高了外墻外觀質(zhì)量。從時間和從西北地區(qū)冬季惡劣環(huán)境對施工干擾方面綜合考慮，選用滑打結(jié)合工藝是西北高寒地區(qū)冬季井塔施工最為適宜的工藝。

3.3 井塔混凝土冬期施工技術(shù)方案的研究

本工程冬期施工主要為解決井塔外墻混凝土結(jié)構(gòu)的施工，通?？蛇x用的解決方案有加熱和不加熱兩種。加熱法施工多采用暖棚法，不加熱法施工多采用蓄熱法。暖棚法施工是北方冬期最常用的施工方法，做法是在工程四周搭設(shè)暖棚，設(shè)熱源使棚內(nèi)保持正溫。優(yōu)點是混凝土的質(zhì)量保證性高，缺點是對于井塔來說，在寒冷多風(fēng)的西北地區(qū)冬季搭設(shè)暖棚難度大、速度慢，施工存在不確定性。

外界氣溫不太低時，厚大混凝土構(gòu)件采用蓄熱養(yǎng)護施工法是可以保證質(zhì)量的，但井塔外墻厚度一般為250～350 mm，采取蓄熱法施工很難保證混凝土質(zhì)量?？紤]井塔外墻采用滑模工藝，用負溫混凝土冬期施工技術(shù)是合適的解決方案。其基本原理是在混凝土內(nèi)摻加防凍劑，降低混凝土中的液相冰點，加熱原材料，保證出機入模溫度，采取措施在成型后的混凝土外形成外保溫和防失水防護，使混凝土在低溫養(yǎng)護期間不斷增長強度，并最終達到設(shè)計強度。缺點是對施工技術(shù)要求高，存在一定的風(fēng)險，但與滑模工藝配套使用可形成快速施工。因為井塔主要施工工藝和冬期施工技術(shù)是緊密關(guān)聯(lián)的，在這里把兩者合并稱為井塔冬期快速施工成套技術(shù)。

4 快速解凍人工凍融土技術(shù)

4.1 技術(shù)研究

目前我國對快速解凍人工凍融土的研究較少。2005年，為了建設(shè)新集集團劉莊礦特大型井塔，由新集集團組織對快速解凍的人工凍融地基上建設(shè)大型井塔進行了立項研究，首次在工程建設(shè)上、理論上、學(xué)術(shù)上對人工凍融土進行了較為全面細致的研究和評價，項目研究和實施的基本情況如下:

1)對人工凍融土的研究。通過系列的試驗、在人工凍融土地基上建設(shè)特大型井塔的模擬試驗以及相應(yīng)的荷載試驗和監(jiān)測工作，揭示了人工凍融土的物理力學(xué)性質(zhì)、化學(xué)礦物成分、微結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律以及與工程性質(zhì)之間的關(guān)系，建立了部分?jǐn)?shù)學(xué)模型和計算，論證了在快速解凍的人工凍融土上搭建井塔的可行性。進一步提出在工程的前期設(shè)計階段應(yīng)進行優(yōu)化設(shè)計，樁基完成后應(yīng)采用后注漿法提高樁基實際承載力。

2)樁基范圍內(nèi)全面解凍。劉莊礦井塔樁基平均樁長為45.0 m，基礎(chǔ)埋深5.0 m。為保證樁基質(zhì)量，解凍深度為60.0 m。具體方法是在凍結(jié)管內(nèi)布置聚乙烯塑料軟管作供液管，在地面設(shè)置鹽水箱，對箱內(nèi)鹽水加熱，用鹽水泵把熱鹽水送入凍結(jié)孔內(nèi)的回路分配器，對凍結(jié)孔進行加熱循環(huán)，直至凍結(jié)土融化。解凍范圍為自然地面下60 m，解凍孔為間隔布置(見圖1)。自2005年3月15日開始解凍，2005年7月31日停止解凍，累計解凍時間為138 d[1]。

圖1 凍結(jié)孔及解凍孔平面位置圖Fig.1 The plane layout of freezing hole and thawing hole

3)對人工凍融土的試驗、監(jiān)測和分析研究表明，在人工快速解凍的人工凍融土地基上建設(shè)特大型井塔是可行和安全的。同時應(yīng)用后壓漿技術(shù)在快速解凍的人工凍融土中的效果良好，可提高樁基摩擦阻力30%～40%。但從目前來說，對快速解凍人工凍融土的研究也僅在新集集團劉莊礦進行了較為完整和系統(tǒng)的研究，建議繼續(xù)推動此項研究，以取得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)和結(jié)論[1]。

