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混凝土是当代最大宗的人造材料,也是最主要建筑材料。目前,世界水泥年产量已超过12亿t,我国在数量上占居首位,其产量约为世界总产量的三分之一。混凝土年使用量虽未见准确的统计资料,但如以水泥产量推测,估计在我国混凝土年使用量可达6亿m3以上,其工程量之多,社会与经济意义之大,是人所共知的。针对我国今后发展的需要,本文拟在三个方面予以论述。
1预拌混凝土的现状与发展
混凝土的集中搅拌是建筑工程生产管理方面一项意义重大的改革。预拌混凝土应用量比重的大小,标志着一个国家的混凝土生产工业化程度的高低。国外实践表明,采用预拌混凝土之后,一般可提高劳动率200%~250%,节约水泥10%~15%,降低生产成本5%左右,还具有保证质量、节约施工用地、实现文明施工等方面的优越性。世界上第一座预拌混凝土工厂出现在德国,建造于1903年,以后受到各国的重视,得到迅速发展。到20世纪80年代初,统计结果表明,在经济发达的国家里,预拌混凝土的供应量,已达到全部混凝土生产量的60%~80%。
在我国混凝土搅拌站始建于80年代初的上海、常州两城市。20年来,由于建设规模逐步扩大,尤其是北京和东南沿海地区一些城市建设的高速发展,各级建设行政主管部门采取了一些扶植政策和措施,使城市的预拌混凝土产量每年以12%~15%幅度递增。上海、北京、广州、大连、常州等城市应用预拌混凝土量已达到该城市混凝土总用量的80%以上,接近经济发达国家的水平。但是,预拌混凝土的发展是不平衡的,就全国而言,预拌混凝土占现浇混凝土量的比重还不到30%,有的地方甚至还没有预拌混凝土站,与经济发达国家相比,我国预拌混凝土尚属起步阶段。而且我国已建成的预拌混凝土站,多属建筑企业或企业集团管理,而经济发达国家预拌混凝土已成为独立的新兴行业,有许多专业公司专门生产和供应预拌混凝土。
在预拌混凝土行业迅速发展的同时,也暴露出不少需要重视的问题。如:混凝土定价不合理以及混凝土供需双方配合不密切,出现供大于求而导致降低价格出售,因而无法保证预拌混凝土的质量。这样恶性循环不利于预拌混凝土的长远发展。
为了保证预拌混凝土的健康发展,必须注意以下几点:
1)加强预拌混凝土厂的合理规划和布置,预拌混凝土的生产规模应与当地的建筑和市场需求相匹配,避免盲目发展过度集中。
2)有计划的组织在职人员培训,提高人员素质及企业的技术和管理水平,加强有关标准的宣传贯彻力度。
3)规范市场,加强有关部门的监督,使供需双方必须遵守合同,增强合同的法律效力;并制定出合理的预拌混凝土价格体系。使预拌混凝土能在正常的竞争条件下得到发展。
2高性能混凝土的现状和发展
为了弄清当前混凝土在不同用途中存在的缺点和薄弱环节,美国于80年代曾对很多土建工程单位进行了广泛的调查。从调查结果可知,在众所关注的抗压强度以外,亟待改进提高的混凝土性能,依次为体积稳定性、抗渗性、流动性、抗折(拉)强度、护筋性、线膨胀系数等,当然还须降低成本。上述各种性能归纳起来就是强度、工作性和耐久性3大类,这正符合十几年来几个发达国家正在研究开发中的高性能混凝土(HPC)。
HPC的诞生与发展是近代工程发展的需要。例如高层、大跨度、大荷载、特殊使用条件和严酷的环境(如海上石油钻采平台、海底隧道等)以及对建设速度、经济、节能等有更高要求;同时也由于混凝土技术的提高使HPC成为可行。HPC的先进性使混凝土的应用范围得到扩大,使混凝土的社会经济效益得到不断增长。
发展HPC的主要途径有:
1)高性能的原材料以及与之相适应的工艺。2)复合化:混凝土本身是水泥基复合材料。HPC必须有活性细掺料和外加剂特别是高效减水剂的加入,常常不仅需要二者同掺,有时还必须同时采用几种外加剂以取得要求的性能,充分发挥复合化的作用,将是HPC取得更大效益的努力方向。
在我国当前条件下,HPC可采用下列原材料:
a)水泥。以42.5#或42.5R硅酸盐水泥为主,也可选用某些特种水泥如铁铝酸盐水泥,碱—矿渣水泥等,但水泥用量过大或细度过细均不利于耐久性。
b)集料。必须符合国家标准,要求坚洁,粒径、粒形、级配和强度与工作性有关,宜先经过试验。工地必须改变不重视集料的坏习惯。
c)活性细掺料。不仅为了节省水泥更重要的是为了满足工作性(如易泵性)与耐久性的要求。因此,优质活性细掺料如硅灰或粉煤灰、沸石粉以及磨细矿渣已成为HPC的必需组分。二种细掺料复合作用,有时能带来很好的效果。
d)外加剂。首先是高效减水剂,是HPC的必需组分。为的是大幅度减水以提高强度与耐久性。使HPC有足够的流动性、易泵性和填充性,也使是泌水减到最小。掺加活性细掺料时必须掺加足够的减水剂或高效减水剂;为了减少坍落度损失还必须掺加缓凝剂与引气剂;为了早强,可掺加早强剂或采用早强减水剂;为了预防早期收缩可掺加适量膨胀剂。所以,外加剂的复合作用对HPC满足各种功能要求是十分重要的。
HPC的复合化途径除已用得很多的活性细掺料与高效减水剂的复合使用外,还有优质粉煤灰与磨细矿渣的复合,硅
灰与粉煤灰或稻壳灰的复合,沸石粉与粉煤灰的复合等。加入多种外加剂的复合在国内也愈来愈普遍。
我国现在已有条件在不同用途上采用HPC。如世界跨度最长斜拉桥—杨浦大桥和亚洲最高的建筑—东方明珠电视塔,以及龙羊峡、葛洲坝等水电站建设。只要我们掌握好混凝土的基本原理,运用已有的经验,经过试验,重视质量,我们完全有能力做好和用好不同用途的混凝土,满足各种工程和制品的要求。在此基础上继续改进提高、不断创新,在混凝土技术上、数量上和质量上走在世界前列。
此外,美英日等国近几年在研究开发几种特高性能水泥基新材料。其主要力学指标,大大超过高强度混凝土,而可与陶瓷、铝、钢等相比拟。例如抗压强度可达300MPa,抗折强度可达150MPa,弹性模量可达50GPa。从这些新的发展,可以说明混凝土性能还有很大潜力,混凝土技术应用方面还有很大开发的余地,有待我们去努力。
3原材料的现状和发展
1)水泥。由于我国水泥工业发展太快,粗放型带来了严重后果,其中经过认证可用于结构工程的不到三分之一,小水泥厂水泥性较差,且不稳定,通过提出“限制、淘汰、改造、提高”,改变检验方法与ISO接轨。增产42.5#水泥和某些特种水泥,来满足工程需要。
水泥掺加混合材是正确的、必要的,对性能、经济、环保均有利。矿渣由于细度不足,活性未充分利用,应研究超细磨,将能够节约更多水泥熟料,用作高性能混凝土。
其他如粉煤灰、砖灰、沸石岩、稻壳灰等活性细掺料均有利于混凝土性能的提高和经济效益。现在国内正大力开发节能水泥、碱—矿渣水泥,低需水量水泥等,也将取得巨大的社会、经济与环境效益。
2)集料。集料质量对混凝土的性能与经济十分重要,我国混凝土质量不高、不稳定,影响工程质量与安全使用,这与集料的现状有一定的关系。我国除少数大工地与大城市外,均以分散无计划开采为主。
优良天然集料来源日蹙,资源浪费,环境破坏。因此必须重视集料的计划生产加强质量控制与供应工作。否则要普遍提高混凝土工程质量与水平是不可能的。我国碱活性集料分布范围较大,水泥含碱量也高,必须检验集料碱活性,及早预防碱集料反应的破坏,对于轻集料、人工集料,再生集料以及海砂利用也应重视。
