吉林省合隆地震台无磁混凝土施工工法.docx
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吉林省合隆地震台无磁混凝土施工工法
碳纤维无磁混凝土结构施工工法
吉林建工集团有限公司
二00八年一月
碳纤维无磁混凝土结构施工工法
吉林建工集团有限公司武术
1、前言：
碳纤维混凝土属无金属型混凝土，是以碳纤维束取代钢筋，且对水泥、砂、石的含磁量有严格的要求，施工过程中，对使用工具、模具、操作人员所携代的含磁量也须严格控制。
无磁混凝土应用于地震观测台、和现代无金属水工闸门等领域。
2、工法特点：
2．1、用于构成建筑物本身的材料以及所用的支撑材料均要求为无磁性材料。
（原材料的磁性均要求在0.1nT以内）。
2．2、首次将碳纤维筋用于房屋建筑的混凝土屋盖结构工程，同时所用的材料绿色环保。
2．3、使用碳纤维筋替代钢筋的设计和应用变成可能。
3、适用范围：
本工法适用于各类地磁台建设工程、各类对磁性要求较高的建筑物以及现代无金属水工闸门的制作工程。
4、工艺原理：
利用碳纤维抗拉强度高且与环氧树脂复合后共同工作的原理替代钢筋使之与混凝土共同工作，共同承受荷载。
5、施工工艺流程及操作要点：
5.1施工准备工作：
5．1．1、技术准备：
（1）、图纸会审
由项目工程师组织工程技术人员认真审图，作好图纸会审的前期工作，消除错、漏、碰、缺问题，解决设计与施工技术之间的矛盾，并针对有关施工技术和图纸存在的问题做好记录。
（2）、施工方案的编制
根据工程进度计划，提前编制详细的碳纤维混凝土结构分项工程施工方案和施工管理措施，以便为施工提供足够技术支持。
（3）、建立测量控制网
根据建设单位提供的坐标点和水准点及该工程施工组织设计所确定的测量工程施工方案，建立适合该工程的测量定位网和高程控制网，其中主要控制点应制成为永久性控制点。
（4）、技术交底
施工前组织项目管理人员进行技术交底，学习项目管理制度、施工组织设计、专项技术交底、长春基准地磁台建设管理制度汇编等施工管理和技术质量文件。
对劳务作业人员进行各分项工程施工方法的集体技术交底工作，使全体劳务人员都能掌握技术及质量标准，对关键部位除做详细交底外，还应做现场示范。
5.1.2、物质准备：
5.1.2．1、原材料的选择：
（1）、水泥使用唐山产冀东牌42．5纯硅酸盐水泥，中砂采用石英砂，碎石采用石灰岩质的碎石。
（2）、混凝土所使用的砂石及水泥、外加剂等材料，在采购时事先进行磁性检测测，运输过程中采取保护措施，防止磁性污染。
所有材料检测遵照地磁台磁性检测工作程序。
认真填写检测记录，进场后，必须经过地磁台工作人员使用专业的检测设备对原材料的磁性进行再次检测，所有原材料的磁性均要求在1r以内。
砂、石进行装袋检测，将合格的原材料按要求堆放，以避免合格的原材料受到磁性污染。
（3）、施工用水要用塑料的水箱储存，以防止铁锈污染水质。
5.1.2．2、机械设备及工具的选择
混凝土无磁性的要求对机械设备的选择有很高的要求，由于现有的建筑机械基本上是以铁质为主，在施工中难免使用磁性材质的工具进行施工，这就要求对机械设备的新旧程度以及使用和保管均有不同的要求：
（1）、搅拌设备：
搅拌机要选用新的搅拌机，对搅拌机所有的零部件进行登记，并设专人对搅拌机进行定期检查，对易脱落的部件用无磁的塑料布进行封闭，以防止部件掉到混凝土中造成磁性污染。
