100 m 高混凝土烟囱筒壁外观缺陷分析与控制

于光卫，张 晶，李丽丽

（1.北京天恒建设集团有限公司，北京 102699；2. 北京晟煜华晨工程咨询有限公司，北京 102488）

0 引言

神华宁煤 400 万t/年煤炭间接液化项目加工装置区内有两座高度均为 100 m 的钢筋混凝土烟囱，烟囱在标高±0.400 处的内径为 7.6 m，外径为 8.4 m，烟囱顶端内径为 3.62 m，外径为 4.02 m；烟囱筒壁厚度从杯口处的 400 mm 随收分坡度逐渐减小为 200 mm，同时因其施工难度大、风险高且紧邻厂区道路而备受关注。该烟囱工程采用了工业混凝土烟囱筒壁移模施工中的相关施工工艺，有效保证了烟囱的施工质量及工期，但在实际施工过程依然出现了一些筒壁外观质量缺陷问题。本文结合烟囱工程的实际情况，在施工过程各个阶段从施工顺序入手，结合在烟囱施工前期所发现的筒壁外观缺陷问题，如混凝土涨模、筒壁外观有色差、烟囱垂直度超差等，进行逐一分析，并提出合理的质量控制要点，取得了良好效果。

1 烟囱筒壁移模法构造特点

烟囱采用移模法施工时，首先在筒体内搭设工具式单孔竖井架，内井架截面尺寸为 900 mm×900 mm，施工作业高度的内井架上挂设施工平台，与烟囱内设置的电控卷扬机形成垂直运输系统，运送钢筋、模板、混凝土等材料。

烟囱筒身外模采用白铁皮制作，并按烟囱坡比度进行放线裁割制作，根据筒身直径分为 6 块，每片 4 块用φ4 螺丝固定成一个整体，在白铁皮上涂上色拉油作脱模剂，能使烟囱外表面光洁、美观、支模快速，筒身收比度一致，减少模板之间的拼缝；内衬耐火砖做为内模进行施工，每 1.5 m 间距为一施工段，内衬耐火砖砌筑完成后，上、下端内侧各绑扎固定一道φ22 弧型钢筋，钢筋弧度按该施工高度筒壁同心圆弧度制作，随施工高度的增加，筒身内径按设计坡比收分。筒壁移模做法如图1 所示。

图1 筒壁移模示意图（单位：mm）

由于烟囱筒身施工连续变径，模板连续收分易造成收分率失调，造成接茬处漏浆或混凝土面凹槽，筒身模板支设不牢也极易造成涨模现象的发生，同时也对混凝土的振捣造成困难。而烟囱的操作平台悬挂于内井架上与筒壁有一定的间隙，使操作平台有一定程度的摇晃，这又增加了模板的支设难度。

2 施工初期出现的外观缺陷

施工初期，由于上述烟囱移模的构造特点，加之缺乏对烟囱移模的施工经验，出现了如下的质量问题。

1）筒体中心偏移。

3 外观缺陷原因分析

1）筒壁中心偏移、筒身厚度超差主要有两个方面原因。一是线坠吊中上下有偏差，当采用小线坠对中筒壁底部中心点时，由于烟囱穿堂风的影响，使线坠上部中心点偏移但下部中心基准点对中不变，造成筒身垂直偏差超标，且施工高度越高偏差越大；二是烟囱筒身内井架稳固性不牢，烟囱施工操作平台与筒壁上部中心控制点均与内井架紧密连接，内井架牢固程度将直接影响中心控制点位置，稳固内井架垂直度的安全绳与筒壁连接未固定拧紧时，易造成内井架摇晃，操作平台与中心控制点随之偏移，在浇筑混凝土时无法进行中心点偏位校正，导致筒壁厚度不均、超差。

2）模板接茬处涨模主要原因有两个，一是混凝土水平施工缝处模板与混凝土紧贴不牢，在混凝土振捣时，混凝土对外侧模板产生浮力从而导致混凝土涨模，发生“穿裙子”现象；二是模板对接处密封不严，按烟囱坡比收分度设计的定型模板与补偿钢模板拼缝不严密、定型模板与补偿模板固定不牢，在混凝土浇筑时造成涨模并出现多边形、双接缝现象；三是混凝土振捣过程中，未严格执行分层浇筑、均匀交圈对称进行，导致模板向一侧倾斜或扭转，产生涨模。