3)外加剂。半个世纪以来,外加剂用得愈来愈普遍,我国在解放初即创造引气剂与减水剂。到如今已发展到20类几百个品种的外加剂。主要有减水剂系列、泵送剂、速凝剂、早强剂、缓凝剂、防冻剂、膨胀剂、防水剂、阻锈剂、引气剂、消泡剂、着色剂等等。
在混凝土应用中,减水剂尤为重要,减水剂又分为普通型和高效型,高效减水剂具有以下特性:
1)减水率高,可减水18%~20%。
2)减少坍落度损失。
3)在保持强度恒定值时,则能节约水泥10%以上。
4)不含氯离子,对钢筋无锈蚀作用。
关键词:碾压混凝土;碾压混凝土坝;施工工艺
1.碾压混凝土技术
碾压混凝土技术是采用类似土石方填筑施工工艺,将干硬性混凝土用振动碾压实的一种新的混凝土施工技术。在混凝土大坝施工中采用这种技术,突破了传统的混凝土大坝柱状法浇筑对大坝浇筑速度的限制,具有施工程序简化、机械化程度高、缩短工期、节省投资等优点[1]。
2.碾压混凝土施工工艺
碾压混凝土施工普遍采用了通仓薄层碾压连续上升的施工工艺。所采用的仓面平仓机、切缝机、振动碾、仓面吊及喷雾机、预埋冷却水管的材料和方法、预埋件的施工工艺等也随着碾压混凝土施工技术发展而发展,设备性能均能保证高强度连续碾压施工。
2.1摊铺及平仓、碾压工艺
碾压混凝土摊铺一般采用自卸汽车卸料,推土机或平仓机进行平仓摊铺。为减轻骨料分离,采用叠压式卸料和串链摊铺法,对局部出现的骨料分离,辅以人工散料处理,取得了较好效果。
2.2薄层碾压连续上升施工工艺
大朝山水电站上游碾压混凝土拱围堰施工时,采用连续上升的工艺,最大浇筑升层达21m,在两个月施工期内拱围堰全线升高40.5m,满足了安全渡汛的需要。三峡三期工程上游围堰堰高121m,仅4个月完成了110万m3碾压混凝土施工,充分体现了碾压混凝土快速施工的优势。索风营工程采用分块连续上升工艺,设计配制了符合碾压混凝土连续浇筑特性的连续翻升模板及下游面台阶模板,采取分块平层连续上升的方式进行大坝碾压混凝土浇筑,创下了在主体大坝中连续上升31m的记录[2],其后大花水拱坝施工又创下了连续上升34.5m的新记录,说明了在确保模板工艺、混凝土入仓、温控技术及施工措施得当的情况下,可以进行碾压混凝土快速施工,保证施工质量,缩短工程的建设周期,节约工程投资。
2.3新的诱导缝、横缝成缝方式,更有利于碾压混凝土的快速施工
成缝方式:碾压混凝土重力坝一般采用切缝机成缝或预埋分缝板成缝等。诱导缝成缝方式:普定等工程的诱导缝是采用诱导板成对埋设的方式形成,存在要挖槽埋设和不好固定的问题。为克服这些缺点,结合沙牌碾压混凝土拱坝开展的诱导缝成缝机理,我们在沙牌碾压混凝土施工中采用了重力式的混凝土预制件型式,诱导缝预制件成对埋设,并设有重复灌浆系统;同时沙牌拱坝横缝也采用了重力式混凝土预制件,外形与诱导缝预制件稍有区别,且因横缝灌浆的需要,每一条横缝由4种不同的预制件组成。这种新的成缝形式比普定等工程有了较大改进,安装更简单方便,且结构更可靠,由于构造轻巧,适合人工进行安装,已推广应用于国内招徕河、大花水等工程。
2.4变态混凝土使用范围扩大到了岸坡建基面,进一步简化了施工,加快了进度
变态混凝土是在碾压混凝土拌和物中铺洒一定量的水泥粉煤灰净浆,用振捣器振捣密实的混凝土。在"八·五"攻关的普定碾压混凝土拱坝施工中,已成功地将变态混凝土应用于振动碾碾压不到的死角及模板周边,为了进一步发挥变态混凝土的作用,在沙牌大坝的施工中,结合"九·五"攻关项目的研究,已成功地将与两岸岸坡基岩面接触的垫层混凝土和坝面上所需的常态混凝土绝大部分改用变态混凝土代替,整个大坝除了河床部位坝基垫层以及廊道底板为常态混凝土外,均不再浇筑常态混凝土。
2.5垫层混凝土施工优化
早期大部分碾压混凝土坝垫层混凝土一般采用常态混凝土浇筑,需配置专门垂直运输设备进行常态混凝土分块跳仓浇筑,通过施工实践和研究,目前已经常用在基岩水平面上浇筑找平层后,直接浇筑碾压混凝土,采用碾压混凝土替代垫层常态混凝土,不仅有利于加快施工,同时也利于坝基强约束区混凝土温度控制。
2.6重复灌浆系统研究应用
碾压混凝土拱坝在蓄水时一般尚没达到稳定温度,但为使拱坝成为整体受力,就需对横缝或诱导缝进行灌浆。但随着坝体温度的下降,坝体收缩有可能使已灌浆的缝面重新拉开,故需进行第二次(或多次重复)灌浆。普定和温泉堡等碾压混凝土拱坝均采用预埋两套灌浆管路的办法来实现两次灌浆。沙牌拱坝施工中,结合沙牌碾压混凝土拱坝开展的诱导缝成缝机理、缝面构造尤其是拱坝接缝的重复灌浆技术的研究有了关键性的突破,解决了碾压混凝土拱坝重复灌浆的技术难题。由于沙牌大坝诱导缝采用重力式预制件成缝,所以灌浆管路及排气管的埋设十分方便,采用了更为先进的单回路重复灌浆系统,可实现大坝的多次重复灌浆。单回路重复灌浆系统具有构造简单,造价低,安装容易,可实现多次重复灌浆的特点,是碾压混凝土拱坝接缝灌浆技术的重大突破,该成果填补了国内空白,达到了国际领先水平,并已推广应用到国内其它拱坝工程[3]。
2.7模板
模板是能否确保碾压混凝土连续上升的关键之一。碾压混凝土施工模板普遍采用了在普定拱坝成功采用的可上下交替上升的全悬臂钢模板型式,其上、下两块面板可脱开互换,交替上升,满足了坝体快速施工要求。在大朝山和沙牌、索风营、彭水、大花水等工程施工中,又在其基础上进行了不断改进和优化,同时在部分工程坝体碾压混凝土连续上升过程中,采用连续上升式台阶模板,使溢流消能台阶一次浇筑成型。索风营工程采用分块连续上升工艺,设计符合碾压混凝土连续浇筑特性的连续翻升模板及下游面连续上升式台阶模板,采取分块平层连续上升的方式进行大坝碾压混凝土浇筑,创下了在主体大坝中连续上升31m的记录。针对坝体体形复杂、曲率变化大的特点,招徕河拱坝工程施工中专门研制了收缝式双向可调节连续翻升模板,为坝体快速施工创造了条件。
3.研究展望
随着我国各项科研工作的深入、设计理论的完善、施工方法的改进,碾压混凝土筑坝技术取得了飞快的发展。就当前国内已建和在建工程而言,结合我国气候特征及当前研究成果,仍有一些问题需要深入研究探索,部分工程技术问题需要解决。
①碾压混凝土裂缝是一个普遍性问题。在确定气温、大气相对湿度、风速及太阳辐射等条件下,研究裂缝开展机理、发展规律及相应的解决方法将是未来的研究内容;此外由于碾压混凝土坝的独特施工方法,层间接触面是坝体的薄弱环节,层间裂缝及渗水是关键问题,应从材料研究入手,解决新型材料、新老材料层面的粘结性、防渗性问题[4]。
②针对严寒干旱地区的气候条件及寒冷干旱地区碾压混凝土坝特殊的施工方法,研究其温度场及温度应力的时空分布变化规律,就干旱条件下水分散失理论进行深入研究,以确定现场碾压混凝土的各项指标(VC值、水胶比及单位用浆量等)满足实验室的设计要求。
③目前对碾压混凝土坝施工期及运行期的温度、徐变应力仿真计算研究的框架己基本建立,但仿真计算参数的选取存在不稳定性,尚待深入研究。
解决上述问题能为我国已建、在建碾压混凝土工程提供可靠的理论支持和技术保障,是推动碾压混凝土筑坝技术发展的重要内容。
参考文献
[1]苏勇.我国碾压混凝土筑坝技术的发展及碾压拱坝设计技术[C].中国水力发电工程学会碾压混凝土专业委员会.2004全国RCCD筑坝技术交流会议论文集,2004.
[2]李春敏.碾压混凝土坝筑坝技术综述[J].中国水利,2004.