（2）、小型工具：
施工过程中使用的锹要全新无磨损，锹头用无磁性的铜钉固定，振捣器、振捣棒要求全新，在使用过程中振捣器用塑料布包裹起来，振捣棒进行定期检查查看磨损情况及时更换，防止由于铁质磨损造成的磁性污染。
5.1.2．3、组织准备
碳纤维混凝土的施工对人员的要求非常严格，施工人员进场前必须进行无磁混凝土施工方面的培训，对进入施工现场的人员要求身上不准携带含有磁性的东西．如：
打火机、钥匙、铁质纽扣、刀具等易掉的磁性物质，进入现场的施工人员均应检查清理方可放行。
所需带入的工具一一登记造册，出场时清理核对无误后，方可离场。
5.1.2．4、施工现场的准备
（1）、碳纤维无磁混凝土施工时观测区必须采用无磁材料整体封闭，安排专职人员对现场进行看守，严格按照地磁合建设标准对人员的进出、设备的使用，进行登记检查。
（2）、施工场地采用硬地法施工．用经过检测合格的砂、石、水泥浇筑硬地作为堆料平台及施工场地。
（3）、木工作业棚、碳纤维筋作业棚的搭设均为检测无磁的木质材料，连接采用尼龙绳或麻绳类无磁绳索进行绑扎。
5.2、分部分项工程施工：
5.2.1、土方施工：
（1）、场地清理磁场梯度测量：
挖土前采用J-856质子旋进式磁力仪以10m×10m为设点间距，进行场地大范围的磁场水平梯度观测，要求磁场梯度在1nT以内，测量合格后方可进行挖土施工。
（2）、挖土：
采用挖掘机挖土，人工配合清土。
（3）、基坑磁场总强度测量：
土方工程施工完毕后、再以1m×1m为设点间距，进行基坑内磁场总强度观测，要求磁场梯度在1nT以内，测量合格后方可进行混凝土工程的施工。
（4）、回填土：
土方回填之前应分批量全部进行磁性检测后方可回填，每回填30㎝进行一次填土的密实度的检测，并同时进行磁性检测、记录检查情况，合格后进行下一层的施工。
5．2．2、碳纤维筋的制作：
（1）、工作原理：
由于混凝土无磁性的要求，观测区内混凝土中使用碳纤维筋这种新材料作为钢筋的替代。
本工程碳纤维筋制作由天津市河西太平洋信息咨询中心制作，设计由吉林省城乡规划设计院完成，虽然纤维具有很高的强度，但是纤维丝必须与环氧树脂复合才能共同工作，用胶复合后的纤维构件，其平均强度可能降低到原丝强度的40%-90%，这不仅与纤维丝的复合技术有关，而且与复合构件的几何形状有关，目前纤维混凝土结构设计方法，按非常熟悉的钢筋混凝土结构进行设计，下表为新的碳纤维筋与钢筋对照表
新的碳纤维筋与钢筋对照表
采用12K碳纤维丝与胶复合制成的碳纤维筋
HPB235钢筋
碳纤维筋直径（㎜）
碳纤维筋面积
（㎜2）
碳纤维丝面积
（㎜2）
丝股
抗拉强度设计值
（N/㎜2）
直径
（㎜2）
面积
（㎜2）
抗拉强度设计值
（N/㎜2）
Φ4
12.57
6.28
16
1800
Φ8
50.27
210
Φ5
19.64
9.82
24
Φ10
78.54
Φ6
28.27
14.14
35
Φ12
113.10
Φ7
38.48
19.24
48
Φ14
153.94
Φ8
50.27
25.13
63
Φ16
201.06
Φ9
63.62
31.81
80
Φ18
254.47
Φ10
78.54
39.27
98
Φ20
314.16
Φ11
95.03
47.52
119
Φ22
380.13
Φ12
113.10