3）气孔、麻面是混凝土表面呈现无数的小凹点，而无钢筋外露现象，产生的原因是模板表面粗糙，清理不净，振捣中严重漏浆，振捣不充分，混凝土塌落度过大，和易性较差，混凝土漏振气泡排不出。

4）混凝土颜色色差严重，主要是由于混凝土供货厂家不单一，或同一厂家供应的混凝土，但混凝土原材料的砂石、水泥等未采用同一批次，实际配合比不一致等导致混凝土颜色不一致；其次就是模板涂刷脱模剂不均匀，脱模剂质量差，夏季高温下，易造成脱模剂流淌，对已浇筑混凝土表面造成永久性污染；再次就是筒壁拆模后未及时进行清除表面浮浆和松动砂子，混凝土浇水养护不及时未保持经常湿润，造成混凝土表面永久性黄颜色污染。

4 外观质量问题解决及控制

通过对烟囱外观缺陷产生原因的分析，找到了问题的症结所在，控制施工过程中的几个重点要素，就能减少、减轻，甚至避免上述外观缺陷的出现，如表1 所示。

表1 烟囱外观缺陷控制要素表

4.1 筒体中心的控制

4.1.1 烟囱中心引测点与基准点偏差控制

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线锤吊中法偏心检测。为保证烟囱的引测点位置准确，烟囱各段施工前及时对筒体中心位置进行检验纠偏，主要采用 30 kg 线垂吊中的方法，然后用钢卷尺测量好钢筋、模板的相应半径，看线坠时要多方向观察后确定引测点中心，可有效减小烟囱穿堂风对引测点的影响（见图2）；同时为保证筒身中心线垂直度，从另一方面验证烟囱中心引测点偏差，本工程采用外侧角度交汇法对外模板进行方向观测，每施工 10 m 高从烟囱外壁对烟囱偏心进行检测，使用经纬仪从烟囱同一高度外壁沿两侧切线方向分别引观测点至地面标杆上，反映到标杆上的两观测点间的中心点即为测高度烟囱中心点，使用同样方法再测定烟囱其他高度的中心点反映到地面标杆，两中心点的间距为该烟囱两观测高度的相对偏心值。在满足规范要求时进行下步施工，否则进行调整直至满足规范要求。经现场实施，烟囱中心引测点及筒身垂直度偏差均控制在规范允许偏差之内，观感质量良好。

图2 烟囱引测点支架平面及剖面示意图

4.1.2 烟囱内井架及操作平台稳定性控制

1）烟囱内井架稳定性控制。在牛腿处设置一道架体倾斜纠正水平安全绳，每道沿 4 个方向各设置1根，筒壁施工到牛腿位置时提前预埋好 4 块 200 mm×200 mm×8 mm 预埋件，用于相对应 4 根安全绳的拉结，当井架搭设至水平安全绳位置时，井架搭设暂时停止，及时将安全绳固定拉紧，安全绳拉设时应由专人指挥，将对称两根同时拉设，将井架调整垂直（见图3）；为防止混凝土施工时井架摆动，内衬上下两端设两道弧筋通过一端带定位叉的钢管（钢管的端部焊接两段 50 mm 长的φ12 钢筋，呈“Y”型）支顶，支顶另一端用钢管扣件与烟囱内井架固定，支顶管水平间距 400～500 mm 一道，内模整体安装支顶完后，通过烟囱中心垂线拉尺测量，分部分块微调校正对中，再将钢管支撑扣接固定，如图4 所示。

