大型濃縮池設(shè)計方案優(yōu)化及施工關(guān)鍵技術(shù)

冶金礦山工程大型濃縮池設(shè)計方案優(yōu)化及施工關(guān)鍵技術(shù)目錄二二三二設(shè)計方案優(yōu)化一項目背景四五六優(yōu)化后的實施效果主要施工方法及關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)化方案與常規(guī)方案的對比關(guān)于優(yōu)化的幾個問題項目背景一項目背景

4西澳SINO項目選礦廠2座90m直徑落地式尾礦濃縮池，原設(shè)計方案為鋼筋砼結(jié)構(gòu)，單座濃縮池容量為3.7萬m3；由底流泵室、出口通廊，及濃縮池池體構(gòu)成，混凝土量3.45萬m3。見圖1、圖2。圖1兩座90m直徑鋼筋混凝土濃縮池平面圖

出口通廊底流泵室1)底流泵站，單座長67m×寬41m×高11.7m，底板厚2.0m，側(cè)墻厚1.0m~1.5m，頂板厚0.7m~2.5m。砼量2.35萬m32)出口通廊，單座長119m×寬9.4m×高7.3m。按照埋深分三段，一段長39m，底板、側(cè)墻、頂板的結(jié)構(gòu)厚300mm；二段長40m，結(jié)構(gòu)厚400mm；三段長40m，結(jié)構(gòu)厚700mm。砼量為4120m33)砼池壁，高度4.5m、壁厚0.5m~0.7m，基礎(chǔ)環(huán)梁高0.7m、寬3.7m；內(nèi)側(cè)L型溢流槽高1.844m、寬1.77m，壁厚300mm，砼量為3800m34)砼池底，池底板厚為200mm，砼總量為3100m3項目背景

經(jīng)過對原設(shè)計方案的評估，兩座90m直徑混凝土結(jié)構(gòu)濃縮池在西澳現(xiàn)場的預(yù)計施工工期約為9～10個月，測算施工費用約7500萬澳元，工期長、造價高。EPC總承包合同中該子項報價為3000萬澳元。因此有必要對兩座90m直徑大型濃縮池進行設(shè)計方案的優(yōu)化，在滿足尾礦濃縮池使用功能的前提下，盡量降低現(xiàn)澆鋼筋混凝土的使用量，最大限度地降低成本。圖290m直徑鋼筋混凝土濃縮池剖面圖

底流泵室設(shè)計方案優(yōu)化二設(shè)計優(yōu)化研究的主要方向現(xiàn)場地質(zhì)條件設(shè)計優(yōu)化后的方案1、設(shè)計優(yōu)化研究的主要方向設(shè)計優(yōu)化的重點和難點是使用適合的材料和設(shè)計結(jié)構(gòu)形式代替90m直徑落地式濃縮池常規(guī)的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，即要減少混凝土的使用量，又要確保結(jié)構(gòu)的強度和使用壽命，同時還要防止?jié)饪s池池體和地下結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)的滲漏問題。尤其是對底流泵室的設(shè)計優(yōu)化，原設(shè)計中兩座底流泵室的鋼筋混凝土總量就達到了2.35萬m3，約占全部設(shè)計混凝土總量3.45萬m3的66%。設(shè)計優(yōu)化研究的主要方向：1）減少混凝土的用量，同時要保證結(jié)構(gòu)的強度和使用壽命，2）便于施工，有利于縮短施工工期；3）對設(shè)計優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)連接節(jié)點采用合理的連接形式，防止?jié)B漏。