浙江大闸枢纽河口水闸高性能混凝土管道间一次性浇筑成型施工工法

'河口水闸高性能混凝土管道间一次性浇筑成型施工工法1前言XXX大闸枢纽位于浙江省XX市，钱塘江下游右岸主要支流XXX江口，是国内第一河口水闸，列入国家重大水利基础设施项目。工程于2005年底开工，其中管道间工程，共分14孔，中孔跨径22m，边孔跨径23m，底宽6.6m（上口宽8.0m），高4.5m，箱内断面为5.4m×3.5m，底板、侧墙、顶板厚度均为50cm。这种箱型结构一般要在侧墙倒角1/3位置设施工缝，分二次浇筑成型，但这种浇筑方案易引起施工缝渗漏、上下层色差等不良后果。该工程施工采用一次性整体成型浇筑管道间混凝土的方法，即底板、侧墙、顶板同时立模浇筑，避免了传统箱型结构混凝土分层浇筑施工中存在的上下层块之间存在施工缝，克服了色差，施工工期较长，尤其在悬体结构施工过程中对浇筑支撑系统的占用时间长、投入施工成本高等若干弊病，成功实现了在外观质量、工期、成本、防裂、防腐等方面的突破，成为河口建闸史上箱型结构施工技术的一个新的亮点。通过对XXX大闸管道间的施工实践，证明箱型结构混凝土一次性整体成型浇筑工法成熟，工艺可靠，并在实际工程中获得了较好的社会效益和经济效益。该技术已进行国内科技查新，查新结果为“委托查新项目针对跨径23米，底宽6.6米（上口宽8.0米）、高4.5米的箱涵，制定了河口水闸高性能混凝土管道间一次性浇筑成型施工工法，在上述检索结果中未见述及”。2工法特点2.0.1管道间外表成型美观，克服了因多层施工引起的错位、色差、挂浆等弊病，另外，采用定型钢模施工，确保了混凝土表面的光洁、平整。2.0.2减少了因水平施工缝处理不当而引起钢筋腐蚀的机率。2.0.3采用一次性浇筑施工，较传统分层浇筑施工，工期要大大缩短。2.0.4浇筑仓面布置一步到位，模板及下部满堂式支架，周转时间大大减小。2.0.5施工作业连续、集中，材料二次搬运少，机械设备利用率较高。3适用范围3.0.1本工法适用于各种大型水闸管道间施工，也可以推广应用于桥梁和空腹式墩台结构施工中。12 4工艺原理4.1模板支撑系统4.1.1管道间底模支撑系统钢模底部支撑采用φ168钢管(壁厚4.5mm)钢管立柱，高度7.190m。钢管顶纵向铺设[25b@500，槽钢顶横向铺设[10@500槽钢。钢管每间隔3m采用∟60×5角钢斜撑。图4.1.1管道间底模支撑系统4.1.2管道间顶模支撑系统管道间顶模支架采用Φ48×3.50脚手架钢管搭设，底板混凝土以下支架采用Φ25钢筋。顶模底部铺设100×100方木，间距25cm。脚手架高度为3.40m，搭设具体尺寸为：立杆的横距b=0.50m，立杆的纵距=1.00m，立杆的步距h=1.50m。12 图4.1.2管道间顶模支撑系统4.1.3顶模钢管支架底部支撑采用一次性浇筑成型方法，悬空脚手架底部支撑钢支架考虑混凝土浇筑完毕后留在底板中。支架底部采用同强度等级混凝土连接作为底座，以防钢筋直接与模板面接触，达到防腐标准。支架上口与底部采用Φ16钢筋焊接固定，使其成为两端固定型立杆，支撑杆结构见图4.1.3。图4.1.3钢管底部支撑系统4.2混凝土入仓及振捣原理管道间内顶模采用定型小钢模板，先预留0.8m×0.8m的孔洞，间距5m。底板混凝土从预留孔中通过溜筒入仓，待底板混凝土浇筑完毕后，封闭洞口。预留孔位置模板外楞与其余部位独立，并具有安装简单的的功能。管道间侧墙中部每隔3m预留一0.8m×0.8m的孔洞，作为倒角附近混凝土的振捣补振区，确保侧墙混凝土的质量。