图3 井架倾斜纠正水平钢丝绳安装图（单位：mm）

图4 内井架与内衬模加固图

井架每 20 m 还需设置一道卸载安全绳，将井架及操作平台重量通过安全绳进行分段卸载，可有效保证井架上下受力均匀，保证井架整体稳定性，如图5 所示。

图5 内井架提升系统卸载示意图

2）操作平台稳定性控制。完成井架的安装后，安装施工操作平台，操作平台制作及安装是在烟囱内 0.40 m 高度处（即烟囱基础杯口顶标高）安装的，先在内井架外四周 100 mm 处设置12 # 槽钢一道作为内围圈，在烟囱内半径 1.1 m 处设置第二道围圈衍梁（衍梁的材质采用Φ18、Φ14 热轧带肋钢筋混合加工而成，然后在用Φ48.3×3.6 mm 架子管向外辐射，沿烟囱内最大半径均匀布置，其间距≤1 m，并且均匀分布 8 组双杆和八根角钢 63 mm×6 mm 混合制成的支撑，作为 2 t 倒链提升操作平台的提升点，最后在每组辐射支撑上均匀焊Φ25 热轧带肋钢筋 7 圈，每圈间距≤300 mm。所有围圈、辐射管焊结束后，在围圈、辐射管上绑 50 mm×100 mm 的方木，沿内半径最大的地方 300 mm 间距布置，方木铺设完成后在表面再铺一层多层板，钉牢，操作平台如图6 所示；最后在内井架 4 个角的 4 根大立管上固定 4 个 2 t 的倒链，在平台外圈的 8 个双杆最外一道围圈的交叉点分别挂 8 个 2 t 的倒链，然后 12 个倒链共同受力后，水平提升平台。为防止操作平台提升到位时晃动，要求在所有操作平台中的辐射管内安装一根直径≥Φ25 热轧带肋钢筋，其长度比辐射钢管短 200 mm，待每次操作平台提升到设定标高后及时抽出，平放在烟囱牛腿表面，此时将平台下降约 50 mm，让其共同受力，既能保证平台的水平度及稳定性，又能增强操作平台的安全性。随着烟囱增高，操作平台随之减小，操作平台与内筒壁之间缝隙过大时，待操作平台稳定以后，在间隙过大的地方满铺脚手板，根据缝隙大小，随时将缝隙满铺、绑牢，以防发生意想不到的安全事故。

图6 操作平台平面示意图（单位：mm）

4.2 模板缝隙的控制

每模接茬处必须保证混凝土筒壁上口的标高平、齐，不能有混凝土松动现象，严格控制每模上口的半径，检查收分表与每模收分的尺寸与设计图纸是否相符；模板下跨 80 mm 与筒壁搭接，并在模板接茬处粘贴一圈海绵条，且在搭接处采用 3 根钢丝绳进行紧固外模板，防止涨模；模板自下至上的底部 1/3 范围内（不包括接茬搭接）混凝土侧压力最大，钢丝绳间距 50 mm 设置一道，模板中部 1/3 范围内钢丝绳间距 100 mm 设置一道，模板上部 1/3 范围内钢丝绳间距 150 mm 设置一道，如图7 所示；为保证模板的圆弧度为下一模混凝土成功浇筑创造有利条件，还需对模板上口的钢筋顶棍进行加密，加固间距最大不允许超过 150 mm，如图8 所示。混凝土拆模后利用自制的圆弧度检测靠板对烟囱筒壁圆弧度进行检测，为后续施工动态调整顶模棍数量提供数据支持。

图7 外模钢丝绳加固示意图（单位：mm）

图8 外模上口临时撑木加固照片

4.3 混凝土浇筑、振捣及养护控制

4.3.1 混凝土浇筑与振捣

设置高度控制尺，控制分层厚度。振捣混凝土时不得触动支撑杆、钢筋和模板，浇筑混凝土时应对称进行，以防模板向一侧倾斜或扭转；浇筑应分层进行，每层厚度不得超过 30 cm，混凝土必须严格执行分层浇筑，均匀交圈进行。在有强烈阳光照射的情况下，先阴面、后阳面；在有大风的情况下，则先背风面，后迎风面。浇筑与振捣要求从对边两点对称进行，并有计划对称地变换方向，保证平台不发生扭转。采用高度控制尺限制混凝土分层厚度，严防超高，每 1.5 m 高度分 5 层，不间断连续浇筑，严禁同向连续浇筑，防止烟囱混凝土外观螺旋状，影响观感，每浇筑层的混凝土顶标高应在同一水平面上。