2、現(xiàn)場地質(zhì)條件《塔器組對、焊接工藝措施優(yōu)化技術(shù)》《空分塔三維吊裝模擬技術(shù)》西澳SINO鐵礦項目選礦廠選址在丘陵山坡上，地勢較高，相對標高為RL+30m~60m，選礦工藝線依山坡高低走勢，由西向東布置。兩座90m直徑濃縮池位于選礦廠東側(cè)的公輔區(qū)域，平均自然地面標高約為RL+32m。區(qū)域地下水位標高為RL+6.3m~9.1m。地下土層分布主要為紅褐色含礫石的粘性土和角礫巖，天然地基承載力較好。其中，紅褐色含礫石的粘性土為紅棕色，低塑性粘土，從細顆粒到粗礫、中粒砂，弱黏固性；礫石大小從碎石片到60mm直徑，不規(guī)則，呈棱角狀，來源于高度風(fēng)化的鐵硅質(zhì)條帶狀巖石。角礫巖為黃棕色、淺棕色，為高度到中度風(fēng)化巖石，從細顆粒至中粒砂，風(fēng)化形成膠結(jié)礫石。由于地勢高，地下水位低，地質(zhì)條件較好，為濃縮池設(shè)計優(yōu)化的多元化選擇創(chuàng)造了條件。3、設(shè)計優(yōu)化后的方案通過與澳洲當?shù)卦O(shè)計公司結(jié)合，并對磁選工藝尾礦濃縮系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備進行研究論證，最終采用了“裝配式混合結(jié)構(gòu)”代替原設(shè)計混凝土結(jié)構(gòu)。9底流泵室67×41×11.7?90m生產(chǎn)后的礦漿沉積區(qū)域兩層HDPE防水襯墊，下層襯墊為1.0mm厚，上層襯墊為2.0mm厚，兩層襯墊中間為排水層回填區(qū)域泵室及通廊底板為現(xiàn)澆砼底板回填區(qū)域邊線出口通廊采用組裝式鋁合金波紋板拱形涵洞濃密機中心筒原設(shè)計方案優(yōu)化后方案底流泵室?16.9×9濃縮池鋼池壁3、設(shè)計優(yōu)化后的方案1）底流泵室調(diào)整設(shè)備位置，采取緊湊布局，減小泵室尺寸，將箱形結(jié)構(gòu)優(yōu)化為圓筒形結(jié)構(gòu)（直徑16.9m×高9m），三臺底流泵圍繞中心筒按120度角分線均勻布置。泵室采用預(yù)制裝配式混凝土墻板、現(xiàn)澆底板和頂板的混凝土結(jié)構(gòu)。底板厚度為1.1m~1.45m，頂部厚度為0.47m~1.0m，側(cè)墻由17片兩側(cè)帶有連接密封槽的預(yù)制混凝土墻板現(xiàn)場裝配成組成，其中12片標準件的墻板尺寸為高7.45m×寬3.063m×厚0.4m。優(yōu)化后兩座底流泵室鋼筋混凝土施工總量由2.35萬m3減少為1412m3。生產(chǎn)后的礦漿沉積區(qū)域兩層HDPE防水襯墊，下層襯墊為1.0mm厚，上層襯墊為2.0mm厚，兩層襯墊中間為排水層回填區(qū)域泵室及通廊底板為現(xiàn)澆砼底板回填區(qū)域邊線出口通廊采用組裝式鋁合金波紋板拱形涵洞底流泵室濃密機中心筒底流泵室平面圖預(yù)制墻板3、設(shè)計優(yōu)化后的方案2）出口通廊將兩條平行設(shè)計的出口通廊改為“V”形出口端交匯連接設(shè)計，減少出口通廊長度。用裝配式鋁合金波紋板拱形涵洞結(jié)構(gòu)代替原有的鋼筋混凝土矩形通廊結(jié)構(gòu)，減少混凝土的用量。單條通廊涵洞尺寸為長64.4m×寬6.5m×高3.2m。涵洞的鋼筋混凝土底板厚度為600mm。鋁合金波紋板采用高強螺栓連接，單片重量約為310kg，每個通廊安裝84片，合計26t。