另外，防止侧墙混凝土在浇筑过程中从底板处翻出，增加了倒角模板水平段扣板，待侧墙浇筑过半后，立即将水平段模板拆除，并对该部位的外露混凝土面进行压光处理。12 5施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程脚手架搭设→安装钢管立柱系统→铺设底模系统的槽钢→模板制作安装→钢筋制作安装→清理、冲仓、验收→混凝土浇筑→养护5.2操作要点5.2.1脚手架搭设为方便立拆模板与安拆钢管立柱，在管道间底模下搭设施工脚手架，脚手架采用φ48钢管搭设，水平与纵向间距均为1.5m，步距为1.8m。利用脚手架临时固定钢管立柱与模板底部的槽钢。并在侧模外侧搭设双排施工用跑道脚手架。钢管脚手架注意事项：1)钢管选用外径48mm，壁厚3.5mm的焊接钢管。立杆、大横杆和斜杆的最大长度为6.5m，小横杆长度1.5m。2）钢管不得有裂纹、气孔，不宜有缩松、砂眼、浇冒口残余披缝，毛刺、氧化皮等清除干净。3）扣件与钢管的贴合面必须严格整形，应保证与钢管扣紧时接触良好，当扣件夹紧钢管时，开口处的最小距离应不小于5mm。4）扣件活动部位应能灵活转动，旋转扣件的两旋转面间隙应小于1mm。5）钢管弯曲、压扁、有裂纹或严重锈蚀，扣件有脆裂、变形、滑扣应报废和禁止使用。5.2.2安装钢管立柱系统钢管安装时要严格按照设计间排距布置，在初步调整垂直后，钢管之间用角钢联接。钢管可按一端固定、一端铰支受压考虑。根据钢管承载能力计算钢管数量和布置形式。长细比计算式中λ－钢管的长细比值；L－钢管的计算高度；i－钢管回转半径。在钢管立柱系统施工时要注意以下事项：1)钢管宜采用力学性能适中的Q235A(3号)钢。每批钢材进场时，应有材质检验合格证。2)钢管不得有凹陷、弯曲、破损等缺陷，钢管焊接严格按照规范执行，并做好焊缝检验。3）钢管在拆除后不得扎堆乱放，造成钢管变形。4)考虑到钢管周转次数较多，使用时间较长，又在易腐蚀环境中，钢管外壁要做好防绣处理。5.2.3铺设底模系统的槽钢槽钢抗弯强度验算按以下公式计算12 式中－弯曲应力计算值(N/mm2)；M－最大弯矩(N.mm)；W－截面模量；－钢管抗弯强度设计值(为205N/mm2)。底部[25b槽钢安放时，要根据支撑杆中心轴线布置，并保证立面垂直，槽钢排之间用连接杆件固定。上部[10槽钢保持与底部槽钢垂直方向布置，间距严格按照50cm控制。槽钢排间用连接杆件固定。5.2.4模板制作安装1模板制作1)定型钢模板及其支撑符合下列要求：①保证混凝土浇筑后结构物的形状、尺寸及相互位置符合设计规定；②具有足够的稳定性、刚度及强度，能承受混凝土浇筑和捣固的侧压力和振动力，并牢靠的维护原样，避免引起错台。定型钢模板面板采用4mm厚Q235钢板，钢楞采用∟5。③做到标准化、系列化，装拆方便，周转次数高，有利于混凝土工程的机械化施工；④模板表面光洁平整，接缝严密，不漏浆，以保证混凝土表面的质量。2)模板工程采用的材料及制作、安装等工序的成品必须进行质量检查，合格后，才能进行下一工序的施工。3)模板刚度控制：混凝土表面平整度“＜4mm”，而模板的表面平整度＜2mm，所以在模板设计过程中控制大模板的相对挠度＜2mm，绝对挠度＜4mm。4)各种连接部位已按节点设计，并针对不同的情况逐个画出节点图，保证连接严密、牢固、可靠，保证施工时有依据，避免了施工的随意性；模板的设计、制作和安装使混凝土得以正常浇筑和捣实，使其形成准确的形状和尺寸，模板拆除后的混凝土面光洁和美观。2模板安装1)总体要求①按设计图纸测量放样，并通过模板顶部摆放的小棱镜架，用全站仪用检查校正。②模板安装过程中，安装足够的临时固定设施，以防倾覆。