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自密實鋼管混凝土施工技術研究與應用

2019-02-13   來源:   點擊數:41次 選擇視力保護色: 杏仁黃 秋葉褐 胭脂紅 芥末綠 天藍 雪青 灰 銀河白(默認色)   合適字體大小:
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  鋼管混凝土是指在鋼管中充填混凝土而形成的結構,具有良好的力學性能,施工簡捷。目前,鋼管混凝土澆筑方式有三種:一是多點開孔倒喂灌入+振搗密實法;二是高位拋落法;三是泵送頂升法[1]。三種施工方法中,使用最多的為后兩種。但高位拋落法由于下拋高度不同,導致產生氣泡多且排氣不均勻,特別是鋼管內有隔板時易形成脫管等隱患,且拋落高度不能過大,因此越來越多的工程采用泵送頂升法。泵送頂升法是利用混凝土輸送泵的泵送壓力將混凝土由鋼管底部灌入,從下向上頂升,在鋼管一定部位開排氣孔,混凝土至排氣孔后逐次封閉排氣孔,直至混凝土注滿整根鋼管為止。
  
  依托南水北調某重點大橋施工工程,對鋼管混凝土的技術控制要點、配制技術、灌注施工工法、養護技術、檢測技術進行系統分析研究,以促進國內鋼管混凝土應用技術的發展,推進鋼管混凝土工程技術的提高。
  
  1 工程簡介
  
  南水北調龐村大橋,位于鄭州市南出口暨鄭州至新鄭快速通道K6+035.7里程處,橋梁跨徑布置為:25m+164.4m+25m,橋梁全長為220.4m。全橋位于10000m豎曲線中,主橋采用下承桁架式鋼管混凝土無推力系桿拱橋,整體結構體系為內部高次超靜定,外部靜定結構;引橋上部采用25m跨裝配式預應力混凝土小箱梁。橋梁平面線形為直線,與南水北調主干渠50o斜交。
  
  主拱拱肋鋼管混凝土桁式結構,拱軸采用懸鏈線,計算跨徑L=160m,計算矢高f=32m,矢跨比f/L=1/5,拱軸系數m=1.3。主拱拱肋為4肢鋼管桁架式斷面,每一拱肋為兩片由腹桿鋼管與上、下弦桿鋼管焊接形成的桁架片橫向連接形成。桁架橫向連接采用綴板與橫隔板結合方式將兩片桁架片連接為一整體,組成一條拱肋。拱肋鋼管桁架為等截面布置,拱肋高3.8m,拱肋寬2.1m。標準段拱肋上、下弦桿鋼管均采用φ900×16㎜的直縫焊接管,在拱腳至橋面以上約13m范圍內拱肋弦管采用φ900×20㎜鋼管;腹桿采用φ351×12㎜無縫鋼管;桁架中鋼管及橫向連接鋼板均采用Q345C鋼焊接連接。
  
  2關鍵技術控制要點
  
  該工程鋼管直徑達到900mm,基本屬于大體積混凝土,且該工程施工時間處于夏季,混凝土澆筑采用頂升法,因此需重點解決混凝土施工過程中以下幾個關鍵問題。
  
  (1)混凝土狀態的控制
  
  混凝土采用頂升法技術施工,因此應依據自密實混凝土進行控制。自密實混凝土是指具有高流動度、不離析、均勻性和穩定性,且澆筑時依靠其自重流動,無需振搗而達到密實的混凝土。它要求混凝土坍落度和擴展度要達到一定的要求,混凝土粘度較小,和易性較好,不存在離析泌水現象。對混凝土拌合物狀態要求如表1。
  
  (2)混凝土低收縮或微膨脹性能控制
  
  由于混凝土屬于自收縮性材料,混凝土坍落度越大,自收縮越大。鋼管中的自密實混凝土由于收縮會產生空鼓及脫壁現象,對鋼管混凝土的使用性能產生不利影響,因此在混凝土中適當摻加膨脹劑,減少自密實混凝土的收縮。
  
  (3)混凝土水化熱的控制
  
  要配制工作性能良好的自密實混凝土,混凝土中的膠凝材料用量需要達到足夠的用量。但該自密實鋼管混凝土體積較大,比較容易產生較大的水化熱,而水化熱過大會導致混凝土產生溫差裂縫,從而形成質量缺陷,因此該工程自密實混凝土水化熱的控制非常重要。
  
  (4)混凝土澆筑的連貫性控制
  
  由于自密實鋼管混凝土特殊的性能及施工工藝,以及施工所處的地點和時間段,在混凝土澆筑過程中保證運輸及澆筑的連貫性是鋼管混凝土質量控制的重點。
  
  3 自密實鋼管混凝土的配制技術研究
  
  3.1原材料選擇
  
  (1)水泥:鄭州天瑞水泥有限公司P·O52.5水泥。
  
  3.2自密實鋼管混凝土的配制方法及性能
  
  中國無縫管網調查隊獲悉:綜合前期試驗成果及工程實踐總結,自密實鋼管混凝土配制技術路線為[3-6]:優選礦物摻合料→確定摻合料最佳摻量→膠凝材料與外加劑適應性試驗→確定摻合料和膨脹劑的比例→調整混凝土和易性→滿足技術指標混凝土的試件成型→根據工作性能、力學性能及耐久性能和膨脹性能確定最優配合比→模擬泵送頂升過程進行性能測試→確定最終施工配比。
  