優(yōu)化后兩個出口通廊的鋼筋混凝土工程量由4120m3減少為870m3，增加了52t鋁合金拱形波紋板。生產(chǎn)后的礦漿沉積區(qū)域兩層HDPE防水襯墊，下層襯墊為1.0mm厚，上層襯墊為2.0mm厚，兩層襯墊中間為排水層回填區(qū)域泵室及通廊底板為現(xiàn)澆砼底板回填區(qū)域邊線出口通廊采用組裝式鋁合金波紋板拱形涵洞底流泵室濃密機中心筒出口通廊斷面圖移動檢修車鋁合金波紋板3、設(shè)計優(yōu)化后的方案3）濃縮池池壁地上的濃縮池池壁（直徑90m×高4.5m）采用分片組合式弧形鋼板結(jié)構(gòu)代替原設(shè)計砼結(jié)構(gòu)。鋼池壁每片單重17~25t，高4.5m，長約19m，單座濃縮池共計15片鋼池壁，總重263t，采用焊接連接。池壁下部為高度520mm、寬度1.2m的現(xiàn)澆鋼筋混凝土環(huán)梁。優(yōu)化后兩座濃縮池池壁混凝土由3800m3減少為400m3，增加了鋼結(jié)構(gòu)池壁526t。生產(chǎn)后的礦漿沉積區(qū)域兩層HDPE防水襯墊，下層襯墊為1.0mm厚，上層襯墊為2.0mm厚，兩層襯墊中間為排水層回填區(qū)域泵室及通廊底板為現(xiàn)澆砼底板回填區(qū)域邊線出口通廊采用組裝式鋁合金波紋板拱形涵洞底流泵室濃密機中心筒濃縮池鋼池壁鋼結(jié)構(gòu)池壁斷面示意圖3、設(shè)計優(yōu)化后的方案4）濃縮池池底濃縮池的90m直徑池底采用了回填壓實土方上鋪雙層HDPE防水襯墊的設(shè)計結(jié)構(gòu)?；靥顗簩嵍炔坏陀?5%的最大干密度。HDPE防水襯墊采用兩層設(shè)計，下層為1.0mm厚HDPE防水襯墊，上層為2.0mm厚HDPE防水襯墊，兩層襯墊中間為排水層。優(yōu)化后兩座濃縮池池底減少混凝土3100m3，增加1.3萬m2HDPE防水襯墊。生產(chǎn)后的礦漿沉積區(qū)域兩層HDPE防水襯墊，下層襯墊為1.0mm厚，上層襯墊為2.0mm厚，兩層襯墊中間為排水層回填區(qū)域泵室及通廊底板為現(xiàn)澆砼底板回填區(qū)域邊線出口通廊采用組裝式鋁合金波紋板拱形涵洞底流泵室濃密機中心筒濃縮池鋼池壁HDPE襯墊排版圖3、設(shè)計優(yōu)化后的方案優(yōu)化后的設(shè)計方案，單座濃縮池容量從3.7萬m3增大為4.8萬m3。兩座90m尾礦濃縮池的混凝土量由原設(shè)計的3.45萬m3，降為2700m3混凝土，526t鋼結(jié)構(gòu)，52t裝配式鋁合金波紋板，以及1.3萬m2柔性HDPE防水襯墊。極大的減小了現(xiàn)場現(xiàn)澆混凝土的施工量，并可以提前在工廠進行結(jié)構(gòu)預(yù)制作，既縮短了施工工期，又能降低現(xiàn)場施工強度，大幅降低施工費用，同時減少環(huán)境污染，符合節(jié)能環(huán)保的發(fā)展趨勢。建成后現(xiàn)場實拍照片優(yōu)化方案與常規(guī)方案的對比三優(yōu)化方案與常規(guī)方案的照片對比常規(guī)砼設(shè)計的底流泵室預(yù)制裝配式砼底流泵室常規(guī)砼設(shè)計的出口通廊裝配式鋁合金波紋板拱形涵洞結(jié)構(gòu)出口通廊優(yōu)化方案常規(guī)方案3、優(yōu)化方案與常規(guī)方案的對比常規(guī)砼設(shè)計的混凝土池壁分片組合式弧形鋼池壁常規(guī)砼設(shè)計的混凝土池底HDPE襯墊池底