4.2 針對樁基有限范圍的快速解凍施工技術(shù)要點

本項目廠區(qū)內(nèi)地下水較少，土質(zhì)較劉莊礦好，可以在快速解凍的人工凍融土上建井塔。借鑒劉莊礦的研究，在本項目采取快速解凍技術(shù)方案是可行的。但如果采取凍結(jié)壁范圍全面解凍方式，解凍時間要4個月，無法滿足時間上的要求，因此增加樁基有限范圍快速解凍的措施，即在礦建施工后期即進行全面解凍，并在礦建施工結(jié)束后對樁位直接進行熱融解凍。此種方案針對性強、解凍時間短、效果明顯，且設(shè)備安裝簡單，拼裝迅速。具體施工流程為放線→定孔位→制解凍管→鉆孔→下解凍管→循環(huán)熱水拔管→完成解凍，實施如下:

1)樁基解凍管布置。圖2為針對樁基解凍管的布置圖。

2)解凍管系統(tǒng)圖。圖3為單樁解凍管系統(tǒng)圖。

3)解凍管的施工。解凍管由外管和內(nèi)管兩部分組成，外管采用外徑φ110 mm鋼管，內(nèi)管采用φ33.5 mm鋼管，套入外管內(nèi)，下端至外管底部。上端作為進水口，與外管間焊接封堵，解凍管長度同鉆孔深度，鉆孔直徑大于解凍管的外徑50～100 mm，鉆孔深度同需解凍的凍土深度。在確定解凍管無滲漏后將其放入鉆好的孔內(nèi)，直至達到設(shè)定的深度后固定。最后將內(nèi)管上端與熱水系統(tǒng)的進水管連接，外管出水口與熱水系統(tǒng)的回水管連接。

圖2 針對樁基解凍管布置圖Fig.2 The layout of pile foundation thaw tube

圖3 單樁解凍管系統(tǒng)圖Fig.3 Diagram of single pile thaw tube system

4)循環(huán)熱水解凍。當(dāng)解凍管與熱水循環(huán)系統(tǒng)的連接檢查合格后，利用循環(huán)增壓泵將溫度為70～80℃的熱水從進水管注入，通過解凍內(nèi)管注到解凍管底部，自下而上循環(huán)，開始解凍，再通過解凍外管的出水口和回水管重新循環(huán)到熱水系統(tǒng)，如此通過熱水的循環(huán)，吸收凍土的冷量，使凍土解凍。

5)拔管。循環(huán)熱水解凍5～6 d后，樁基直徑范圍內(nèi)的凍土即解凍合格，停止通熱水，拔出解凍管的內(nèi)外管，即可進行下一道工序即樁基施工。

自2008年5月15日開始解凍，2008年7月31日停止解凍，累計解凍時間為76 d。實際在礦建施工結(jié)束后15 d左右即進行了樁基施工。

4.3 后壓漿施工技術(shù)

1)由于土層經(jīng)過凍融后，其物理力學(xué)指標(biāo)有所降低，為保證灌注樁承載力滿足上部荷載要求，采用后壓漿技術(shù)進行處理。鉆孔灌注樁后壓漿技術(shù)是通過預(yù)埋的后壓漿管路對鉆孔灌注樁的樁側(cè)壓入水泥漿液，通過漿液的滲擴、擠密和劈裂等方式，改善樁土界面，使樁側(cè)泥皮及樁周以內(nèi)的土體物理力學(xué)性能得以明顯改善，樁周一定范圍內(nèi)的土體得到加固，土體強度增加，增大樁側(cè)摩阻力和減少沉降量，從而提高鉆孔灌注樁的承載力。

2)后壓漿技術(shù)設(shè)計。樁側(cè)壓漿器分別距樁頂10 m、20 m和40 m 3個斷面環(huán)向布置，壓漿器采用鋁塑花管，在其表面套置具有一定彈性的材料，側(cè)壁壓漿導(dǎo)管選用內(nèi)徑φ20 mm的鍍鋅鋼管。所有壓漿管路均采用絲扣和隔水帶嚴(yán)密連接，漿液配制為P.O.32.5級水泥，水灰比 0.5 ︰ 1(質(zhì)量比)。主要設(shè)備選用BW-150型高壓注漿泵，其最大工作壓力為 7 MPa，泵的排量為 50 ～300 L/min[1]。