③模板与混凝土接触的面板，以及各块模板接缝处，为保证表面的平整度和混凝土的密实性，钢模立模前均以磨光机将内表面打磨光洁，所有模板与模板的拼缝间均用厚双面胶粘贴，确保模板缝隙间不漏浆。④节点构造：止水与模板接缝处均用在模板制作时统一考虑，以牢固、准确定位、方便装拆、避免破坏止水的原则进行详细节点构造设计。⑤拉条：采用Φ16拉杆，拉杆采用“H型拉杆”。利用“H型拉杆”12 ，一可方便拆模，二可以利用其中的锥形螺帽作模板内支撑，卸除H形螺帽后还可以形成矩则的孔洞，不用凿除混凝土就可以直接进行拉条孔修补，同时因拆模时不影响内部拉杆，可以可靠地解决拉杆漏水的通病。5.2.5钢筋制作安装钢筋加工的尺寸必须符合施工图纸要求，加工后钢筋的允许偏差满足规范规定。环氧钢筋采用滚压直螺纹连接，搭接接头满足设计及规范要求，接头百分率控制在50%以内。由专用拖车配合人工运至施工现场，塔吊及汽车吊配合人工进行安装。钢筋安装时，保护层控制采用带轧丝的与混凝土同标号的预制块与钢筋轧紧，衬垫。垫块互相错开，分散布置，扎丝也不得伸入保护层外，两层钢筋之间用Φ16@200作支撑。环氧钢筋连接与定位要求：①环氧钢筋的连接采用当今建设部建行的10项新新技术中的--滚压直螺纹连接，连接完成后，用专用涂料进行修补。②为保证环氧钢筋的绑扎搭接的牢固和不损坏涂层，采用专用的包胶铅丝，对十字交叉钢筋，采用“X”型绑扣。③环氧钢筋的机械连接：在连接后根据专用修补材料的使用要求，将套筒、螺母等连接件涂刷涂层。④环氧钢筋的定位：按设计图纸采用专用铁架定位。在混凝土浇筑前，检查涂层破损情况，对涂层根据专用修补材料的使用要求，予以修补。5.2.6混凝土浇筑施工1混凝土坍落度控制经过我们多次试验，对于高性能混凝土来说，60mm的坍落度是工程外观质量与混凝土工作度最佳的结合点，若低于60mm，混凝土工作度与混凝土的施工强度均得不到保证，混凝土表面的气泡因粘聚性过大也不能排除，若大于60mm，混凝土极易产生分离和过振，也会在混凝土侧面产生大量的水气泡，同时也在混凝土表面产生大量浮浆，导致混凝土表面产生龟裂。2混凝土分层单个管道间最大面积为153m2，按层厚30cm计算，每层混凝土方量为46m3左右，混凝土入仓速度为16～20m3/小时，每层浇筑时间基本在3小时，满足本工程管道间高性能混凝土初凝时间4～5小时要求。采用薄层满仓平铺法施工，确保同一层混凝土基本保持水平，可以提高外观质量。3混凝土浇筑1)混凝土采用溜筒下料，控制其自由下落高度不超过1m，以避免溅起的水泥浆污染模板和骨料发生离析现象。2)混凝土采用φ70插入式振捣器振捣，要注意事项有：①根据构件的具体情况，振捣前详细交待操作要点，组织专人分段负责。②混凝土入模后稍作平整即可进行振捣，每层混凝土未振实前，不得加添新混凝土。12 ③为了防止混凝土中的石子被钢筋卡住使混凝土不再下落造成下部空洞，必须选用插钎检查捣实后，再加强振捣，人工插扦要一钎挨一钎顺序下钎，不得漏插，插钎必须摇插，以扩大影响。④边角部位加强人工插捣和机械振捣。⑤混凝土的质量大多是因振捣原因产生的。管道间高性能混凝土振捣时间以粗骨料不再显著下沉，并开始泛浆为准后加振30秒。振捣自中间往两侧模板推进，插点间距为50cm，振捣器插入下层混凝土5～10cm。在管道间施工中，应采用二次振捣工艺，第一次振捣完毕，铺第二次料前先将混凝土再振捣一遍，这样可以更有效地排除混凝土气泡，减少混凝土的塑性裂缝的产生。⑥环氧树脂涂层钢筋在混凝土浇筑前，检查涂层破损情况，对破损涂层根据甲供专用修补材料的使用要求，予以修补；混凝土振捣时，尽量避免振捣棒与钢筋的直接碰撞。