关键词:混凝土;裂缝;干缩;收缩;骨料;水灰比;硬化;添加剂
1.引言
大体积混凝土由于水泥凝结硬化过程中释放出大量的水化热,形成较大的内外温差,当温差较大超过25℃时,混凝土内部的温度应力有可能超过混凝土的极限抗拉强度从而产生温度裂缝,同时混凝土降温阶段如果降温过快,由于厚板收缩,又受到强大的摩阻力,可能导致收缩贯穿裂缝。此外,混凝土本身的收缩也可能造成裂缝的产生。因此大体积混凝土存在的主要问题是裂缝的控制。
2.大体积混凝土的概念
目前国内对于大体积混凝土尚无一个明确的定义。我国有的规范认为,当基础边长大于20m,厚度大于1m,体积大于400m3时称大体积混凝土;有的则认为混凝土结构物实体最小尺寸等于或大于1m,或预计会因水泥水化热引起混凝土内外温差过大,导致裂缝的混凝土为大体积混凝土。
3.大体积混凝土的主要类型
目前主要根据混凝土的种类和要求的性能进行分类。按照混凝土种类主要分为不含钢筋的素混凝土、含钢筋的钢筋混凝土或掺入钢纤维的钢纤维混凝土;按照要求的性能主要分为干硬性混凝土、低流态混凝土、高流态混凝土和常态混凝土等。
4.大体积混凝土的特点及施工技术要求
大体积混凝土结构厚、体形大、钢筋密、一次浇注量大、施工时间长、施工工艺要求高、受环境影响大,浇注完毕后,由于体积过大,造成混凝土水化热大,温度场梯度大,混凝土“内热外冷”极易产生裂缝。工程实践证明,大体积混凝土施工难度比较大,混凝土产生裂缝的机率较多。
5.大体积混凝土裂缝的主要类型
5.1干缩裂缝
混凝土干缩主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性质和用量、外加剂的用量等有关。是混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果:混凝土受外部条件的影响,表面水分损失过快,变形较大,内部湿度变化较小变形较小,较大的表面干缩变形受到混凝土内部约束,产生较大拉应力而产生裂缝。
5.2塑性收缩裂缝
塑性收缩裂缝一般在干热或大风天气出现,裂缝多呈中间宽、两端细,且长短不一,互不连贯状态。常发生在混凝土板或比表面积较大的墙面上,较短的裂缝一般长20~30cm,较长的裂缝可达2~3m,宽1~5mm.从外观分为无规则网络状和稍有规则的斜纹状或反映出混凝土布筋情况和混凝土构件截面变化等规则的形状,深度一般3~10cm,通常延伸不到混凝土板的边缘。
5.3沉陷裂缝
沉陷裂缝的产生是由于结构地基土质不匀、松软,或回填土不实或浸水而造成不均匀沉降所致。或者因为模板刚度不足,模板支撑间距过大或支撑底部松动等导致混凝土出现沉陷裂缝。特别是在冬季,模板支撑在冻土上,冻土化冻后产生不均匀沉降,致使混凝土结构产生裂缝。
5.4温度裂缝
温度裂缝多发生在大体积混凝土表面或温差变化较大地区的混凝土结构中。混凝土浇注后,在硬化过程中,水泥水化产生大量的水化热。由于混凝土的体积较大,大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发,导致内部温度急剧上升。而混凝土表面散热较快,这样就形成内外的较大温差。较大的温差造成混凝土内部与外部热胀冷缩的程度不同,使混凝土表面产生一定的拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时,混凝土表面就会产生裂缝,这种裂缝多发生在混凝土施工中后期。
6.大体积混凝土裂缝的材料控制技术
6.1水泥的合理选取
优先选用收缩小的或具有微膨胀性的水泥。因为这种水泥在水化膨胀期(1~5d)可产生一定的预压应力,而在水化后期预压应力部分抵消温度徐变应力,减少混凝土内的拉应力,提高混凝土的抗裂能力。
6.2骨料的合理选取
选择线膨胀系数小、岩石弹性模量低、表面清洁无弱包裹层、级配良好的骨料,这样可以获得较小的空隙率及表面积,从而减少水泥的用量,降低水化热,减少干缩,减小了混凝土裂缝的开展。
6.3尽可能减少水的用量
水对混凝土具有双重作用,水化反应离不开水的存在,但多余水贮存于混凝土体内,不仅会对混凝土的凝胶体结构和骨料与凝胶体间的界面过度区相的结构发展带来影响,而且一旦这些水分损失后,凝胶体体积会收缩,如果收缩产生的内应力超过界面过度区相的抗力,就有可能在此界面区产生微裂缝,降低混凝土内部抵抗拉应力的能力。再者,大体积混凝土一般强度都不是很高。
7.混凝土凝结硬化过程的控制
宏观上,硬化混凝土在约束条件下,收缩变形会产生弹性拉应力,拉应力的近似值最初可假定为杨氏模量和变形的乘积,当诱导拉应力超过混凝土的抗拉强度时,混凝土材料就会开裂。但事实上,由于混凝土是一种兼具粘性和延展性(徐变)的复杂相组成的非均质材料,一些应力被徐变松弛所释放,混凝土是否产生裂缝是徐变应力松弛后的残余应力所决定。
8.外加剂与掺合材料的控制
8.1粉煤灰
混凝土中掺用粉煤灰后,可提高混凝土的抗渗性、耐久性,减少收缩,降低胶凝材料体系的水化热,提高混凝土的抗拉强度,抑制碱集料反应,减少新拌混凝土的泌水等。这些诸多好处均将有利于提高混凝土的抗裂性能。但是同时会显着降低混凝土的早期强度,对抗裂不利。试验表明,当粉煤灰取代率超过20%时,对混凝土早期强度影响较大,对于抗裂尤其不利。
8.2硅粉
(1)抗冻性:微硅粉在经过300~500次快速冻解循环,相对弹性模量隆低10~20%,而普通混凝土通过25~50次循环,相对弹性模量隆低为30~73%.(2)早强性:微硅粉混凝土使诱导期缩短,具有早强的特性。(3)抗冲磨、控空蚀性:微硅粉混凝土比普通混凝土抗冲磨能力提高0.5~2.5倍,抗空蚀能力提高3~16倍。
8.3减水剂
缓凝高效减水剂能够提高混凝土的抗拉强度,并对减少混凝土单位用水量和胶凝材料用量,改善新拌混凝土的工作度,提高硬化混凝土的力学、热学、变形等性能起着极为重要的作用。
8.4引气剂
引气剂除了能显着提高混凝土抗冻融循环和抗侵蚀环境的能力外,能显着降低新拌混凝土的泌水,提高混凝土的工作度,降低混凝土的弹性模量,优化混凝土体内微观结构,提高混凝土的抗冻性能。
9.结语
大体积混凝土结构裂缝的发生是由多种因素引起的。各类裂缝产生的主要影响因素有几种:一是结构型裂缝,由外荷载引起的。二是材料型裂缝,主要由温度应力和混凝土的收缩引起的。目前控制和解决的重点是温度应力引起的混凝土裂缝。
参考文献:
1.1导流方案设计
导流施工包括导、截、拦、蓄、泄一系列环节,需遵循一定的流程。施工前通常要设计导流方案,在接到工程建设通知后,先综合经济技术指标加以考虑,对比多种方案,选出最佳的一种。若是进行一次性拦截导流,需涉及明渠、涵管等施工方式。所有工作结束后,还要对基坑进行全面检查,以确保基坑没有质量问题;若是采用分期导流的方式,需要考虑如何划分工期、如何分段,以及各段的施工顺序等问题,并制定应急方案以解决突发问题。包括导流之后的建设方法也是考虑的重点。确定大致方案后,需结合实际条件、工程要求加以优化,做更深一步地考虑。主要包括方案的可行性研究、施工所用设备、人力物力资源、建设成本、社会经济效益等。如果有必要,还需根据方案建立起相应的模型,经多次论证后给出最终方案。
1.2导流条件分析
导流工作对水利施工非常重要,需综合多方面因素加以考虑。首先是地形地质,施工现场可能是平原、也可能在山区或丘陵,地形不同,导流方式也有所差异。平原地带多选择明渠或分期导流的方式,如松嫩平原等地;山区施工则应根据地形具体考虑,如秦岭使用隧洞导流比较合适。其次是水文条件,导流主要是对河流进行拦截引导,所以水流量、水流速度、泥沙含量及混合液等都应纳入考虑范围。夏季多数地方都是雨季,降水丰富,会使得河流水量增加,在河道较狭窄处,极易出现河水淹没基坑的情况。泥沙含量较大又容易使基坑变浅,进而影响到施工进度。此时排水较为关键,多选择河床、明渠等排水方式,尽量不要选择涵管或隧洞排水;此外还要考虑枢纽因素,不同的枢纽类型,相对应的导流方式也不同。一般而言,混凝土枢纽多选择分期导流,但在土坝施工中不太适用,土坝在水流的冲击下容易被毁,所以多选择拦截导流方式。如果是高水头水利枢纽,尽量分区分段进行导流,先采用隧洞倒流的方式,然后利用泄水孔,最终促进工程顺利完成。
2水利施工中的混凝土运输