3)后壓漿施工。將樁側(cè)壓漿導(dǎo)管底接上三通和短節(jié)，以便與壓漿器鋁塑花管相連，并綁扎在相應(yīng)位置的鋼筋籠外側(cè)。壓漿管件下入應(yīng)隨鋼筋籠下置同時進行，壓漿施工在樁身混凝土養(yǎng)護7 d后進行，先壓稀漿再逐漸加濃。注漿量根據(jù)現(xiàn)場試注情況確定，樁頭出現(xiàn)返漿，可停止高壓注漿，24 h后補注漿一次。

4)后壓漿施工檢查與評價。樁側(cè)壓水泥漿液使水泥漿液在樁四周土體劈裂，充填孔隙，擠推泥皮，樁周物理力學(xué)性質(zhì)改善，樁周土密實，樁與樁周土的粘結(jié)力加強，從而極大地提高了鉆孔灌注樁的承載力。對鉆孔樁樁頭開挖檢測發(fā)現(xiàn)，通過后壓漿處理的鉆孔灌注樁，樁周出現(xiàn)水泥漿泡，水泥漿液在樁周擴散，達到了預(yù)期的目的。

4.4 應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測

由于目前國內(nèi)外對凍融土研究甚少，各種地基土的物理力學(xué)指標(biāo)的選取具有一定的不準(zhǔn)確性，可能使鉆孔灌注樁承載力達不到設(shè)計要求，這將嚴(yán)重影響到整個工程的安全使用，造成極大的經(jīng)濟損失和社會影響。為此，必須在工程建設(shè)和使用過程中對鉆孔灌注樁及其地基土進行應(yīng)力應(yīng)變以及凍融土溫度變化等方面的原位測試，為建筑物的安全使用提供準(zhǔn)確的評價分析數(shù)據(jù)。

4.5 樁基檢測

在樁基檢測中，打破了常規(guī)抽檢的方法，對每根樁都進行了低應(yīng)變測試，以確定工程樁的樁身完整性。經(jīng)檢測，所有樁滿足設(shè)計要求。對12#、29#、31#樁進行了單樁豎向抗壓靜載試驗測試，3根工程樁的單樁豎向抗壓承載力特征值均不小于4 400 kN，滿足設(shè)計要求。對40#、61#樁進行單樁水平靜載試驗，受檢的工程樁單樁水平承載力特征值均不小于280 kN(取水平臨界荷載值的0.8倍)，均滿足設(shè)計要求。

5 井塔冬期快速施工成套技術(shù)

5.1 冬期快速施工成套技術(shù)的核心問題

質(zhì)量和速度是本成套技術(shù)需要解決的主要問題，在技術(shù)方案研究和建立的過程中，應(yīng)重點考慮井塔施工工藝和冬期施工技術(shù)有機高效的結(jié)合。成套施工技術(shù)主要考慮因素包括:滑模裝置既要考慮滿足滑模施工和抗偏斜、扭轉(zhuǎn)的需要，同時又要兼顧水平向結(jié)構(gòu)施工的方便;混凝土冬期施工技術(shù)的核心是負溫混凝土的配制、混凝土出罐入模溫度的保證以及出模后混凝土的保溫、防風(fēng)和保水;傳統(tǒng)使用的“滑一打一”的組織方式施工速度慢，在保證安全的前提下，改變組織方式提高施工速度是關(guān)鍵。

5.2 滑模施工技術(shù)

1)滑模裝置的設(shè)計。國內(nèi)的滑模技術(shù)應(yīng)用已很成熟，且廣泛地應(yīng)用在各類工程上，但主要應(yīng)用在筒倉、井塔等類型工程上。按操作平臺的形式，可分為剛性(桁架式)滑模裝置和柔性(挑架式)滑模裝置。本工程滑模裝置設(shè)計時因要考慮水平向結(jié)構(gòu)施工，需在滑模平臺中間留置足夠大的吊料孔。剛性滿工作面的滑模裝置形式不合適，同時單體方倉滑模極易發(fā)生扭轉(zhuǎn)。如果發(fā)生偏斜、扭轉(zhuǎn)，則直接影響井筒罐籠安裝和井塔外觀質(zhì)量，滑模裝置必須要有足夠的抗扭剛度。綜合上述因素，滑模平臺采用三角挑架和桁架組合的結(jié)構(gòu)形式;模板采用6 mm厚的大模板，異型處單獨加工;用φ48 mm×3.5 mm的鋼管、YKT-80液壓控制臺和GYD-60型千斤頂組成液壓提升系統(tǒng)。滑模裝置的平面圖如圖4所示。