優(yōu)化方案常規(guī)方案主要施工方法及關(guān)鍵技術(shù)四預(yù)制裝配式混凝土底流泵室施工裝配式鋁合金波紋板出口通廊施工分片組合式弧形鋼池壁施工HDPE襯墊池底施工本項目設(shè)計優(yōu)化后所采用的“大型裝配式混合結(jié)構(gòu)濃縮池”雖然理論上可以極大的減少工程量，降低工程造價，縮短施工工期，但是必須在設(shè)計和施工過程中很好的解決各種裝配材料之間的可靠連接和密封性能，才能保證尾礦濃縮池的使用功能和使用壽命。例如：出口通廊鋁合金波紋板涵洞與底流泵室預(yù)制墻板的連接、鋼結(jié)構(gòu)池壁底板與基礎(chǔ)環(huán)梁的連接、池底HDPE防水襯墊內(nèi)圈與底流泵室外墻面的連接、襯墊外圈與鋼池壁底板的連接等。本項目設(shè)計和施工關(guān)鍵技術(shù)要點就是要保證各種裝配式結(jié)構(gòu)之間的可靠連接，保證密封性能，防止出現(xiàn)滲漏。主要施工方法及關(guān)鍵技術(shù)HDPE襯墊內(nèi)圈與底流泵室外墻面的連接HDPE襯墊外圈與鋼池壁底板的連接1.預(yù)制裝配式混凝土底流泵室施工1）在工廠加工制作底流泵站預(yù)制混凝土墻板，在墻板的上下邊緣埋設(shè)預(yù)埋件和吊耳；2）現(xiàn)場分兩次澆筑底流泵站的圓形筏板基礎(chǔ)，第一層先澆筑0.5m厚底板，預(yù)埋

24mm墻板定位鋼筋，方便墻板吊裝施工及準確定位。3）將預(yù)制的17片混凝土墻板按順序分片吊裝就位(見圖7)。每片墻板下邊緣的2個預(yù)留定位孔與基礎(chǔ)底板上預(yù)埋的

24mm定位鋼筋對齊安裝；相鄰墻板的上邊緣利用專用的連接構(gòu)件插入墻板上邊緣的預(yù)埋件內(nèi)，將相鄰墻板連接固定在一起(見圖8)，最終形成圓筒形的封閉墻體。1.預(yù)制裝配式混凝土底流泵室施工相鄰墻板的專用連接構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及連接形式如下：①相鄰預(yù)制墻板的連接構(gòu)件包括兩個部分，一是預(yù)埋在預(yù)制混凝土墻板上邊緣的埋設(shè)件(見圖8A)，另一個是相鄰墻板的連接構(gòu)件（見圖8B）。②相鄰兩塊墻板吊裝就位后，將連接件上的兩個鋼管分別插在相鄰兩個墻板上邊緣埋設(shè)件DN80的套筒內(nèi)，即完成連接安裝。專用連接構(gòu)件的設(shè)計使連接方便、快速、準確。③全部預(yù)制墻板安裝完畢后，支?，F(xiàn)澆泵室的鋼筋混凝土頂板，將連接構(gòu)件澆筑在頂板混凝土內(nèi)，確保連接構(gòu)件不會松動脫落。膨脹灌漿料墻板連接構(gòu)件圖8預(yù)制砼墻板連接示意圖1.預(yù)制裝配式混凝土底流泵室施工4）預(yù)制墻板安裝就位后，澆筑圓形筏板基礎(chǔ)的第二層剩余厚度為0.6m～0.95m的底板（見圖6）。底板分兩次澆筑可以保證預(yù)制墻板與現(xiàn)澆底板結(jié)合嚴密、受力合理。5）底部澆筑施工完畢后，使用微膨脹灌漿料對預(yù)制墻板接縫處進行灌漿處理。6）搭設(shè)滿堂腳手架，現(xiàn)澆鋼筋混凝土泵室頂板，頂板厚度為470mm~1000mm；7）頂板施工完畢后進行泵站周邊土方回填施工，回填作業(yè)時應(yīng)對稱回填壓實，確保筒形墻體受力均勻，保證整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。2.