混凝土是水利施工中不可或缺的材料,随着对水利工程要求的提升,对混凝土也提出了更高的要求。混凝土施工多经过搅拌配置、运输、施工几个环节,运输则是指从配置点将混凝土运至仓面。
2.1运输条件
混凝土在搅拌后通常需要立刻运至施工现场,若在途中发生质变、分离等情况,必将会影响到施工质量。所以要重视混凝土的运输,以保证混凝土质量。在运输中须确保容器的严密性,内壁要光滑平整,不能粘附太多的混凝土,应方便清洗;运输要具有连续性,尽量不要中断,否则可能会错过施工的最佳时机;运输道路要平坦,如果颠簸太过严重,极易出现离析现象。另外还需注意一些事项,搅拌后待混凝土完全凝固方可运输,到达现场卸载时,高度不得超过2m,否则易破坏混凝土的稳定性。而且在卸载时,应保持出口通地面的垂直状。
2.2运输方式
混凝土搅拌好后运往施工现场多为水平运输,包括混凝土泵、汽车、皮带机、搅拌运输车等。在运至现场后还需利用缆机、塔机等将混凝土运至指定地点,多为垂直运输。运输类型和运输方式不同,在工具选择方面有所差异,应根据实际情况而定。汽车运输和机车运输较为常见,前者比较灵活,为避免出现分离现象,对运输距离和坍落度都有一定的要求。运输距离不超过1.5Km、坍落度不超过5cm时。工程量较大时,要考虑经济性,可选用机车运输,无需过多的设备,作业效率较高,而且成本低、具有良好的适应性,在实际中有着广泛应用。
3实例分析导流和混凝土运输技术在水利施工中的应用
3.1工程实例
某工程为库内取水工程,坝址附近地貌属典型的河谷地貌,断面呈“U”形,河床底宽116m,开口宽335m,右岸有残存一级堆积阶地发育,地形总体较平坦,微向河床倾斜。本流域的洪水是由暴雨形成的,暴雨多发生6月~9月,而7月中上旬到8月下旬一般是暴雨最为活跃的多发季节。本地区暴雨特点是面积小、强度大、历时短。由于本流域下垫面为沙土丘陵区,遇到小雨时基本不产流,遇到大暴雨时,汇流速度快,历时短,洪水陡涨陡落,一次洪水历时最多不超过24h。
3.2施工导流
结合实际情况,从水库抽水下排的方式为:将离心泵站设在坝肩一侧,从水库内抽水翻越坝顶排至下游河道;离心泵站由两台IS150-125-250型单极单吸式离心泵组成。关于挡水建筑物的设计,根据地勘所进行的区域地质调查,勘察区及与其相近区均无符合坝体防渗要求的天然土料,因此设计采用编织袋内装粉细沙土来填筑堰体,防渗土工膜做防渗心墙的形式;上下游边坡为1∶1.5,考虑交通及抢险,围堰顶宽取7.0m。经计算,考虑波浪爬高和安全超高后的围堰顶高程为1029.3m。
3.3混凝土运输
该工程所需混凝土总量为0.94万立方米,主要集中在岸边泵站。运输时选择的是机车运输,确保混凝土在搅拌凝结后及时运至现场,路面平坦干燥,没有大幅的颠簸。最终混凝土在质量安全的前提下,及时运到现场,使得施工工作顺利完成。
4结束语
将该工程现浇混凝土空心楼盖作为方案一;将传统的梁柱现浇混凝土楼盖作为方案二,即采用200mm厚的楼板,用刚度换算法采用300×600mm的主梁,在分析单元中间加入尺寸为250×400mm的次梁,柱子截面尺寸为600×600mm,为了对比方便梁柱混凝土等级、钢筋等级与方案一相同;方案三为预应力楼盖,板厚200mm,预应力钢绞线标准强度为1500N/mm2,用刚度换算法采用250×500mm的主梁,同样在分析单元中间加入尺寸为250×400mm的次梁,柱子截面尺寸为600×600mm,混凝土等级、非预应力钢筋等级与方案一相同(见表1)。
2对各方案材料消耗、工程造价和工期进行分析对比
本文取一跨标准8100×8100mm的柱间尺寸作为分析单元,从材料消耗量、造价成本和工期三方面进行分析。楼盖、框架梁柱的设计方案依据设计要求及规范重新确定各个构件的尺寸、混凝土强度、配筋,然后算量统计材料消耗量。设计过程中,荷载取值依据文献,造价成本依据文献计算,设计方法依据全学友、孙会郎[5]两位学者的方法。在方案三中的造价分析中,底板看做预应力混凝土板计算,结构设计采用PKPM完成。各个方案三方面的分析结果见表2、表3。(1)三个方案的混凝土使用量基本相等。方案二的钢筋使用量最多,方案三与方案一相比,由于采用预应力施工技术,节约了一定的钢筋,但是其施工中造成的工期延长和人工费的影响使其工程造价与方案一相比反而增加23.15元/㎡。(2)方案二中采用的传统梁板结构体系使其模板费用相对于其它两个方案而言增加了48%。因为方案一、三采用的平板模板体系在施工中减少了模板损耗,减少了支、拆模人工费用等。另外,方案一、三采用的平板模板体系不仅在安装方面使得管线布置灵活、顺直通畅,而且在一定程度上还节约安装中的人工费、材料费。根据工程统计,可节约管线安装成本不少于5%。(3)方案一与方案二、三比较,增加的最大一笔开支是筒芯,占总造价的10%左右,所以筒芯的价格决定了空心楼盖的经济性,如能够降低筒芯的成本将有利于空心楼盖技术的推广。该工程采用聚苯泡沫填充条空心楼盖,相对于其它传统的空心楼盖具有密度小、自重轻、不易变形损坏、吸水率低、表面光滑的特点,有利于安装运输,以及发挥混凝土的流动性。另外,工程的统计结果表明,采用该填充条技术在筒芯造价方面节约了30%以上。所以如果在工程中使用得当能够带来良好的经济效益。(4)方案三采用的预应力结构体系其工程造价高于方案二,却低于方案一。经过对该工程组成成本分析和其他类似工程项目的统计和对比,认为预应力结构体系适用于更大跨度的工程(≥20m),其经济性才具有明显的优势。因为预应力施工中增加的设备、锚具、预应力钢筋、工期的费用对总成本的影响不容忽视。(5)经过与其它同类型工程的比较和分析以后,在工期方面,采用方案一将比方案二提前2-4周,方案三却比方案二滞后1-2周。综合得出,方案一在缩短工期方面具有很大的优势。缩短施工工期必然减少工程造价,给投资者带来巨大的间接收益。
3综合经济成本分析
多篇文献对空心板的成本优势进行过分析,例如杨振宇、傅礼铭就从结构尺寸优化和建筑功能提升两个方面进行了分析,主要优势如图3。在本文的方案比选过程中,另外还注意到空心板的内置空腔使得在少量增加或不增加混凝土用量的情况下使得板的厚度大幅度提高,这对于板的抗弯能力有着巨大的作用,而空心板和内置暗梁的协同作用使得梁板同体,共同承担较大甚至巨大的载荷,在优化梁板结构内力的同时,降低对抵抗内力所增加材料的投入,并且内力的优化使得在裂缝控制方面投入的费用也相应减少,这对于人防工程及地下车库有较大的经济效应。
4结语及思考
关键词:轻集料混凝土人造轻集料绿色轻集料新性能轻集料
我国的轻集料混凝土技术经历了半个多世纪的发展,取得了可喜的成绩,也存在不少令人焦虑的问题。在这新世纪刚来临之际,回顾过去,展望未来,将使我们更加振奋精神去迎接新的世纪。
1.20世纪回顾
1.1从无到有,建立了自己了轻集料技术发展体系
轻集料品种繁多,原材料来源复杂。各国根据自己的特点,都有自己发展轻集料技术的一套办法。我国各种轻集料的资源非常丰富,天然轻集料、工业废料轻集料和人造轻集料的原材料比比皆是。受资金和技术等条件的限制,在20世纪80年代前我们着重于天然和工业废料轻集料的开发和应用,当然也十分重视人造轻集料生产技术的研究。
由于天然和工业废料轻集料性能有一定局限性,且随着轻集料在工程中应用水平的日益提高,经过长期研究和摸索,至今我国已基本形成一个以地方资源(页岩和粘土)及某些工业废料(粉煤灰)为主要原材料,以回转窑为主要生产设备的人造轻集料的生产体系,为今后轻集料生产与应用技术的大发展奠定了良好基础。
1.2生产和应用技术发展到一定水平
轻集料及其混凝土的生产与应用技术在上世纪50年代前一无所有。虽然,从50年代中期开始,对轻集料混凝土的研究与应用已逐步展开,人造轻集料的研制及其在保温绝热墙体中的应用已受到重视。但生产和应用水平都是很低的。到70年代末,80年代初,人造轻集料的年产量长期徘徊在40万方立米左右;最高强度标号为300#的轻集料混凝土在工程上应用还很少。
但随着我国国民经济和科研工作的深入发展,至90年末人造轻集料的年产量已迅速发展到300多万立方米,且在应用水平上也有显著提高。以应用量达80%以上的轻集料混凝土小砌块墙体来说,由于超轻陶粒的普遍推广,其保温性能都大大优于80年代以前的水平。虽然,这个时期结构轻集料混凝土的生产与应用,在总量比例方面看是下降了,但其应用水平却大大提高了。CL30-CL40的高强轻集料混凝土已在高层、大跨的土木工程中较多的应用了。现在CL50以上的高强、高性能轻集料混凝土的研究开发已经起动。