56.55
141
Φ24
452.39
Φ13
132.73
66.37
166
Φ28
615．44
（2）、制作：
、为更好的利用碳纤维筋在混凝土中的锚固作用将碳纤维筋端部作成墩头加强锚固。
、为便于碳纤维筋负弯矩的安装将负弯矩筋与板底筋作成环行，便于施工。
5.2.3．碳纤维筋的运输、绑扎
（1）、碳纤维筋运输：
碳纤维筋运输采用汽车运输，运输时用无磁防雨布包裹严实，运至现场人力搬运。
遵照地磁台磁性检测工作程序进行无磁检测合格方可进入现场摆放在防雨、经无磁检测合格的加工棚内。
（2）、碳纤维筋绑扎：
碳纤维筋作为一项新技术，请教天津市地震局李大华先生现场指导并对施工人员进行培训学。
碳纤维绑扎绑扣采用塑料绳扣绑扎，双层筋之间采用短碳纤维筋作为支棍间距1000㎜，防止上层筋塌落。
5.2.4、碳纤维筋的检测：
（1）、碳纤维筋隐蔽工程验收与钢筋检验相同。
（2）、试件的检测：
由于设计过程中最大限度的利用了碳纤维筋的抗拉特点，并且目前国家尚无碳纤维筋检测规程，根据工程的实际出发仅做碳纤维筋的抗拉实验。
取Φ6碳纤维筋2组进行抗拉试验检测在长春工程学院建设工程检测中心进行检测，检测结果均达到合格要求。
5.2.5、模板的安装与磁性检测
5．2．5．1、模板的安装
（1）、基础：
模板采用20㎜厚胶合板，胶合板与木方固定时采用铜钉铜线，支顶时用木方支顶在基坑的两边的边坡上。
（2）、地粱：
梁侧模采用20㎜厚胶合板，背方采用60×90㎜木方，紧固采用铜筋套。
（3）、构造柱模板：
柱模板采用20㎜厚胶合板，柱箍用60×90㎜木方做抱方，间450㎜一道。
用铜线紧固。
（4）、顶板模板采用竹胶板，支撑系统圆木杆支撑用铜钉与木材连接。
（5）、地下室混凝土墙：
、地下室底板四周采用20㎜厚胶合板。
、地下室墙模板采用20㎜厚胶合板．背方采用6×9木方，间距为900mm，横方间距为600m。
在纵横带交点处设Φ12止水穿墙铜制螺栓紧固模板。
、粱侧模采用漆面竹胶模板，粱底采用组合木模板，顶板采用竹胶模扳。
、顶板支承系统采用圆木杆，龙骨使用100×100㎜、60×90㎜木方。
5．2．5．2、模板的磁性检测
（1）、模板使用前必须进行无磁检测，防止在胶合板制作过程中板内混入磁性物质影响施工。
（2）、所用其他支模材料必须经无磁检测合格的材料。
绝不使用铁等有磁物品。
连接采用铜钉、铜线。
（3）、模板安装后，进行无磁检测，合格方可使用。
不合格及时返工。
5.2.6、混凝土搅拌及运输、混凝土的浇筑
根据混凝土的部位不同将混凝土工程分为地上部分和地下室部分两部分。
5.2.6、1、混凝土的原材料检测：
混凝土浇筑所用的砂、石子装袋以及袋装水泥均须经过磁性测试，判定为无磁性后方可施工。
检测方法为：
在施工现场选择场地磁场水平梯度和垂直梯度均小于0.5nT/m处作为测量工作地点，设置一个高75㎝、长宽为100㎝×50㎝的检测台，样品放置其上，用G856核旋仪进行检测，其探头在测量过程中一般位置保持不动，被测材料靠近探头时，应以不碰探头为准。
待测材料样品应放在距探头5m以外。
探头连续贴近被测样品至少三个不同位置的测点各读取一组数，三组读数中最大值与最小值之差≤1nT即为合格。
5.2.6、2、混凝土的搅拌：
（1）所有混凝土均采用JZC350型强制式搅拌机进行搅拌。