控制振动幅度和移动幅度的同步。振捣过程中注意控制振动幅度和移动幅度的同步，振点分布均匀，振距不超过 450 mm，振捣棒插入下层混凝土的深度为 50 mm，要求混凝土振捣密实，无漏振、过振现象，振捣混凝土时，振捣棒不得振捣钢筋和模板，预留洞口两侧的混凝土，应对称均匀浇筑、对称振捣，严禁单侧下料和单侧振捣。

4.3.2 混凝土养护

为保证烟囱筒壁的混凝土养护质量，采用 A25 硬塑管制作喷洒管沿外模板整圈布置。其做法：Ф25 的硬塑水管预用电钻钻孔，钻孔直径为Φ6，其间距≤150 mm，钻孔方向为混凝土筒壁，再用铁丝固定在距外模上口 300 mm 处绑紧，然后用烟囱下面的水源通水，打开阀门就可以对混凝土养护，有效保证了烟囱筒壁的混凝土养护质量；与此同时，混凝土表面还需视实际情况进行修理，接槎平整，铲除挂浆漏痕，保证内外表面光洁，色泽一致，经养护以后，与混凝土本色接近且时间越长色差越小。

4.4 混凝土原材料及配合比的控制

4.4.1 混凝土原材料控制

为使筒身混凝土表面不产生色差，混凝土必须由同一搅拌站供应，水泥、粗骨料、细骨料、外加剂等混凝土原材料必须做到同一厂商、同一产地、同一规格，并与搅拌站签订书面混凝土技术合同，以规定混凝土原材料具体性能参数满足规范和图纸要求。材料选定好后，进行现场模拟样板制作，组织业主监理及其本小组成员共同检查确认样板混凝土外观质量，使施工时其外观达到最佳效果，并对原材料封样保存。

4.4.2 控制混凝土配合比

为保证烟囱筒壁混凝土的强度等级、密实性、耐久性，相应混凝土的骨料应选择良好级配，控制水泥掺量，保证混凝土塌落度。

1）严格要求搅拌站按设计要求进行试配。混凝土等级为 C30，采用 42.5 普通硅酸盐水泥，水泥中的总碱量≤0.6 %，砂率宜为 35 %～40 %，灰砂比宜为 1:2～1:2.5，水胶比≤0.5，当水池混凝土采用活性骨料时膨胀剂碱含量≤ 0.75，冬施期间混凝土配比还应严格执行规范规定，并根据宁夏当地气候，按照不低于 -15℃ 抗冻设置。

2）与混凝土供应商制定专项约定。水泥掺量≥260 kg/m3（冬施时≥280 kg/m3），胶凝材料≥320 kg/m3，细骨料采用普通中砂，其中含泥量控制应符合规范要求，粗骨料级配为 5～25 mm 碎石，严禁使用石屑。

3）坍落度满足施工要求。坍落度检测由试验员进行具体操作检测，保证混凝土进场坍落度160 mm±20 mm，坍落度超过规定则严禁浇筑；试验管理员进行监督检查，每次混凝土浇筑抽检车辆不少于总车辆的 30 %，且前 3 车必须检测，其他根据情况随时抽检，坍落度超过规定责令退场处理。

5 结语

经采用“移模法”施工技术，通过对烟囱施工外观质量缺陷进行分析，从筒体中心控制、模板拼缝、混凝土浇筑振捣及养护控制和混凝土原材料及配合比控制等方面采取了相应措施，使得烟囱外观质量缺陷得以有效控制，使烟囱工程得以优质、高效完成，其良好的观感质量，缩短了工期 10余天；由于烟囱项目的施工是一个局域性较强的施工，因而此类项目对各项管理规章制度的建立和完善以及组织结构优化尤其重要，在施工过程中，还需不断地总结施工经验，优化施工工序，加强安全监察力度，在施工中必须全力以赴，认真对待每个施工步骤，在施工过程中加强管理，才能保质保量的完成施工任务。Q