裝配式鋁合金波紋板拱形涵洞出口通廊施工1）600mm厚通廊鋼筋砼底板基礎(chǔ)施工。在拱形涵洞兩側(cè)的底板基礎(chǔ)中預(yù)埋與波紋板連接的L型固定埋件（如圖10）。埋件下部錨釘澆筑在底板的混凝土內(nèi)。2）安裝鋁合金拱形波紋板。半圓拱的截面由7片弧形波紋板裝配而成，通廊長度方向由12片組成，每個通廊共安裝波紋板84片，全部采用高強螺栓連接。3）鋁合金波紋板拼裝方向：從半圓拱兩側(cè)底腳向弧頂，從地下泵室向地面方向拼裝。鋁合金波紋板的連接高強螺栓必須100%查驗扭矩值，保證達到設(shè)計要求。圖10底板預(yù)埋L型埋件示意圖圖11裝配式鋁合金波紋板安裝2.裝配式鋁合金波紋板拱形涵洞出口通廊施工4）出口通廊鋁合金波紋板與泵室混凝土墻板之間的接縫處理，在連接處的外側(cè)設(shè)置12mm厚L型圓弧橡膠板，并用M20螺栓進行固定（見圖12）。5）回填拱形涵洞兩側(cè)及頂部土方。涵洞兩側(cè)應(yīng)同時進行分層回填，避免單側(cè)受力較大產(chǎn)生變形。6）施工涵洞通廊出口的鋼筋混凝土地坪及擋土墻。鋁合金波紋板泵室墻板12mm厚L型圓弧橡膠板，并用M20螺栓進行固定現(xiàn)場標記并在襯板上鉆孔固定圖12鋁合金波紋板涵洞與墻板接縫節(jié)點詳圖圖13通廊出口鋼筋混凝土地坪及擋土墻3.分片組合弧形鋼池壁施工1）工廠加工制作15片弧形鋼結(jié)構(gòu)池壁。鋼池壁底板和間距300mm的錨固鋼筋在工廠內(nèi)焊接完再運輸至現(xiàn)場。2）基礎(chǔ)環(huán)梁施工由于鋼池壁底板下部有錨固鋼筋，基礎(chǔ)環(huán)梁需要分兩次澆筑。在鋼池壁安裝前先澆筑基礎(chǔ)環(huán)梁下部約1/2高度的混凝土，并預(yù)埋DN165*5*370mm的鋼管支撐短柱（見圖17），預(yù)埋的鋼管短柱按角分線每6°設(shè)置一個，共在基礎(chǔ)環(huán)梁內(nèi)埋設(shè)60個，作為弧形鋼池壁安裝時的支撐和底板焊接固定構(gòu)件。埋設(shè)時要確保60個埋設(shè)鋼管短柱頂部的水平標高一致，從而保證鋼池壁的安裝精度。3.分片組合弧形鋼池壁施工3）安裝弧形鋼池壁。為確保池壁安裝的準確定位，吊裝從第一片與外部溢流管道接口的鋼池壁開始。將弧形鋼池壁分片吊裝到基礎(chǔ)環(huán)梁的預(yù)埋鋼管支撐上，并將相鄰的池壁依次調(diào)整、組裝、焊接成整體。為保證單片池壁安裝后的穩(wěn)定性，首先將池壁底板與預(yù)埋在環(huán)梁內(nèi)的鋼管支撐進行焊接，并在池壁外側(cè)的溢流槽底部設(shè)置垂直支撐，同時使用鋼絲繩在池壁的外部進行牽拉，防止池壁傾倒（參見圖18、19）。4）弧形鋼池壁焊接。鋼池壁的焊接是池壁施工的重點和難點。由于單片池壁高4.5m，長約19m，重約17~25t，安裝后位置很難調(diào)整，因此在安裝過程中必須嚴格控制每一道池壁間隙的寬度，避免最后一片池壁縫隙累積超差。5）根據(jù)鋼池壁的安裝進度，分段完成基礎(chǔ)環(huán)梁上部剩余1/2高度的混凝土澆筑施工。圖18單片鋼結(jié)構(gòu)池壁就位圖片