圖4 滑模平面圖Fig.4 Plane graph of sliding mode

2)模板滑升施工。主要包括滑模裝置的組裝、初滑、正?；湍┥?個階段的施工。滑模工程可以說是“三分技術(shù)，七分管理”，標(biāo)準(zhǔn)化、精細化管理在施工中尤為重要。滑模裝置安裝的精度要保證，這對于整體滑模質(zhì)量至關(guān)重要;在初滑階段應(yīng)做到分層(每層300 mm高)澆筑混凝土，嚴(yán)禁一次澆筑高度過高，造成較大的初變形;正?；A段按正反間隔的順序澆筑混凝土，組織管理到位，確保施工連續(xù)有序;在末升階段做好標(biāo)高控制，確保最后澆筑的混凝土標(biāo)高一致，做好模板和混凝土的脫模工作。

3)滑模精度控制和調(diào)整?；Ｊ┕ひ恢碧幵谝环N動態(tài)施工狀態(tài)，因千斤頂?shù)牟煌降榷喾矫嬖蛞壮霈F(xiàn)偏斜和扭轉(zhuǎn)。施工中在井塔四角設(shè)置了觀測點，每滑升600 mm做一次水平控制和偏扭觀測工作。施工中盡量保持操作平臺上的荷載對稱均衡，混凝土按正反圈間隔澆筑，并兼顧風(fēng)力、陽光等影響因素，保持滑模平臺各千斤頂滑升同步和標(biāo)高一致。即使如此，在滑模過程中還是會出現(xiàn)偏斜和扭轉(zhuǎn)，傳統(tǒng)理念一般是糾偏、糾扭，即在出現(xiàn)較大偏差后采取措施，使滑模裝置返回原位。在本項目的施工中，通過使用控偏、控扭的措施，即在偏扭較小且未達到規(guī)范規(guī)定時，通過調(diào)整部分千斤頂?shù)男倍认嬖诘钠で闆r和發(fā)展趨勢，保證精度，使混凝土的外觀質(zhì)量特別是外突出構(gòu)件(如外壁柱等)質(zhì)量得到進一步提高。偏扭調(diào)整示意圖如圖5所示。

圖5 利用千斤頂控制滑模精度圖Fig.5 The graph of controlling sliding mode using jack control

5.3 高寒地區(qū)冬期混凝土施工技術(shù)

本井塔采用的是滑模工藝，采用非暖棚冬期施工法，井塔外墻混凝土成型出模后處在自然環(huán)境里，因此混凝土冬期施工技術(shù)是以負溫混凝土冬期施工為基礎(chǔ)建立的，至于應(yīng)用別的一些冬期施工技術(shù)，只是輔助使用，這是此項技術(shù)實施的基本原則。

5.3.1 負溫混凝土配制技術(shù)

滿洲里從10月到12月溫度變化較大，根據(jù)對歷史氣象資料和近幾年氣候情況的分析，把施工環(huán)境的最低溫度定為-30℃，這既是負溫混凝土配制的基準(zhǔn)，也是外墻混凝土施工的限制條件。配制負溫混凝土選用防凍劑是關(guān)鍵，宜選用早強防凍復(fù)合型外加劑，水泥宜選用硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥。在外加劑的選用上，必須要評估外加劑對混凝土和鋼筋性能的影響。完成負溫混凝土初步設(shè)計后，模擬施工環(huán)境拌制、養(yǎng)護試塊，經(jīng)試壓達到要求方可進入下一步施工，否則不斷循環(huán)以上工作直至滿足要求。除了做混凝土試配試壓工作，還應(yīng)對外加劑的物理、化學(xué)性能進行必要的試驗。一般來說，負溫混凝土對原材和養(yǎng)護都有一定的技術(shù)要求，本工程配制的負溫混凝土的技術(shù)要求是:混凝土出機溫度不低于10℃，入模溫度不低于6℃，混凝土澆筑完成后，表面應(yīng)覆蓋兩層塑料薄膜和三層草袋。