1.3在大量科研基础上,标准化体系已基本建立
与普通混凝土不同,轻集料的多孔性给其混凝土及结构的技术性能带来诸多的特殊性。从上世纪70年代末开始,在国家有关部、委的积极支持下,对我国各地区的各种轻集料及其混凝土的各种技术性能和构性的基本性能进行全面系统的试验研究,同时,对60年代以来,我国轻集料混凝土在工业与民用建筑、桥梁等工程中的应用,重点进行了调查研究,并在此基础上编制了相应的技术标准和规程、规范。
到80年代末已初步形成了从原材料到混凝土材料及结构设计、施工所必要的标准化体系。其中,有的已在90年代又进行了修编,使之更为完善。
近年琰,尚缺的轻集料混凝土在桥梁中的应用技术规程,也在各有关单位的大力支持下,正在加紧编制。
2、主要问题和差距
2.1轻集料产量仍然很低
据资料介绍,上世纪70年代,一些发达国家轻集料生产与应用正处于颠峰期。美国年产量曾达2300万立方米,80年代末原苏联则迅速发展到5000多万立方米,其中人造轻集料约占85%。到90年代末,美、苏和欧州一些国家,由于能源、环保及工程建筑饱和等因素的影响,轻集料的产量基本上不增长,有的则大幅下降。例如,苏联解体,经济大幅度下滑,很多轻集料生产厂纷纷关闭。目前,除俄罗斯及独联体各国的年产量尚无据可查外,据介绍,日本国产仅约100万立方米,英国年用量约为250万立方米,美国从1993-1998年的年产量则约为500-550万立方米。
虽然,我国人造轻集料的生产早已摆脱低产量、长期徘徊的阴影,目前正处在上升发展时期。但作炎一个拥有13亿人口且国民经济建设正在迅速发展的大国来说,年产300万立方米的轻集料确是太少了。很多地区早已发现,很多工程建设需要轻质高强的人造轻集料,由于找不到生产厂家,或由于有的厂家不能连续大量供货,需要从外地(或国外)购入,增加造价,或由于质量不能满足使用要求,而无法采用。
显然,这个问题已经成了当前影响轻集料混凝土应用技术迅速发展的主要障碍。
2.2工艺设备落后
在人造轻集料生产工艺和设备的研制方面,虽然早已解决了超轻陶粒和高强陶粒的生产和质量问题,但与国外相比,在工艺和设备方面差距却是较大的。我们的陶粒厂不仅生产规模小,产量低,而且能耗大,污染严重,设备简陋。早在上世纪70年代,国外的人造轻集料生产厂已向大型化方向发展。现在一些年产50-100万立方米的陶粒厂已屡见不鲜,而我们年产5万立方米以上的陶粒厂在全部陶粒厂中仅占10%左右。
对90年代以前引进的一些新的生产工艺,如窑内成球工艺,未能及时跟踪研究,消化吸收,为我所用。对致使这种既节能,成本也较低的新工艺,至今未能在我国开花结果。
对90年代以来的一些新工艺,包括无胶结料的全粉煤灰轻集料,不吸水或吸水很少的高性能轻集料,以及人造轻集料生产的大型化和全自动化等的研究,都还未能引起普遍关注,真正列入我们的议事日程。
另外,对诸如节约能源的非煅烧粉煤灰轻集料的生产与应用的研究,在我国起步并不晚,但因存在一些问题,未能继续深入研究,而几乎束之高阁,至今没有突破性的新进展。
2.3新技术研究进展缓慢
假如说,我们承认陶粒生产工艺与设备方面与国外存在着较大差距;那么,更应该承认,在轻集料新品种,新技术有研究与应用方面差距更大了。
长期以来,我国的轻集料混凝土主要在一般工业与民用房屋建筑中应用,且较多是用在小砌块和条板的墙体中。在高层建筑和大跨度的桥梁中应用则很少。
虽然,现在,也能配制出抗压强度达70Mpa的结构轻集料混凝土,但在工程中实际只用到CL40。在桥梁工程中的应用近几年虽有所突破,最大跨度仅达35m。全用轻集料混凝土的工程(包括桥梁、桥面板、承台、桥墩、基础)和在旧桥改造中(修复、加固、加宽等)应用仍然很少。在采油平台,水上漂浮物,船坞等特殊工程中应用更未见有所突破。
高强轻集料新品种、高性能轻集料的研制和应用进展缓慢。在工程施工中,混凝土的浇灌技术,大量仍采用常规的方法,泵送混凝土技术应用很少,尚未能适应现代化施工的要求。
3、新世纪展望
3.1总的目标
毫无疑义,必须考虑的一个重要问题,是我们不能再像以前那样,关起门来,考虑我们自己的事了。和其它行业一样,在加WTO以后,我们建筑业市场将更加开放,轻集料行业也将面临着与国外同行在各方面的竞争。
因此,我们应该在已经取得成就的基础上,充分发挥我们的优势,保持或超过以前每年平均增长20%的发展速度,争取在21世纪,用10-15年时间,使我国轻集料及轻集料混凝土技术赶上或超过发达国家曾达到最高发展水平。
3.2机遇和条件
我国的工程建设持续发展和加入WTO是前所未有的机遇。我们要很好把握这个时机,可能给我国的轻集料工业带来比以前更高的发展速度。
这个机遇给我们带来至少如下三个有利条件:
⑴资金条件—资金是事业发展的重要条件之一。以前我们的发展只能靠国家投资一条路子,现在路子更多了。国内一些有远见的企业家已经看准了这块尚未被人完全认识和开发的处女地——轻集料市场,有的已开始行动。国外有一些企业家也正跃跃欲试,谈合作、谈投资、谈技术转让、谈建厂的越来越多。可预见,不久的将来,投资的热潮是会到来的。
⑵技术条件—如前所述,经过半个世纪的努力,我们取得的成绩和经验,已为我们今后的大发展奠定了良好基础。加入WTO后,国外轻集料生产与应用的一些新技术,也会直接进入我国的市场,这对我国轻集料技术的发展将有更大的促进。这几年,美国林-杨公司的介入已经可以充分说明这个问题。
⑶市场条件—国内外大量的工程实践已经证明,轻集料混凝土是一种比普通混凝土具有更优越性能和更高经济价值的一种新型建筑材料。但由于种种原因特别是人的保守思想,严重阻碍着它的应用市场的发展。加入WTO后,国外轻集畔混凝土技术的应用于经验对扩大我国这方面的市场,必将有更大的促进。更大的撞开这个市场的大门,我国轻集料工业一定会有更大的发展。
3.3可能的发展途径
这种新的机遇和发展条件下,面对我国蓬勃发展的工程建设,20世纪70年代出现在发达国家的轻集料混凝土技术大发展问题,在进入21世纪的初期必将在我国出现。基于这个看法,我们预计:
⑴轻集料品种的结构组成将有较大变化。
·天然轻集料产量将大幅度降低;
·以粉煤灰、尾矿粉和河川污泥为主要原料的绿色轻集料将大量推广应用;
·高强度比、低吸水率的高性能轻集料将完成研究开发到应用的全过程;
·绿色超轻陶粒将成为生产量最大的人造轻集料;
·绿色破啐型高强度高性能陶粒将投入生产;
·非煅烧粉煤灰轻集料将成为轻集料族的正式成员;
·15-20年后,我国人造轻集料的年产量将达5000万立方米以上,居世界首位;
·人造轻集料的成本将大幅度降低。
⑵轻集料生产工艺设备有新的发展
·原材料的微米磨细技术和无胶结料陶粒成球技术得到推广应用;
·破碎型陶粒的破碎新技术得到广泛应用;
·利用化学工业废料加工成的节能燃料将成功开发、应用;
·单机年产量为10-20万立方米的多功能陶粒生产设备将重点发展;
·陶粒生产设备向自动化、无污染的方向发展取得显著成绩。
⑶轻集料混凝土及其应用技术迅速发展
·一般强度等级的结构轻集料混凝土将高性能化;
·CL40以上的高强性能陶粒混凝土广泛应用;
·结构轻集料混凝土泵送施工将普及;
·绿色超轻陶粒混凝土小砌块和轻质条板在墙改材料将占主导地位;
·结构轻集料混凝土在多、高层房屋建筑(含钢结构)的楼板、墙体工程中较多应用;
·高强、高性能轻集料混凝土在桥梁工程(含立交桥、高架桥)中更多地应用;特别是在旧桥的改造、修补、加固和扩建中应用将更为广泛;
·高性能陶粒混凝土在采油平台、水上漂浮物、船坞等特殊工程中已较多应用。
⑷轻集料混凝土技术的科研、设计及标准化工作进一步深化
·大专院校成了轻集料及其混凝土技术科学研究的主导力量;
1.1低温造成的混凝土冰冻破坏
(1)温度会影响混凝土中的水份结构,温度过低会导致混凝土中的水份凝结,从而使内部结构的体积变大,从而产生过大的膨胀压力。当结构中的水份完全结冰后,则影响混凝土强度的变化,因此,冬季混凝土工程施工过程中,必须注意混凝土中水份结冰产生的冻胀压力要大于其应力。
(2)混凝土中的水份在结冰以后,很容易降低水泥与钢筋之间的粘结度,一旦温度升高,冰融化成水份后,这样,又会使混凝土的强度和耐久性遭到破坏。