圖19池壁外側(cè)溢流槽底部設(shè)置垂直支撐4.HDPE襯墊池底施工1）在全部鋼池壁吊裝封閉前，吊車同步進行濃密機中心筒進料管、進料井、45m桁架，以及主副耙架設(shè)備安裝。2）按設(shè)計坡度要求完成土方回填壓實作業(yè)，壓實度不低于95%，并在外圈斜坡范圍鋪設(shè)15mm厚細砂，中心范圍鋪設(shè)20mm厚粒徑小于7mm的碎石，見圖20。3）HDPE襯墊寬7m，施工搭接100mm，有效寬度6.9m（見圖21）。襯墊鋪設(shè)共兩層，底層厚1.0mm，上層2.0mm，兩層襯墊之間為排水層，設(shè)置4道滲漏阻隔線（50mm寬，5mm厚的三元乙丙密封條）。4道阻隔線將濃縮池襯墊分成4個扇形區(qū)域，對應(yīng)每個區(qū)域在底流泵室頂板預(yù)埋一根?50mm的PVC導(dǎo)管（見圖22），導(dǎo)管端頭埋設(shè)在兩層防水襯墊之間，如導(dǎo)管流水說明該區(qū)域的襯墊可能發(fā)生滲漏，方便檢修時查找漏點。同時，導(dǎo)管可以將滲漏水排入集水坑。鋪設(shè)HDPE防水襯墊時，應(yīng)考慮地基沉降影響，預(yù)留足夠的伸縮長度。襯墊采用熱熔焊接，T字型焊縫，不允許出現(xiàn)十字及交叉焊縫。鋪設(shè)15mm厚細砂鋪設(shè)20mm厚碎石圖20HDPE防水襯墊下鋪設(shè)細砂和碎石圖21HDPE襯墊排版圖4.HDPE襯墊池底施工HDPE防水襯墊施工的重點和難點主要是：①圓環(huán)形襯墊內(nèi)圈與中心底流泵室砼外墻面的密封連接；②襯墊外圈與鋼結(jié)構(gòu)池壁底板的密封連接處理。①襯墊內(nèi)圈與濃縮池中心底流泵室頂板砼外墻面的連接見圖22。在底流泵室混凝土外墻面的同一水平位置上@150mm間距鉆孔，植入M10×100的不銹鋼化學(xué)螺栓。安裝一圈50mm×6mm的橡膠板，在螺栓上穿入2層襯墊，再用50mm寬×6mm厚的鋼帶板將橡膠板和襯墊牢牢壓緊固定在混凝土的外墻面上，最后用防水密封膠沿外墻面的連接處進行整圈密封。圖22HDPE防水襯墊內(nèi)圈與底流泵室外墻面的連接節(jié)點詳圖4.HDPE襯墊池底施工②襯墊外圈與鋼池壁底板的連接見圖23。鋼結(jié)構(gòu)池壁制作時在底板內(nèi)側(cè)按@150mm間距預(yù)焊M16螺栓。按照M16螺栓@150mm間距在3層50mm×2mm的通長橡膠墊和兩層HDPE防水襯墊上鉆孔，并交替安裝在M16螺栓上，最上部安裝預(yù)鉆孔的6000mm×50mm×6mm鋼帶，用螺栓擰緊固定。相鄰兩根鋼帶的接縫處不能翹曲，防止變形滲水。圖23襯墊外圈與鋼池壁底板的連接節(jié)點詳圖鋼池壁砼基礎(chǔ)環(huán)梁間隔3層50*2通長橡膠墊最上面用50*6鋼帶壓緊預(yù)焊M16螺栓2mm厚襯墊池壁鋼底板1mm厚襯墊7）HDPE襯墊鋪設(shè)完畢后，在未注漿或者注水之前，在襯墊上間隔放置足夠的砂袋，防止襯墊被風(fēng)刮起損壞；8）HDPE防水襯墊材料，在運輸、裝卸及鋪設(shè)過程中要避免尖銳物品磕碰，后續(xù)設(shè)備安裝施工中注意成品保護，避免高空墜物對襯墊造成破壞。發(fā)現(xiàn)有破損情況必須及時修補。5.蓄水試驗裝配式混合結(jié)構(gòu)大型濃縮池全部施工完成后，為檢驗防水襯墊安裝的防滲漏性能，以及測試濃縮池的鋼結(jié)構(gòu)池壁變形量和整體沉降是否滿足設(shè)計要求，需要對濃縮池進行蓄水試驗。根據(jù)試驗結(jié)果，HDPE襯墊防滲漏性能、鋼結(jié)構(gòu)池壁的變形量和濃縮池整體沉降均滿足設(shè)計要求。圖2490m直徑尾礦濃縮池蓄水試驗優(yōu)化后的實施效果五實施效果（1）極大減少了鋼筋混凝土用量。原設(shè)計鋼筋混凝土3.45萬m3。優(yōu)化以后僅需2700m3混凝土量，526t鋼結(jié)構(gòu)，