5.3.2 混凝土的攪拌運輸

根據(jù)負溫混凝土對混凝土出罐、入模溫度的技術(shù)要求，在施工中設(shè)置暖棚存放水泥、砂、石等原材料，暖棚內(nèi)設(shè)熱源提高和保持棚內(nèi)的環(huán)境溫度。在砂、石料底部設(shè)地?zé)峁苓M行加熱，另外開罐前在砂堆中再插入蒸汽管進行加熱。熱水?dāng)嚢枋翘岣呋炷脸鰴C入模溫度的有效措施，在現(xiàn)場通過蒸汽加熱攪拌用水，并設(shè)置自動控制系統(tǒng)來保證攪拌用水的水溫處于70～80℃?？刂苹炷吝\輸入模時間，對超過規(guī)定時間的混凝土禁止使用，對混凝土的運輸設(shè)施進行保溫，必要時進行加熱。通過以上系列技術(shù)措施的實施，可保證混凝土的出機、入模溫度達到要求。

5.3.3 混凝土的養(yǎng)護

混凝土入模后的養(yǎng)護分兩階段實施，第一階段混凝土處在滑升的模板內(nèi)，持續(xù)時間為12～14.4 h，采用熱模養(yǎng)護技術(shù)，即在模板外設(shè)置蒸汽管和EPS(可發(fā)性聚苯乙烯板，expanded polystyrene board)防火保溫層，確保模板內(nèi)環(huán)境溫度保持正溫。按規(guī)定混凝土出模后應(yīng)達到不低于兩層塑料薄膜和三層草袋的保溫、防風(fēng)和保水的技術(shù)要求，具體做法是在井塔混凝土墻外設(shè)混凝土復(fù)合保溫墻，從外向內(nèi)構(gòu)造分別為50 mm厚的混凝土保護層和100 mm厚的保溫材料，復(fù)合保溫墻在模板滑升過程中隨井塔外墻一起施工。為了保證復(fù)合保溫墻50 mm厚的混凝土保護層在進入自然環(huán)境前達到抗凍臨界強度，利用薄壁結(jié)構(gòu)在紅外線照射下強度增長快的特點，在滑模裝置的模板下掛設(shè)紅外加熱儀對其進行養(yǎng)護，以加快強度增長。為了進一步改善出模后的混凝土養(yǎng)護環(huán)境，另外還采取了在混凝土外刷養(yǎng)護液、設(shè)置擋風(fēng)帆布的措施。井塔滑升后，基本在井塔內(nèi)部形成較為封閉的環(huán)境，通過在井塔內(nèi)部設(shè)置臨時暖氣系統(tǒng)和臨時熱源，保持井塔內(nèi)的環(huán)境處于正溫(見圖6)。

5.3.4 混凝土冬期施工工藝流程

圖7為混凝土冬期施工流程圖。

5.4 井塔冬期快速施工組織和施工技術(shù)

5.4.1 “滑多打一”施工組織技術(shù)

傳統(tǒng)“滑一打一”的組織方式使施工始終處于一個工作面的狀態(tài)，浪費空間，其結(jié)果是速度慢、時間長，同時因?；螖?shù)多，也增加了施工時間。按照“空間換時間”的施工組織理念，創(chuàng)造多工作面同時作業(yè)是加快速度、縮短工期的有效途徑。采取“滑多打一”組織方式后，最多時創(chuàng)造3個工作面同時作業(yè)，達到了“時間上連續(xù)，空間上盡量占滿”的狀態(tài)?！盎蛞弧被颉盎蛞弧钡倪x擇還應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蚯闆r而定，滿洲里地區(qū)冬季一般每隔5 d左右有一次寒潮，寒潮來時急劇降溫并伴有大風(fēng)，持續(xù)時間在3 d左右，因此每次連續(xù)滑升高度控制在12.5 m 左右。

圖6 井塔外墻混凝土養(yǎng)護示意圖Fig.6 The concrete curing diagram of exterior walls

圖7 混凝土冬期施工流程Fig.7 Concrete construction process in winter

5.4.2 空滑加固技術(shù)