4混凝土的养护①混凝土终凝后，立即覆盖一层塑料膜，再加盖土工布保温层；炎热天气混凝土表面先覆盖草袋，并加强洒水养护，使混凝土在浇筑完毕10天内有足够的养护水份。②混凝土试块的制作混凝土试块制作按规范要求进行，试块制作后在养护池进行养护，并及时送试验室进行强度试压。5.3关键技术5.3.1顶部模板和侧模的特殊处理为确保侧墙尤其是倒角位置的混凝土质量，管道间模板经过一种特殊的加工处理，从选材、制作成型到安装都严格按照公司设计的方案进行，在倒角模板设计制作上采取了一些措施，从而来保证混凝土的浇筑质量。管道间顶模间隔5m预留0.8m×0.8m的孔洞，底板混凝土从预留孔中通过溜筒入仓，待底板混凝土浇筑完毕后，封闭洞口。预留孔位置模板外楞与其余部位独立，并具有安装简单的功能。管道间侧墙间隔5m安装溜筒，溜筒高度距浇筑面1m左右，随浇随拆。管道间侧墙中部每隔3m预留一0.8m×0.8m的孔洞，作为倒角附近混凝土的振捣补振区，确保侧墙混凝土的质量。防治侧墙混凝土在浇筑过程中从底板处翻出，增加了倒角模板水平段扣板，扣板水平宽度50cm。待侧墙浇筑过半后，立即将水平段模板拆除，并对该部位的外露混凝土面进行压光处理。5.3.2混凝土配合比优化高性能混凝土自身抗裂能力较普通混凝土差，在施工过程中易产生裂缝，为提高高性能混凝土的断裂韧性，我们尝试了在配合比中掺高强纤维，提高其韧性。混凝土纤维的乱向分布形式大大有助于削弱高性能混凝土塑性收缩时的应力，收缩的能量被分散到每立方米上千万条具有高抗拉强度而弹性模量相对较低的纤维单丝上，从而极为有效地增强混凝土的韧性，抑制微细裂缝的产生和发展。12 6材料与设备6.1主要机具设备（见表6.1）表6.1主要机具设备表序号机械或设备名称规格型号数量额定功率用途1拌和楼JF10001110KW混凝土拌和2混凝土搅拌车6m33混凝土运输3装载机ZL50A2混凝土骨料装运4钢筋弯曲机WJ40-112.8KW钢筋加工5钢筋切断机QJ40-115.5KW钢筋加工6履带起重机QU40140t吊运材料7移动式塔机160t.m1吊运模板8插入式振捣器φ70162.2KW混凝土振捣9发电机组GF2001200KVA备用电源6.2劳动安排（见表6.2）表6.2管道间施工劳动力安排表序号工种人数主要工种内容1技术人员2施工技术指导、质量记录2测量员3轴线和高程控制3普工10负责仓面清理、布置等4架子工15负责脚手架搭设5木工25负责模板拼装、拆除6钢筋工20负责钢筋制作、安装7混凝土工15负责混凝土浇筑、养护7质量控制7.1环氧钢筋的质量控制7.1.1钢筋按不同等级、牌号、规格及生产厂家分批验收，分别堆存在钢构件搭设的钢筋堆放场内，且立牌以资识别。7.1.2钢筋要求有出厂证明书或试验报告单，使用前，仍要求作拉力、冷弯试验。钢号不明的钢筋，一律不予接收进场。7.1.3环氧钢筋直螺纹接头控制1加工控制要求直螺纹接头每500个作为一个检验批来验收，随机抽取10%进行检测，要求全部合格，如有一个接头不合格，则该批接头要逐个检查。检查内容如下：1)12 牙形检验：要求牙形必须饱满，牙顶宽度超过0.6mm，秃牙部分不超过一个螺纹周长，螺丝扣长度满足要求。2)螺纹大径检验：采用光面轴用量规检测。要求通端量规能通过螺纹的大径，而止端量规则不能通过螺纹大径。3)螺纹中径及小径检验：采用螺纹环规检测。要求通端螺纹环规能顺利旋入螺纹并达到旋合长度，止端螺纹环规与端部螺纹部分旋合，旋入量不超过3P(P为螺距)。