（2）、砼的投料顺序：
先倒石子，再倒水泥，后倒砂子，最后加水。
保证塌落度在8-10㎝之间。
（3）、砼搅拌达到规范要求保证混凝土充分搅拌。
5.2.6、3、混凝土的运输：
（1）、由搅拌机出料至检测地点的运输：
混凝土搅拌完毕后，用1吨翻将混凝土运送至检测地点，将混凝土倒在无磁检测盘上，之后将1吨翻开走，然后检测混凝土的磁性。
具体检测方法如下：
施工现场设置三个无磁性混凝土检测盘，规格为200㎝×200㎝×30㎝，将混凝土倒入盘内均匀平铺20㎝左右厚，将探头贴近混凝土，用20㎝×20㎝网格逐点测读，每个测点读数与周围测点相差不超过1nT即为合格。
（2）、由检测地点至浇筑地点的运输：
混凝土经过检测无磁后，采用木质工具直接运至浇筑地点进行浇筑。
5.2.6、4、混凝土的浇筑：
（1）、地上部分浇筑：
、地上部分混凝土的浇筑主要为屋面混凝土的浇筑，由于混凝土检测无磁性的要求，采用人力翻锹的办法将混凝土送至屋面。
、混凝土振捣采用插入式振捣棒进行振捣。
（2）、地下室部分浇筑：
、地下室砼分三次浇筑完毕。
第一次浇筑底板50㎝高外墙，第二次浇筑柱及砼墙，第三次浇顶扳砼。
、地下室沿高度方向共留二道施工缝，第一道为底板以上50㎝高墙处，第二道留在顶板—皮30㎝外墙上。
施工缝设40㎝宽5毫米厚铜板止水板．浇筑砼时止水板埋人砼中一半。
、地下室混凝土施工时连续浇筑除上面所述在高度方向由有二道施工缝外不得再出现施工缝。
每浇筑20㎝高度进行一次无磁检测，测量方法为：
在模板的侧面每50㎝布设一个测点，探头紧贴构筑物进行磁测，每个测点读数与周围测点相差不超过1nT即为合格。
、地下室混凝土浇筑完毕后经过磁性检测确定合格后，进行下道施工工序，不合格及时返工。
6、材料与设备：
6.1、主要材料：
42．5纯硅酸盐水泥、石英砂．石灰岩质的碎石。
铜钉、20㎜厚木制胶合板、木脚手杆。
6.2、主要设备：
JZC350型新搅拌机、6米长插入式振捣棒、1吨翻。
7、质量控制：
为加强对该工程的质量控制，将全面质量管理贯穿整个施工活动的始终遵照全面质量管理的精神将该工程分为；事前质量控制、事中质量控制、事后质量控制。
7．1、事前质量控制
组织项目管理人员学习施工图纸、地震台站建设规范、长春基准地磁台建设管理制度汇编、以及公司为完成该工程而制定的规章制度。
认真组织各种原材料及机械设备的进场工作。
7．2、事中质量控制
7．2．1全面控制施工过程，重点控制工序质量：
（1）、材料检测合格后方可进行搅拌。
（2）、碳纤维筋、模板安装完毕后施工现场应磁测一次。
（3）、搅拌后的成料需经磁性检测合格后方可浇筑。
（4）、混凝土成型后需再经磁测一遍，不合格及时排查后返工重作。
（5）、所有磁测结果均应进行现场记录，井由有关人员签字，归档备查。
7．2．2、针对工程的实际情况作好技术交底工作。
7．2．3、所有原材料及构配件的见证取样符合磁性检测要求后，必须符合建筑工程质量验收标准的要求。
7．2．4、根据工程的实际情况利用无磁性材料作好成品保护工作。
7．3、事后质量控制：
及时组织自检和初步验收、组织竣工验收。
8、安全措施：
8．1、安全施工组织措施：
（1）、建立以项目经理为组长的项目安全领导小组：
建立安全管理目标：
杜绝死亡、重伤事故和职业病的发生；杜绝火灾、爆炸和重大机械事故的发生；轻伤事故发生率控制在千分之三以内；
