北京昊海天际科技有限公司
摘要：垃圾填埋场内建设三座无粘结预应力混凝土发酵罐，采用干式厌氧发酵工艺技术处理畜禽粪污，实现资源化利用。国内类似罐体都出现渗漏，现通过对无粘结预应力混凝土罐的改进，降低混凝土发酵罐渗漏现象，阐述了大直径预应力混凝土罐施工过程中重点难点并给出了施工过程相关控制措施，通过闭水试验，无渗漏现象，为今后类似工程建设提供相关参考。
关键词：干式厌氧发酵罐；无粘结预应力筋；滑膜施工；闭水试验
1项目概况
本项目位于吉林省桦甸市，桦甸市畜牧业及种养规模不断发展，废弃污染物不断扩大，对周边土壤、空气和水体造成了一定程度的污染。为了解决环境污染问题和资源浪费问题，北京昊海天际科技有限公司以畜禽粪便、生活垃圾为原料开展了生物天然气发展规划工作，建设了沼气综合利用工程，旨在对生产过程中产生的废弃物、废水进行综合利用和有效处理，开发生物质能源，回收有机肥资源，将治理污染、净化环境、回收能源、综合利用、改善生态环境有机结合起来，走生态养殖产业化科学发展的道路。
本项目为日处理450 t养殖场和饲养户的畜禽粪便的干式厌氧消化处理系统，引进国际先进的干式厌氧消化处理技术，其主体是三座厌氧生物发酵罐，在高温（55 ℃±2 ℃）工作时将禽畜粪便和生物液体进行混合发酵，发酵过程产生的沼气经过脱硫提纯压缩最终制成CNG产品。
2厌氧发酵罐处理系统介绍
3项目施工重点及难点
本项目引进国际先进的高温干式厌氧发酵技术，采用无粘结预应力混凝土发酵罐，经过国内外类似项目现场考察，目前国内外罐体壁厚主要为350 mm，国内营口、上海、北京类似罐体出现过渗漏。本项目地处寒冷的东北地区，罐体工作时罐内温度为恒温（55 ℃±2 ℃）状态，冬季运行时内外温差可达到80 ℃以上，对罐体的裂缝的产生提出更苛刻的要求。为了确保本项目成为国内首个成功案例，设计者在汲取类似项目经验后将罐体壁厚增加到460 mm，并在竖向间隔1 m增加4 U?s 15.2钢绞线，中间隔墙在标高3.000 m~15.000 m进行铰接15.000 m~25.400 m刚性连接，混凝土标号从C40提高到C50，从结构角度控制混凝土罐裂缝的发展。同时也增加施工难度，对施工队伍及管理者提出更高的要求，项目重点及难点主要有以下几个方面：
3.1项目施工重点
3.1.1项目前期重点
1、组织现场管理人员及施工人员熟悉图纸，了解工艺流程，解读设计意图；2、做好与设计院、施工队伍、监理单位之间沟通；3、确认工艺预埋件以及工艺管道的位置大小；4、提前确认材料厂家，混凝土供货商；5、编制施工组织设计以及专项施工方案，对要求专家论证的专项施工方案进行专家论证。
3.1.2项目施工过程重点
1、安全管理，并定期进行安全检查，确保安全文明施工；2、进场材料的验收检查，保证原材料的质量问题；3、结构隐蔽验收；4、操作平台及喷嘴施工；5、关键施工工艺滑膜施工，避免罐身裂缝的产生；6、罐体顶板施工；7、内壁玻璃钢防腐施工；8、无粘结预应力筋特殊子项工程；9、罐体试水；10、罐体外壁保温钢梯管道安装。
3.1.3项目运营重点
1、工艺调试；2、罐体沉降监测；3、罐体裂缝监测；4、罐体正常运行巡检。
3.2项目施工难点
3.2.1项目前期难点
由于工艺是引进国外高温干式厌氧发酵工艺，国内设计院很少有类似项目经验，前期项目设计及准备工作管理难度大。
3.2.2项目施工过程难点
罐体内部布置大量的非预应力筋、预应力筋、预埋件，而这些工序全部在滑膜操作平台上进行。施工过程是24 h不间断，混凝土、钢筋、钢绞线、预埋件供应与运输和供电供水系统不能间断。因此，各工序间的施工管理协调难度大；此外预应力张拉采用后张法，罐壁预留四个张拉端，异型平面结构滑膜精度难以控制；罐体结构对裂缝的控制要求非常严格，对各个环节的质量要求相当高；混凝土强度达到100%后进行无粘结预应力张拉，张拉在高空进行你，张拉难度大，且增加竖向预应力筋，竖向预应力与环向预应力筋张拉力控制难度大；东北地区施工周期短，昼夜温差大，温度裂缝控制难度大。