1.2除冰盐的加入对钢筋的锈蚀
道桥钢筋混凝土冬期施工时,要顺利完成混凝土的水化过程,经常采取参入外加剂的方法,最常见的防冻剂是氯盐。氯盐融入混凝土后,时间久了,很容易造成混凝土裂缝、脱落等现象,大大影响了钢筋的承载力,从而导致建筑结构出现安全隐患,影响用户的生命健康安全。另外,氯盐的含量如超过标准值,会使钢筋产生腐蚀的现象,从而降低建筑结构的安全性和稳定性。
1.3大体积混凝土的温度裂缝
大体积的混凝土结构很容易受到温度的影响而发生结构变形和内部结构裂缝的现象,大体积混凝土施工过程中,因为水化热导致混凝土温度发生剧变,因而引发温度裂缝,可见避免和降低温度裂缝的发生,是降低混凝土结构产生裂缝现象的关键。当入模温度过大,混凝土内部的温度梯度与应力成正比,因此当温度应力升高时,很容易产生裂缝,从而影响建筑物的性能。可见,混凝土冬期施工过程中,必须重点处理好以下工作:要使混凝土的养护龄期明确并且尽量缩短,符合混凝土的临界抗冻强度。防止因防冻剂掺入等施工技术不合理产生钢筋的腐蚀。避免大体积混凝土构件的浇注发生温度裂缝,从而符合混凝土后期的强度和耐久性的规定。
2混凝土冬期施工技术在道桥建设中的应用对策
2.1对原材料的质量控制要求
①冬期施工中配制混凝土用的水泥,应优先选用活性高、水化热大的硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。水泥的标号不应低于P.042.5,最少水泥用量不应少于300kg/m3。②拌制混凝土所采用的骨料保证清洁,不得含有冰雪冻结块等其它宜冻裂物质。在掺用含有钾、纳离子的防冻剂混凝土中,不得采用活性骨料或在骨料中混有这类物质的材料。混凝土原材料优先采用加热水的方法,当加热水不能满足要求时,再对骨料进行加热。水、骨料加热的最高温度应符合冬施规范要求。③严格控制混凝土的水灰比,水灰比不应大于0.6。④使用超早强剂效果明显,制作同条件试块3d试压强度达到30%,14d达到100%。
2.2混凝土搅拌的控制
混凝土冬期施工最重要的是保暖,因此,冬季施工尽量避免在露天进行混凝土的搅拌,可以搭建暖棚,同时使用大容量的搅拌设备,以达到搅拌过程中的热量控制。为了防止热量的流失,可以使用蒸汽或是热水清洗搅拌设备,同时,增加搅拌的时间,并注意原材料添加的顺序。添加的顺序为,砂石—水—水泥,保证混凝土搅拌后的温度大于10℃。
2.3混凝土运输过程温度控制
混凝土在运输这一环节中容易受到温度的影响,使其性能降低,因此,必须加强其运输过程中温度的有效控制,提高其使用的有效性。我们可以采取原材料就近购买的原则,从而缩短运输过程中所使用的时间,可以通过大容积的运输工具和有效的保温设备实现,使混凝土的入模温度至少高于5℃。
2.4混凝土浇筑中的质量控制
(1)对混凝土进行浇筑前,先对模板进行加热,应该使模板温度保持在5℃,对钢筋和模板上的冰雪和污垢进行清理,使混凝土的浇筑时间尽量缩短,避免更多的热量散失。对混凝土采取加热养护时,应该将混凝土养护前的温度控制在2℃以上。
(2)道桥混凝土冬期施工中,应用机械进行振捣时,要适当增加振捣的时间。
(3)冬期施工对接缝混凝土的处理,除符合一般的规定外,还要在新混凝土浇筑前,加热结合面,使其温度不低于5℃。
(4)混凝土现浇板上的后序工程要求:混凝土进行初凝后,才能进行后序施工,工程项目部的人员和监理人员现场决定施工时间,班组人员不接到施工通知不得进行下道工序的施工。
2.5混凝土浇筑中的温度控制措施
温度是冬季混凝土施工过程要注意的重要因素,必须加强对混凝土浇筑时间、保温、覆盖等方面的控制,从而提高混凝土施工的质量,提高建筑安全。
2.6混凝土浇筑后的温度控制
混凝土浇筑后的2d-3d内,是混凝土强度发展较快的时段,必须加强混凝土的保温,保证在混凝土的温度降至0℃前,其抗压强度不得低于抗冻临界强度。抗冻临界强度规定如下:硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥配制的混凝土,为设计的混凝土强度标准值的30%;矿渣硅酸盐水泥配制的混凝土,为设计的混凝土强度标准值的40%。如施工需要提高混凝土强度等级时,应按提高后的强度等级确定。
2.7混凝土的拆模
必须加强对冬季混凝土的拆模时间和温度的控制,严格按照拆模强度规定,同时保证混凝土符合冬季抗冻要求。一般指混凝土和环境的温差要小于15℃,当温差在10℃-15℃之间,应该拆除模板后在混凝土表面迅速采取覆盖措施,避免混凝土温度降低。
3结语
关键词:预应力混凝土;无粘结;预应力筋;施工
1前言
无粘结预应力是后张预应力混凝土的一种新的施工工艺,其做法在预应力丝束表面涂防腐涂料并用塑料管包裹后,如同普通钢筋-预先铺设在支好的模板内,然后浇筑混凝土,待达到强度后进行张锚固。由于其具有无需留孔与灌浆、孔道摩擦力小、预应力筋易形成跨度曲线、施工简便等优点,近年来得以推广并广泛应用,但其技术量高、专业性强、施工中如果质量控制不严,易造成结构隐患,影响结构安全,在施工中应采取质量控制措施。
2工程概况
某出版基地科技文化活动中心-康乐中心,康乐中心共三层,一层层高5m,二层4.5m,三层6m,局部4.5m和7m。建筑物最高点19.1m,室外地坪最低标高-0.6m。康乐中心建筑物长度88.15m,宽度48.575m。各层建筑面积分别为:一层2840.81m2,二层2249.57m2,三层2593.5m2,单项工程建筑面积7880.92m2。其屋面设有4根24m跨无粘结预应力大梁,为本工程特殊结构部位。
3无粘结预应力屋面大梁施工
3.1施工前的准备工作
图纸会审和技术交底:在施工前组织各级技术人员审图对关键部位放出大样图,发现问题及时与设计者协商解决。
严格拉制所用材料:钢绞线、锚具进场后要检查与货同行的产品标牌、合格证、厂家出具的物理性能证明书或产品质量检验报告。对钢绞线进行外观检查,不得有接头或死弯,油脂饱满均匀,不漏涂、护套圆整光滑,松紧适当。预应力筋的表面如有破损,必须及时用塑料胶带纸修补,外观检查必须逐盘进行。同时钢绞线及水泥要进场后抽样送试。
张拉设备与压力表:使用前应由计量部门配套检测是否合格,并提供相应拉力对照表。
3.2屋面大梁施工
康乐中心屋面结构层,纵向17轴、19轴的C轴至J轴线段,横向G轴、E轴的15至21轴线段设计为无粘结预应力屋面大梁,共四根,呈井字状布置。跨度24m,截面尺寸宽500mm,高1350mm,C40砼。除配设普通钢筋外,另配设8根单束φs15.2钢铰线作为预应力主筋,呈抛物线布置,一端作固定端,一端作张拉端,大梁与柱为刚结点。
3.2.1施工顺序
施工中采用如下的施工顺序:搭设大梁、板支撑架铺大梁底模绑扎大梁普通钢筋和敷设无粘结预应力筋固定端附加螺旋钢筋、安装锚板及夹具张拉端附加钢筋网片、安装锚垫板支次梁底模、扎次梁钢筋支大梁侧模、次梁侧模、板底模绑扎屋面板钢筋浇捣梁板砼大梁砼达到75%设计强度后,张拉钢铰线建立预应力张拉端锚板、锚具防腐处理、浇砼封闭张拉端预留张拉口处砼后浇封闭模板拆除。
3.2.2屋面大梁支撑及模板施工
支模体系:双立杆钢管、双扣件支模架体系。双立杆纵横间距不大于800mm,水平横杆间距不大于1200mm,支撑架体纵、横向均开设剪刀撑。梁底受力杆为8号槽钢。
模板材料:为确保模板自身刚度,梁底、侧模均采用20mm厚钢框竹胶合板。
特殊措施:梁底模起拱3‰L,梁底中部加设双立杆顶撑,梁两侧模板设置3道直径16、间距600mm的对拉螺杆。立杆底部带钢垫板,一、二层楼板顶撑保留不拆除并垂直对应,使大梁梁板砼及支撑架的重量直接传至地面。屋面梁板砼浇筑时,派专人看模,发现异常情况,停止砼浇筑,待加固支撑体系后再施工。
3.2.3屋面大梁无粘结预应力钢铰线施工
采用挤塑涂层工艺生产的1×7,直径为15.2的标准型钢铰线,强度级别为1860Mpa。钢铰线的下料长度及下料方法:下料长度按钢铰线一端张拉L=L0+2(L1+100)+L2+L3公式计算。L0为构件内孔道长度,L1为夹片式工作锚厚度,L2为穿心式千斤顶长度,L3为夹片式工具锚厚度。经计算,17轴线、19轴线梁钢铰线下料长度为25.6m,E轴线、G轴线梁下料长度为25.8m。因钢铰线盘重大,盘卷小,弹力大,采用简易铁笼,将钢铰线盘卷装在铁笼内,从盘卷中央逐步抽出,丈量长度后,采用砂轮切割机断料。