（2）根据工程特点制定专项安全技术措施包括：
、临时用电施工组织设计；
、脚手架单项技术措施；
、模板安全技术措施；
、季节性施工安全技术措施。
、土方深基坑施工措施
（3）各类人员必须具备相应的安全生产资格，方可上岗。
（4）所有人员必须经过三级安全教育
（5）特种作业人员，必须持有《特种作业操作证》
8．2、安全施工技术措施：
（1）、施工现场临时用电严格按照施工现场临时用电施工组织设计施工、现场施工用电缆、电线必须采用TN—S三相五线制。
现场使用的配电箱、线路、用电设备、零配件齐全无损，无裸露，标记无脱落，外观清洁，摆放整齐。
严格做到“三级配电、二级保护”。
施工现场必须设置总配电箱或柜，不得直接在建设单位提供的电源系统上向各分配电箱供电。
开关箱必须做到“一机、一闸、一漏、一箱”的要求。
（2）、基坑四周防护
在基础回填未完成前，应始终保持临边防护的牢固性及封闭性，防护四周做好排水措施。
（3）、临边、洞口安全施工措施
在屋面四周等部位，凡是没有防护的作业面均必须按规定进行临边防护，并设置挡脚板，确保临边作业的安全。
预留洞口以及平台处都必须有安全防护，大于1.5m的洞口还必须采取盖板和围栏双层防护，确保所有洞口不坠人、不坠物，安全可靠。
9、环保措施：
9.1.施工现场防大气污染措施
（1）、施工垃圾严禁随意凌空抛散造成扬尘。
施工垃圾要及时清运，清运前，要适量洒水减少扬尘。
（2）、施工现场在施工前做好施工道路规划和设置，路面及其场地地面全部硬化。
（3）、水泥和其它易飞扬的细颗粒散体材料安排库内存放。
运输和卸运时防止遗洒飞扬，以减少扬尘。
9.2.施工现场的水污染防止措施
（1）、现场搅拌机前台设置沉淀池。
排放的废水要排入沉淀池内，经二次沉淀后，方可排放。
未经处理的泥浆水，严禁直接排放。
（2）、禁止将有毒有害废弃物用作土方回填，以免污染地下水和环境。
10、效益分析：
以往这类建筑是采用铜筋混凝土结构，每平方米造价高达1.3万元人民币、
采用碳纤维混凝土结构，每平方米造价高达0.13万元人民币、
11、应用
11．1、工程应用实例：
碳纤维无磁混凝土结构施工在天津静海地磁台、河北昌黎后土桥地磁台、太原武家寨地磁台、吉林省长春市合隆地震台得到了充分的应用，其中由吉林建工集团有限公司承建的长春市合隆地震台是吉林省地震局下属的国家一类地磁观测台，建造地处严寒地区，设计使用年限为50年。
观测台内有绝对观测室、相对观测室（带地下室）、主控室、实验室、探头室、比测亭六个独立的无金属结构建筑（仪器观测要求每米磁场梯度不超过0.1nT）,其中相对观测室要求在不得人工调控室内温度的情况下室内的年温差不得大于8度。
此观测台的规模和重要性均为国内外所瞩目，为保证科学合理的完成此项施工任务参建的各方人员均付出了极大的辛苦，认真把好施工过程的每一关，工程验收一次性合格，所有无磁性混凝土施工均达到了国家地磁台建设标准。
使用正常无任何质量问题。
11．2、前景展望：
碳纤维混凝土结构的施工的成功将改变原有的钢筋混凝土结构以及钢结构施工的格局，碳纤维混凝土结构在未来的建筑上将会被越来越多的工程所应用。
附页：
1、碳纤维筋的检验：
2、施工过程照片：
3、
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