3.2.3项目闭水试验及运行难点
每罐内底板上布置402个物料气体搅拌喷嘴，罐壁预留大大小小套管共计12个，闭水实验时底部喷嘴及罐壁预留孔封堵困难，并且罐体结构大，闭水量大，给排水系统及封堵设计带来很大难度。
本工艺采用国外先进工艺，设备及管线众多，设备的调试及联动调试难度大。且工作时物料高度为18.6 m，按照理论公式，按静水压力计算，底部喷嘴处水压力为ρgh=1000*9.8*18.6=182280 kpa，因此喷嘴管道压力必须大于1.8公斤压力才可以搅拌物料，并且物料稠度大，搅拌困难，且间歇搅拌时喷嘴容易堵，因此试运行时搅拌气体压力的控制难度大。
4项目前期过程控制措施
首先组建项目部，任命项目经理，进行项目策划并编制项目前期计划。
设计阶段：针对项目工艺的特殊性，项目前期组织设计单位相关设计人员及项目管理人员进行国内外类似项目的考察，汲取国内外相关经验。在设计验算建模过程进行保守设计，将裂缝产生风险系数降低到最小，如混凝土壁厚增加到460 mm、中间隔墙底部铰接减少应力集中、预留洞口改为圆形避免应力集中、混凝土标高提高到C50、增加竖向预应力筋等前期设计阶段控制措施。
图纸审核阶段：施工图设计完后，交由具有类似工程经验的甲级审图机构进行图纸会审。
项目招投标阶段：施工图纸审核完成后，进行项目建设招投工作。在评标过程将具有类似工程施工经验（滑膜施工、预应力张拉施工）的评分比重加大，挑选施工资质高、施工队伍能力强的施工队伍。
项目施工准备阶段：组织施工单位、监理单位、建设单位进行施工图纸会审，熟悉图纸，同时组织设计单位设计人员进行现场设计交底。施工单位根据施工图纸及现场条件编制施工组织设计，并编制专项施工方案，对滑膜工程及预应力工程组织专家论证。提前组织人员进行供货厂家进行考察，选定口碑好质量过硬的供货厂家（混凝土、预应力筋、非预应力筋、预埋套管、内衬玻璃钢防腐等），从原材料上确保工程质量。
项目前期管理需做好设计院、监理单位、专家组、供货商以及政府之间的沟通协调工作，全面统筹规划项目前期工作，为后续施工打下坚实的基础。
5项目施工过程控制措施
项目施工是动态过程，项目管理也是一个动态管理的过程，因根据工程的实际情况，加强工程管理，采取合适、科学的控制措施，保证工程建设保质保量按期完工，现根据本项目特点采取以下项目过程管理控制措施：
1、组织足够的作业劳动力，各班组中至少有2~3名熟悉滑膜工艺和操作要点人员，项目现场并施行实名制管理，明确各岗位职责；
2、施工前组织施工队伍学习图纸和技术培训，项目负责人施工前进行技术交底；
3、项目负责人编制施工进度计划，施工过程严格按照施工计划进行。
4、现场配备两台发电机以及一台水车确保现场施工用水用电不间断供应；
5、每个罐施工前必须进行安全性能检查，检查内容包括施工平台的稳定性、施工马道的稳定性、塔吊的安全性、滑膜模板的牢固性、滑膜液压提升系统的可靠性等项目；
6、按施工部位、作业分工和劳动强度安排劳动力，以滑膜施工为例，劳动力安排如下表1；
7、安排三组专门安全质量巡视小组，及时发现现场安全和质量问题；
8、滑膜前将本次施工罐体的预埋件、非预应力筋、预应力筋、模板等所有材料加工准备齐全；
9、滑膜前进行液压控制台试运行，使其正常运行，千斤顶爬行高度一致检查；
10、预埋件、非预应力筋、环向预应力筋、竖向预应力筋严格按照图纸施工；
11、操作平台上严禁集中堆放物料，避免就近千斤顶爬升困难，模板爬升高度不一致；
12、混凝土强度达到0.3~0.35 MPa时进行爬升，没浇筑一层混凝土，提升模板一个浇筑高度，混凝土浇筑采用分层均匀顺逆时针交错的方式；