4)直螺纹连接套的检验：要求外观无裂纹或肉眼可见缺陷，长度及外形尺寸符合设计要求；采用螺纹塞规检验时，要求通端塞规能顺利旋入连接套筒并达到旋合长度，而止端螺纹塞规不能通过连接套筒内螺纹，但允许从套筒两端旋合，旋入量不超过3P(P为螺距)。2安装控制1)接头拼接时用管钳扳手拧紧，使两个丝头在套筒中央位置相互顶紧。2)拼接完成后，套筒每端不得有一扣以上的完整丝扣外露。表7.1.3直螺纹接头拧紧力矩值钢筋直径（mm）≤1618～2020～2528～3236～40拧紧力矩值（N.m）801602303003607.2模板的质量控制定型模板安装前，首先要进行底部混凝土面找平，这是管道间模板安装施工中至关重要的一个工序，找平高程允许偏差必须控制在0～＋5mm内。大型模板每拼装一层就必须进行平面和垂直度校正。模板面拼装平整采用拉延线来调整，拼装过程的模板垂直度采用激光指向仪来控制，待全部加固完毕后，必须采用全站仪测量来调整上口边线。另外，两块模板之间必须粘贴海绵条，以起到塞缝作用。表7.2模板安装的允许偏差项次偏差名称允许偏差（mm）1模板底高程＋52模板面平整度23板面缝隙24结构物边线与设计边线±105结构物水平截面尺寸±207.3管道间混凝土的质量控制7.3.1从原材料上把关，混凝土拌制时，原则上选择同一批黄砂、同一批号的水泥、矿渣和粉煤灰，以确保混凝土表面色泽一致，减少色差。钢筋保护层垫块，随混凝土浇筑上升而跟着拆除，以防混凝土局部表面收缩不均匀。7.3.2严格控制水灰比，混凝土配合比必须经质检员验收后方可拌和和供应；每次混凝土浇筑前，试验员必须到商品混凝土拌和站按规定检查。7.3.3采取挂溜筒的混凝土入仓措施，限制混凝土下料入仓高度不超过1m，以免混凝土飞溅至模板表面时间过长硬化引起麻面。同时每班派人对模板表面进行检查，及时清理飞溅砂浆。12 7.3.4合理布点，确保下料均匀，及时振捣，不得漏振、过振。7.3.5混凝土采用二次振捣，增加密实性，排除混凝土表面气泡。7.3.6拆除模板时，混凝土必须达到规定强度，拆模时必须小心仔细，不得损伤表面及棱角。7.3.7对于预留洞孔的表面修补，派专人进行。修补后做到与混凝土表面颜色基本一致，表面光滑，不收缩开裂，达到美观的效果。7.3.8指定专职施工人员专门从事混凝土浇筑层次和顺序的安排，严格控制铺筑层的厚度和仓内平仓及振捣的质量。7.3.9加强现场混凝土养护，保证混凝土表面湿润。8安全措施8.0.1做好上岗前安全教育，严格按安全操作规程施工，消除一切事故隐患。8.0.2禁止非施工人员进入现场，进入现场施工人员必须戴安全帽。8.0.3所有的施工辅助设施均须经安全检查后方可投入使用，雨天有防滑措施，临空处设置围栏。8.0.4安装触电保护器，确保用电安全。8.0.5严禁高空坠物伤人。8.0.6禁止带电移动机械设备，带电安装与灵敏度装。8.0.7操作人员必须做好三级安全教育和班前安全技术交底。8.0.8脚手架及缆风系统必须经验收小组验收合格后方可投入使用。8.0.9混凝土浇筑前应对满堂式支架的安装进行全面检查，确认无安全隐患后，方能开仓浇筑。9环保措施9.0.1在材料搬运过程中，水泥、粉煤灰等粉类材料采用罐装车运输，黄砂、碎石等运输车辆应密封良好，防止沿途扬漏，必要时采取喷水等降低粉尘的措施。9.0.2现场设污水处理池，施工废水经处理合格后才进行排放。施工废渣、废料采用集中堆放，统一处理。9.0.3施工作业产生的灰尘，除在现场的作业人员配备必要的专用劳保用品外，还应随时进行洒水以使灰尘公害减至最小程度。9.0.4在施工期间，科学合理地规划施工区块，施工材料按要求整齐堆放，减少占地面积。9.0.5在施工中，采用科学的施工管理方法合理安排施工作业，减少各施工工序的施工时间，减少电、水等能源浪费。