钢铰线铺设与固定:在大梁底部普通钢筋铺设后进行,采用人工穿束铺设。先临时固定在模板支撑体系的横杆上,待普通钢筋箍筋绑扎后,根据设计图纸确定的抛物线状标记出钢铰线每距1m的高度位置,用直径14的钢筋点焊固定在箍筋上,作为钢胶线就位的支杆。复核支杆高度无误后逐步拆除临时支杆,使其就位。并按设计给定的水平位置将8根单束钢铰线排列均匀,用8号铁丝绑牢。对预应力筋和普通钢筋分别隐蔽验收。
3.2.4钢铰线锚固端、张拉端的特殊处理
17、19轴线预应力大梁钢铰线张拉端考虑设在C轴柱顶外侧端,固定端则直接锚入J轴柱梁端顶部内。E、G轴大梁钢铰线张拉端考虑设在21轴柱梁端固定端则直接锚入15轴柱梁端内。
钢铰线锚固端的特殊构造处理:钢铰线锚固端处按单根套设直径8mm的螺旋钢筋,螺旋钢筋圈数5圈以上。单孔钢锚垫板设4根螺纹直径14mm的锚筋,锚筋长度大于140mm,直接点焊固定在柱、梁钢筋上。钢铰线末端穿过锚板孔口后,采用单孔15-1P夹片式锚具固定。
钢铰线张拉端的特殊构造处理:钢铰线张拉端处按设计增设5片直径10mm,间距50~80mm的钢筋网片,钢筋网片与柱梁钢筋点焊固定。8根单束钢铰线按设计设二块锚垫板,锚垫板采用Q235材质,厚度14mm,长宽按设计尺寸。锚垫板设直径16的螺纹锚脚,钢筋长度大于160mm。锚脚点焊固定于柱梁钢筋上,并固定于端部模板上,确保锚板位置正确,平整无误。张拉端的钢铰线通过锚板孔,甩头长度确保大于穿心式千斤顶的长度,以便张拉。
3.2.5大梁砼浇捣
大梁分三层浇捣,每层分别浇捣密实,特别是锚固端及张拉端部砼必须仔细浇捣,确保密实。大梁一次连续浇捣成型,没有水平、垂直施工缝。大梁浇捣沉实1小时后再浇板砼,以免出现裂缝。为提早张拉时间,大梁砼强度宜提高一级,按C50砼浇捣。
3.2.6锚具
固定端采用单孔15-1P夹片式锚具,张拉端采用单孔15-1夹片式锚具。锚具锚环采用45号钢,调直热处理硬度HRC32-35。夹片采用20Cr钢,表面热处理后的齿面硬度为HRC60-62。
3.2.7无粘结预应力张拉施工
预应力张拉准备工作:砼浇捣时预留试块,按现场同条件养护,试压检验砼强度达到设计强度75%以上时,才进行张拉。张拉端预埋垫块与锚具接触处的焊渣、砼残渣等清理干净。准备四台穿心式YC20D千斤顶,四台ZB0.8-500电动油泵。未张拉前,模板及支撑系统不得拆除。
张拉方法及顺序:采取一端张拉,双控方法(即控制张拉应力、控制张拉伸长值),分束分批建立预应力。因四根梁呈井字布置,考虑张拉应力平衡,每根梁端设一套张拉机具,四根大梁同步分束建立预应力。
张拉程序:因钢铰线为曲线布置,以0.2Pj级载量初始伸长值,Pj级或1.03Pj级为伸长终点值。本工程张拉程序征求设计单位意见,取其中一种与设计松驰应力相吻合的张拉程序。为便于同步建立预应力和便于校核张拉伸长值,实行分级加载,中间增加一级0.6Pj载级。
张拉最大控制应力:最大张拉应力бcon不大于规范和设计要求的75%fPtk,即最大张拉力бcon=0.75×fPtk×AP=0.75×1860×139=19.3905kN。最大张拉力由千斤顶与电动油泵配套标定的压力读数表控制。
伸长值校核:按直线段、曲线段分别计算伸长值后叠加,大梁钢铰线理论伸长值初步计算为180mm。考虑钢铰线为曲线布置,以0.2Pj级载量伸长起点值,以0.6Pj级载量伸长中间值,以1.0Pj或1.03Pj时量伸长终点值。
张拉端锚固区处理:张拉端锚固后,将多余的钢铰线采用手提式砂轮切割机切除,外露长度不少于300mm,并清除锚板及锚具上的油污、杂物,涂刷防锈漆后,采用C40膨胀砼封闭。
张拉端区预留板孔处理:将张拉端锚固处理后,对预先为方便张拉留设的板孔洞支模,按施工缝处理后,后浇C30膨胀砼封闭。
3.3预应力张拉准备工作中应注意的问题
预应力张拉前,对从事张拉工作的人员进行专门的技术培训和全生产教育,操作人员必须熟记张拉程序和机械操作规程,熟悉机性能,并进行以下工作。
3.3.1所有用于预应力的千斤顶应是专为采用的预应力系统所设计,经国家认定的技术监督部门认证的产品。
3.3.2千斤顶的精度应在使用前校准。千斤顶一般使用超过6个月或200次,或在使用过程中出现不正常现象时应重新校准。测力环或测计应至少每2个月进行重新校准,并使监理工程师认可。任何时候工地测出的预应力钢绞线延伸量有差异时,千斤顶应进行再校准。
3.3.3用于测力的千斤顶的压力表,其精度应不低于1.5级。校正千顶用的测力环或测力计应有±2%的读数精度。压力表读盘直径应小于15mm。每个压力表应能直接读出以“kN”为单位的数值或伴一换算表可以将读数换算为“kN”。压力表应具有大致两倍于工作力的总压力容量,被量测的压力荷载应在压力表总容量的1/4~4范围内,除非在量程范围建立了精确的标定关系。压力表应设于作者肉眼可见的2mm距离以内,使无视觉差能够获得稳定和不受动的读数。每台千斤顶及压力表应视为一个单元且同时校准,以确张拉力与压力表读数之间的关系曲线。
3.3.4张拉前根据钢绞线的强度、拉力和弹性模量值计算出每束(根)绞线的初始拉力、控制拉力和超张拉力下的伸长值,作为施工时的拉伸长值控制指标。
3.3.5无论是进行预应力张拉,还是进行孔道压浆,事先在操作部位两端用钢板设置屏障,用缆绳隔离并设置明显警示标志,操作期间禁任何非施工人员进入施工现场,操作人员也严禁将身体直接对准道部位。
4结束语
通过对无粘结预应力混凝土工程质量施工过程各个环节的控制,出版基地科技文化活动中心-康乐中心的施工质量得到了很好的效果。实践证明,只要强化管理、精心施工,在技术上严格把关,操作上严格按照工艺要求去施工,无粘结预应力混凝土就会达到预期的效果,杜绝质量隐患的发生。
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[3]郑康喜.某教学实验楼无粘结预应力混凝土大梁施工技术.广东土木与建筑,2005-07:28~29
1.1混凝土配比存在的问题
在道桥混凝土施工过程中,对混凝土搅拌和配比的要求是十分高的。在混凝土配比之前首先应该对混凝土的配比比例做相应的实验,然后根据实际的情况确定相应的比例。但是在实际的施工现场很多施工单位都做不到这一点,在混凝土配比过程中操作人员主要根据自身的主观经验去判断,这就导致了浇筑过程中很容易出现开裂的现象,此外,混凝土在搅拌过程中,由于缺少人看管,导致中途停止现象十分严重。
1.2混凝土浇筑所产生的相关问题
在实际的操作作业过程中,混凝土浇筑的施工工艺比较复杂和繁琐,所以在施工过程中总是会出现这样或者那样的问题。因此,在施工过程中应该格外的小心和谨慎,浇筑过程中应该对每一个流程都加以注意。此外,在浇筑之前的运行过程中,虽然对混凝土的浇筑以及道桥的结构不会产生多大的影响,但是忽视了运输环节对混凝土浇筑的影响,同样会影响到道路桥梁的整体施工进度,最终影响到施工的质量。另外,混凝土应该现用现配,运输时间不应该过长,因此要求混凝土搅拌的搅拌厂要接近施工现场,方便运输。
1.3混凝土水化热的相关问题分析
混凝土水化直接受到了水泥水化热的放热速度以及其大小的影响。因此,从水化热这个角度对混凝土结构进行分析我们发现,浇筑完毕之后其水化的速度越快所产生的温度收缩就会越大,而所产生的温度收缩越大就会对道桥结构整体的质量造成的影响也就越大。所以我们可以说,收缩过程裂缝的产生不仅会严重影响到整体道桥结构的质量,同时还会对结构物的耐久性和稳定性产生重要的影响。
2、道桥施工过程中混凝土施工应该注意的技术要点
2.1科学合理的配比混凝土
在选择混凝土过程中,应该将经济节约放在首位,并且还要保证混凝土中能够添加一定量的对降低混凝土绝对升温有利的物质,如水泥、搀和物以及外部添加剂。从而在最大程度上降低混凝土内部的水化反应,进一步减缓该反应的发生进程,降低因为温度收缩对混凝土结构产生的影响,避免混凝土裂缝的产生。同时在配比混凝土过程中,要进一步的优化混凝土的配合比,也就是要根据实际的混凝土材料进行合理的配比实验,以此来满足道桥工程施工的要求。同时,混凝土在生产过程中其中会混有一定数量的砂石,因此,在施工过程中如果更换了新的混凝土应该对混凝土的砂石率和含水率进行实验室测定,然后根据测定的结果重新确定混凝土的配比。