  4.2混凝土生產與運輸
  
  現場混凝土攪拌站對混凝土進行集中生產,使用混凝土攪拌罐車將混凝土運輸至施工現場,混凝土在運輸過程中必須持續低速旋轉。每盤混凝土的攪拌時間不少于90s,并逐車檢測混凝土的坍落度和擴展度,對不符合鋼管混凝土工作性能要求的混凝土嚴禁出廠。
  
  4.3灌注孔以下鋼管拱肋混凝土的灌注
  
  使用汽車泵從每根鋼管拱的灌注孔灌入混凝土,從拱腳下澆筑至設計位置,每次澆筑高度不超過30cm,在澆筑完成后立即清理灌注孔。鋼管混凝土灌注孔布置立面。
  
  4.4混凝土頂升灌注施工
  
  混凝土頂升灌注技術如下[7-9]:
  
  (1)清洗鋼管拱肋壁
  
  在鋼管拱根部拱腳下方設置φ100mm的臨時排渣孔,用混凝土泵從兩側向拱內壓筑清水,水至拱頂由出漿孔流出后,打開拱腳處的排渣閘閥,讓管內水及渣物流出,沉積在管底的雜物用勺子由排渣口清出,然后焊接排渣孔。
  
  (2)灌注水泥砂漿
  
  泵送混凝土前首先泵送1m3與混凝土同配比的砂漿,以免粗骨料反彈以及接頭處混凝土質量差,同時砂漿還可在泵送過程中起到潤滑管壁的作用。混凝土灌筑完成時,砂漿將全部由出漿孔排出。
  
  (3)拱肋混凝土頂升灌注施工
  
  拱肋混凝土頂升施工應安排在早晚進行,以避免高溫施工對混凝土后期性能造成不利影響。
  
  開始泵送時泵車應處于低速泵送狀態,此時應注意觀察泵機的工作壓力和各部件的工作情況,待泵送順利后恢復正常速度連續灌注混凝土,并保持慢速、均勻、對稱、低壓的灌注工藝,灌注過程中隨時用錘擊法了解混凝土的頂升高程,以便隨時調整灌注速度,并保持兩端混凝土高差在2.5m以內。鋼管拱肋混凝土頂面高出灌注口2m以后,在拱頂出漿口往弦管內注入稀稠適度的水泥凈漿,以達到潤滑管壁、減少泵送阻力的作用。每根鋼管內的混凝土宜在3.5h以內灌注完成,最長灌注時間間隔不得超過首批灌注混凝土的初凝時間,直至拱頂出漿孔流出均勻、穩定混凝土為止。灌注暫停時,每隔2~3分鐘應泵送2~3次,以防止混凝土假凝堵塞輸送管道。
  
  施工溫度宜在5℃~35℃,當鋼管溫度高于55℃時應采取有效措施降低鋼管溫度。在灌注頂升過程中,嚴禁反泵。泵送時,泵車料斗內混凝土不得少于其容量的2/3,以避免在泵送過程中吸入空氣,泵送頂升速度不易過快,宜使用小排量泵機。
  
  混凝土頂升至距排氣孔約2.5m時,應由兩臺混凝土泵同時泵送改為兩泵交替泵送,泵送混凝土量控制在0.5 m3左右,以減小混凝土對管道的壓力。當混凝土頂面升至與拱頂相差1.0m時,要放慢混凝土的泵送速度,每泵送5~6次停止1min,以利于管內氣體排出。當拱頂出漿口流出穩定混凝土后,停泵約15min左右,讓混凝土沉降充分后再次泵送使混凝土注滿鋼管,穩壓1min后關閉進料口閥門、拆除輸送泵管。灌注完畢30min后,觀察拱頂混凝土有無回落下沉,若有下沉,則人工補滿。
  
  混凝土接近拱頂面時,嚴格控制泵送速度,防止混凝土超過拱頂截面時產生振動而引起鋼管拱和支架縱向失穩。
  
  在混凝土灌注完成后立即用高壓水槍沖洗鋼管拱外壁上的混凝土和水泥漿。待混凝土終凝后,卸掉混凝土灌注短管的開關閘閥。
  
  4.5鋼管拱肋混凝土的養護
  
  混凝土灌注完畢后,為保證灌注的混凝土在規定齡期內達到設計性能要求,結合鋼管混凝土、自密實混凝土特點制定了下列養護措施:
  
  (1)應在灌注混凝土結束后對鋼管拱頂部混凝土表面用土工布加以覆蓋養護并鋪設灑水管保濕、降溫。
  
  (2)對摻用高效緩凝減水劑及膨脹劑的混凝土,養護時間不得少于14d。
  
  (3)灑水次數應能保持土工布處于濕潤狀態。
  
  (4)混凝土強度達到設計強度80%前,應控制鋼管溫度不超過30℃、不低于5℃。
  
  4.6鋼管混凝土質量檢查
  
  鋼管混凝土質量檢查比較困難,只能通過輔助手段進行檢查。通常情況下,主要采用三種方法對鋼管混凝土進行檢測:①敲擊法全面檢測:利用敲擊鋼管外壁,根據聲音的不同判斷混凝土的飽滿度,該方法簡單有效;②對敲擊有疑問的進行局部鉆孔檢測,確定缺陷程度。該方法能直觀觀察鋼管壁與混凝土的粘接情況及混凝土內部是否密實,但對鋼管有破壞;③超聲波無損檢測。該方法可以準確檢測出混凝土與鋼管壁的粘接情況、混凝土是否存在缺陷、缺陷的具體部位等。中國無縫管網調查隊獲悉
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