10效益分析12 10.1社会效益10.1.1河口水闸高性能混凝土管道间一次性浇筑成型的施工工法具有施工工期短、周转材料转移快、机械设备利用率高、混凝土成型美观，并且在实施过程中有效解决了高性能混凝土的一些色差、防裂等难题，为公司在水利领域创造了良好的形象。10.2经济效益10.2.河口水闸高性能混凝土管道间一次性浇筑成型的施工工法在工期、材料设备利用、劳动力安排方面都具有相对的优势，造价相比分层浇筑方法较低，具有良好的经济效益。10.2.2管道间一次性浇筑成型与多层浇筑成型的经济效益比较见表10.2.2。表10.2.2管道间不同浇筑成型的经济效益比较表分层方法经济效益比较一次性二层1施工缝处理次数无1次2仓面布置次数1次2次3施工工期短长4周转材料及机械设备占用时间短长11应用实例11.1XXX大闸枢纽工程四标XXX大闸位于浙江省XX市，钱塘江下游右岸主要支流XXX口，是国内第一河口水闸，列入国家重大水利基础设施项目，其挡潮泄洪闸垂直水流方向705m，顺水方向长636.5m。其管道间工程，共分14孔，中孔跨径22米，边孔跨径23米，底宽6.6米（上口宽8.0米），高4.5米，箱内断面为5.4米×3.5米，底板、侧墙、顶板厚度均为50cm。XXX大闸4#标采用一次性整体成型浇筑管道间混凝土的方法，即底板、侧墙、顶板同时立模浇筑。施工前项目部做了大量深入细致的工作，进行了科学地施工方案论证，通过加强和规范管道间立模、浇筑施工过程控制，特别是在确保管道间侧墙混凝土浇筑质量上做了大量工作，最终成功地完成了管道间一次性浇筑成型的这一目标。工程自2005年12开工，至2009年6月完工。在施工过程中，管道间未出现任何质量和安全事故，管道间外表成型美观，克服了因多层施工引起的错位、色差、挂浆等弊病，并缩短了工期，提前交付安装。在管道间施工期间，考虑空箱式管道间体积大，距地面高度高，模板安装难度大，施工质量难控制，我们专门成立了QC小组，选定提高空箱式管道间外观质量为课题，以解决施工过程中的技术难题。在施工中通过控制模板偏差、拌和质量、配合比优化、分层振捣等措施，并按照QC管理体系，持续改进，不断提高管道间一次性浇筑质量。12 管道间全部采用了大型钢模一次性浇筑成型施工，并有效解决了高性能混凝土的防裂问题，在工期较原定计划缩短近1/4的同时，成型后的管道间在外观上极其美观。2007年1月26日，以二院院士潘家铮为首的专家组来本工程检查，对本工程管道间混凝土表面棱角分明、光滑平整、色泽一致表示高度赞扬。11.2XXX大闸枢纽工程五标XXX大闸位于浙江省XX市，钱塘江下游右岸主要支流XXX口，是国内第一河口水闸，列入国家重大水利基础设施项目，其挡潮泄洪闸垂直水流方向705m，顺水方向长636.5m。其管道间工程，共分14孔，中孔跨径22米，边孔跨径23米，底宽6.6米（上口宽8.0米），高4.5米，箱内断面为5.4米×3.5米，底板、侧墙、顶板厚度均为50cm。XXX大闸5#标采用一次性整体成型浇筑管道间混凝土的方法，即底板、侧墙、顶板同时立模浇筑。在施工前项目部做了大量深入细致的工作，进行了科学地施工方案论证，通过加强和规范管道间立模、浇筑施工过程控制，特别是在确保管道间侧墙混凝土浇筑质量上做了大量工作，最终成功地完成了管道间一次性浇筑成型的这一目标。工程自2005年12月开工，至2009年6月完工。在施工过程中，管道间未出现任何质量和安全事故，管道间外表成型美观，克服了因多层施工引起的错位、色差、挂浆等弊病，并缩短了工期，提前交付安装。12'