13、严格控制混凝土初凝时间和终凝时间，以及混凝土塌落度控制在14~16 cm；
14、混凝土振捣器不得直接接触支撑杆、预应力筋、非预应力筋和模板，振捣器插入前一层混凝土厚度不下于50 mm，且在模板滑升过程中不得振捣；
15、安排4组干活细致认真的施工人员对出模的混凝土及时的修饰，表面不平时用方木拍实，用抹子压光抹平；
16、预应力张拉时先张一半的力（651 Mpa），待进行试水实验之后张拉另一半651 Mpa，避免张拉力过大造成混凝土产生裂缝；
17、采用HS-4混凝土养护喷涂法，及时对出模的混凝土进行养护，喷涂时采取横竖各一遍的方法，两次间隔1~2 h。
18、保证资金链的供应，避免因资金问题造成中途停工；
19、施工过程是一个繁重劳累的过程，施工人员的后勤工作得得到保障，避免施工人员产生不良情绪。
6项目过程验收控制措施
项目验收管理工作主要集中在项目施工过程质量验收，即检验批的质量验收、分项工程质量验收、分部工程质量验收。本项目验收管理实施以下措施：
项目实行“三检”制度：即自检、互检、专检；项目专业质量负责人在监理工程师的组织下对检验批进行验收，对主控项目：非预应力筋、无粘结预应力筋、滑膜模板、混凝土、预留套管、玻璃钢内衬、保温棉等主控项目严格按要求验收；隐蔽工程验收必须进行拍照录像；验收资料严格按照相关规范要求进行，对资料进行分类归档以便后期竣工验收。
项目竣工验收前，项目经理组织项目有关人员进行预检，预检整改符合条件后申请竣工预检申请，预检合格后签署相关验收合格文件并存档；提前准备验收需要的全套资料，同时向验收办提交验收申请，待验收办确认项目验收组成员名单和正式验收时间后进行现场验收，验收重点为预应力发酵罐建设过程中的材料质量、以及施工质量，各个环节的隐蔽验收资料。安排专人办理竣工验收相关手续及资料，并对资料进行归类存档。
7罐体闭水试验控制措施
罐体闭水试验是对罐体结构强度、抗渗等级、裂缝的检验。待混凝土强度到达要求，预应力张拉一半之后，罐体防水层、防腐层内衬施工之前进行闭水试验。闭水试验前项目负责人编制试水方案，对试水试验方案进行审批，闭水试验方案审批通过后现场组织人员进行闭水工作。对预留洞口进行临时封堵，封堵盲板经计算能安全承受实验压力，底部喷嘴阀门关闭且不渗漏，充水、排水系统准备就绪，各项保证实验安全的措施满足要求。
罐体分三次注水，每次注水深度为设计水深的1/3，第一次为底板至底板施工缝以上，主要观测底板及施工缝渗漏情况，无明显渗漏继续注水至第一次注水深度。第一次注水完成后组织人员进行预应力钢绞线剩余力的张拉工作。
注水时水位上升速度不超过2 m/d，每次注水后测量读取24 h水位下降值，同时观测罐体外表情况，当发现渗水量过大时，应立即停止注水，待做出妥善的处理后方可继续注水。
结束语
1、发酵罐施工结束后，现场质量负责人和监理工程师对各项工程指标进行检验，检验结果合格，混凝土表观质量良好。
2、项目部组织协调得力，各环节衔接合理得当，在短短6天时间内完成直径17.42 m 20 m行程的罐壁浇筑，为后期罐体施工积累宝贵的经验。
3、本工程在汲取前人的教训，大胆的探索符合东北地区特点的无粘结预应力混凝土厌氧发酵罐。
4、在农业部大力推动畜禽粪污资源化利用的环境下，本项木建成试运行成功后，可解决目前农村养殖污染问题同时又可以变废为宝，实现畜禽粪污资源化利用。
参考文献
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论文作者:胡瑞宇,杜文利,姚小芳
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第25期
论文发表时间:2018/1/26
标签：预应力论文; 项目论文; 混凝土论文; 罐体论文; 过程论文; 裂缝论文; 图纸论文; 《建筑学研究前沿》2017年第25期论文;