當(dāng)采取“滑多打一”的組織方式時需要空滑，空滑的高度為1～2層，最高空滑高度達到14 m。根據(jù)對結(jié)構(gòu)桿件的受力分析，采取加固措施可保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，具體做法為:a.在中柱的支承桿焊接成格構(gòu)式結(jié)構(gòu)，并用鋼筋或扣件與柱四周滿堂腳手架連成整體結(jié)構(gòu)，增加其穩(wěn)定性;b.空滑處的邊柱和框架梁位置支承桿采用鋼筋進行格構(gòu)式焊接加固，將支承桿和四周的柱主筋等焊接連接，加設(shè)斜撐，保證支承桿的整體穩(wěn)定性。

5.4.3 高支撐、大跨度結(jié)構(gòu)的大梁模板支撐體系的施工技術(shù)

井塔絞車大廳的大梁下為罐籠提升孔，尺寸為12.4 m×8.4 m，通過計算，在防撞梁層的下一層的提升孔上設(shè)置45#工字鋼支撐大梁施工荷載。工字鋼中間間距為1.2 m。模板腳手架立桿間距為1.2 m，絞車大廳大梁截面尺寸為 400 mm×2 500 mm，沿大梁斷面橫向設(shè)置兩根碗扣腳手管，腳手管間距不大于400 mm，大梁長度方向支撐腳手管排距不大于450 mm。橫豎方向設(shè)置剪刀撐，大梁模板支撐架體與其他模板支撐架體形成整體。

6 實施效果

6.1 人工凍融地基的快速解凍

1)井筒四周的凍結(jié)土層自然解凍要2～3年時間，用凍結(jié)壁全范圍快速解凍法解凍井筒的凍結(jié)土要138 d，而用增加針對樁基有限范圍人工凍融土的快速解凍技術(shù)后，樁基解凍時間為76 d，礦建施工結(jié)束后15 d左右即進行了樁基施工。

2)快速解凍凍融地基上建筑物的安全性情況。為較為準(zhǔn)確地掌握建筑物沉降情況，在滿洲里靈東礦副井井塔周圍共設(shè)置4個沉降觀測點(沉降觀測從2008年10月11日開始進行，1#～4#沉降觀測曲線見圖8)，沉降點從第一層施工時即開始埋設(shè)，主井井塔竣工使用后的沉降觀測資料表明，主井井塔竣工后沉降量為8 mm，且沉降差小于10 mm，即小于規(guī)范要求。

圖8 1#～4#沉降觀測曲線圖Fig.8 The settlement observation curve of 1#～4#

通過對人工凍融土的試驗、監(jiān)測和分析研究再次表明，用快速解凍的人工凍融土在地基上建設(shè)大型井塔是可行和安全的。

6.2 高寒地區(qū)鋼筋混凝土井塔冬期快速施工成套技術(shù)

1)在施工方面，冬季(2008年10—12月)采用此成套技術(shù)進行鋼筋混凝土井塔施工，僅用66 d時間完成了副井井塔主體施工并按要求交付安裝，創(chuàng)造了全國施工新紀(jì)錄。

2)通過對同條件混凝土試塊的檢測(見圖9)，副井井塔的混凝土施工質(zhì)量在冬期達到了預(yù)期目標(biāo)，工程質(zhì)量達到了預(yù)期要求。

圖9 混凝土強度增長曲線圖Fig.9 Growth curve of concrete strength

工程竣工后，對井塔結(jié)構(gòu)混凝土的同條件養(yǎng)護試塊強度報告和混凝土回彈強度報告進行統(tǒng)計評定，可以判定本施工技術(shù)達到了預(yù)期目標(biāo)，混凝土的質(zhì)量達到了設(shè)計要求。

7 結(jié)語

作為煤礦建設(shè)主要時間節(jié)點工程的主副井塔工程，在我國西北嚴(yán)寒地區(qū)施工，因受氣候環(huán)境影響，導(dǎo)致項目建設(shè)工期延長、投資成本增大，通過研究應(yīng)用快速解凍技術(shù)和高寒地區(qū)混凝土井塔冬期施工成套技術(shù)，很好地解決了我國西北嚴(yán)寒地區(qū)井塔施工周期長的難題，創(chuàng)造了顯著效益。

[1]劉 誼，鄭高升，閆紅新，等.劉莊煤礦特大型主井井塔人工凍融土地基基礎(chǔ)綜合研究報告[R].合肥，2006.