2.2严格按照要求进行混凝土搅拌
在理想条件下要想保证混凝土的施工质量出了要选择合理的、性能优良的搅拌机之外,还应该严格遵守混凝土的搅拌原则,具体的内容主要包括首先,应该控制好搅拌的时间,并应该将投料的量控制在搅拌机的额定容量以下,这样做就能够有效的避免在搅拌过程中由于物料过多而产生搅拌不均匀的现象;其次,不同的搅拌机在工作过程中,其所要求的额定容量是不尽相同的,应该根据具体的机器容量限额对物料的配比进行合理的确定,计算出该型号机器的原料投放量和产出量,从而切实满足搅拌的需求;最后,在投料过程中应该严格按照投料的顺序进行,搅拌时应该按照原材料缴入搅拌同内容的顺序不同做出合理的调整。
2.3缩短混凝土运输时间
在整个混凝土工程施工过程中,合理、科学、持续的运输对于提高混凝土的施工质量有着显著的影响。科学合理的运输主要是在运输过程中应该尽量缩短混凝土从搅拌厂到施工现场的时间,并且还要保证运输的连续性,不能间断。因此,在混凝土浇筑过程中,对于采用滑升模板施工的项目工程和不允许遗留施工缝隙的混凝土结构应该保证混凝土运输的持续性,同时在混凝土运输过程中对其要求还是比较严格的,在运输过程中不仅需要保持混凝土原来的特性,同时还需要尽量降低在运输过程中出现的分层和流失的现象。
3、结语
衬砌混凝土技术,是指在工程施工中,使用混凝土砌块进行衬砌,以防止围堰变形或者坍塌。衬砌技术通常在隧道工程、水利渠道中广泛应用。在实际应用中,最为常用的衬砌技术是整体灌注混凝土衬砌,这种技术有利于实现全程机械化施工,使得水利渠道工程具备良好的防渗性和整体性,工程结构更加稳定可靠,同时,也方便利用金属模板台车进行混凝土的浇筑。在水利工程渠道工程施工中,应用衬砌混凝土技术,不仅能够有效提升渠道的输水能力,增强工程耐久性,还可以减小渠道的断面尺寸,节约施工成本。从结构方面分析,现浇衬砌渠道的类型是多种多样的,在对其进行选择时,需要结合水利工程的实际情况,如地下水位、现场施工条件等,同时,为了保证工程整体质量,还需要充分考虑渠道水流量的大小以及防渗等级。
2衬砌混凝土技术在水利工程渠道工程施工中的应用
2.1工程概况某水利工程渠道工程位于长江下游流域,属于灌溉配套工程,灌区控制范围约53万亩,设计灌溉面积41.55万亩。工程整体共包含6个渠系,设计施工工期为8个月。该工程处于河流冲击平原上,地下水储量丰富且水位相对较高。为了保证施工质量,提升渠道工程的稳定性和防渗能力,经现场勘查,决定应用衬砌混凝土施工技术进行施工,这里对其施工技术要点进行简单讨论。
2.2施工准备(1)地基处理:在水利工程渠道工程施工前,相关施工人员应该结合工程的设计方案,对施工现场进行测量放样,确保放样的位置与尺寸切实符合设计标准,同时尽可能减少误差的存在。通常来讲,在渠道工程施工放样中,应该首先对渠口线和底脚线的位置进行明确,然后以此为前提,组织施工人员进行土方开挖和地基处理,在不影响施工工期的基础上,通过自然风干的方式,尽可能降低地基土的含水量,确保地基的稳定性和承载能力,为施工提供良好的基础保障。(2)模板架设:地基处理完成后,需要进行检验工作,保证其施工质量。确认合格后,可以组织专业技术人员进行模板的架设,严格按照规范的施工方法和施工流程进行,对于模板体系中重压的结构,应该设置多个控制点,方便进行质量检查和校正。模板的架设是衬砌混凝土施工的基础,需要引起施工人员和管理人员的充分重视,保证模板相互之间拼装的严密性和准确性,确保其表面平整,不存在变形、错位、漏浆等问题。(3)混凝土配置:在衬砌混凝土施工中,混凝土的密实性将会直接影响整体施工质量,而其配合比则是影响混凝土密实度的关键,因此,做好混凝土的配合比设计,是非常重要的。一方面,应该严把材料质量关,对于进入施工现场的各种施工材料,如水泥、钢筋、砂石等,都必须进行严格检验,确认合格后才能入场,对于不合格产品或者三无产品,应该禁止其进入施工现场,以免影响工程质量。另一方面,应该做好水灰比设计工作。在混凝土配置中,如果水灰比偏大,则会造成混凝土孔隙数量增多,影响结构稳定性和强度;如果水灰比偏小,则会造成材料的大量浪费,增加工程成本。对此,相关技术人员应该充分重视,严格按照国家相关技术标准,对水灰比进行合理设计。在我国现行的技术标准中,规定应该讲水灰比控制在0.6以下。同时,在对混凝土进行拌合的过程中,需要重视温度、湿度、搅拌速度等对于水灰比可能产生的影响,确保水灰比的合理性。(4)防冻胀材料选择:防冻胀材料主要是铺设在结构表面,以防止渠道因温度的变化出现裂缝。在我国大部分水利工程衬砌混凝土施工中,防冻胀材料多是选择聚苯乙烯泡沫塑料,利用其良好的吸水性、耐腐蚀性和抗老化性等优势,确保衬砌混凝土工程的施工质量。
2.3技术要点(1)保温板施工:水利渠道工程衬砌混凝土施工中,保温板施工时第一道工序,同时也是混凝土浇筑的基础,对于混凝土浇筑质量有着直接的影响。保温板的铺设应该在保证地基平整稳定的前提下进行,每一块保温板必须保证铺放平整、拼接严密,不存在缝隙,同时利用木楔或者竹签等固定在渠道坡面上,将相邻两块保温板连接位置的高差控制在2mm以内,避免裂缝的出现。(2)混凝土施工:在对衬砌混凝土进行施工时,必须严格依照先坡后底,最后压顶的施工流程,以保证混凝土浇筑的全面性和完整性,避免出现漏浇或者重复浇筑的现象。当前,我国在渠道工程衬砌混凝土施工中,对于渠道边坡的衬砌施工,一般都是采用分块跳仓施工方法;对于渠道底部和压顶的衬砌施工,可以按照特定的方向连续进行。尤其是同一块混凝土板的衬砌,一定要保证施工的连续性,以确保施工质量。如果由于特殊原因导致施工中断,应该尽可能将中断时间控制在1h以内。在混凝土运到施工现场后,需要确保其及时流槽入仓,及时振捣,避免其性质出现改变。(3)拆模及养护:一般情况下,如果气温正常,在混凝土浇筑初凝后,就可以对模板进行拆除。拆模工作必须由专业人员进行,按照规定流程拆除,避免对混凝土结构的破坏。而拆模完成后,还需要进行相应的养护工作,对混凝土进行保温保湿处理,如在表面覆盖草席、浇水等,这个过程需要持续2-3周,以切实保证混凝土结构的质量和强度。
3结语
对钢管混凝土系杆拱桥施工中经常出现的技术问题进行了剖析,并结合工程实践,汲取经验教训,详细地阐述了科学、实际、有效的防治对策。
关键词
钢管混凝土系杆拱施工难题对策
1引言
近年来,钢管混凝土系杆拱桥以其跨度大、结构轻、造型美、省建材等优点,被广泛应用于公路工程。但该桥型技术复杂,施工难度大,已经暴露和潜在的问题还很多,亟待广大工程技术人员在实践中不断探讨和完善,本文将结合工程实践就有关问题做简要阐述。
2钢管混凝土系杆拱桥施工技术难题及对策
2.1支承系统
2.1.1功能
系杆拱桥支承系统宜选用WDJ齿碗扣型多功能支架,该系统具有支架竖向组合微调功能,主要以工具支架和特制微调座组成。
2.1.2地基处理
WDJ齿碗扣型多功能支架必须搭设在经处理的坚实地基上,地基须高出原地面0.5~0.8m,做好防水,避免雨季浸泡。在立杆底部铺设垫层和安放底座,垫层可采用厚度≥20cm的混凝土或厚度≮10cm的钢筋混凝土或厚度≮5cm的木板。
2.1.3预压
支架使用前须全程预压,不能以一孔预压取得的经验数据推概全桥。静压5d(120h)以上及达到沉降稳定状态2d(48h)以上,沉降稳定标准:24h沉降不超过1mm。
2.2主拱肋拱轴线控制系统
2.2.1以激光照准和精密测标组成定位系统;监测项目为拱肋的线形变化、拱脚位移和拱脚沉降。
2.2.2建立测量控制网
在每节拱肋端头设置固定的测量控制点,控制点设在拱肋中线位置。施工放样及检查都采用全站仪进行,每架设一节段拱肋,对全部控制点都要进行观测。此外,对拱座的偏位进行观测。钢管拱对温度,特别是日照影响非常敏感。为了减少温度和日照对线形控制的影响,标高的测量包括合拢时间都安排在凌晨。
2.2.3施工控制
(1)在扣索塔架顶部设有扣、锚索调整装置千斤顶,通过改变扣索的张力,并采用在拱段之间的内法兰盘接头处抄垫钢板的方法,来实现拱段接头标高的调整(跨径较小的拱肋可利用WDJ支撑系统高度及其竖向微调功能实现)。
(2)设置临时横撑固定拱肋。每架设一节拱肋,就利用钢管拱的横联钢管临时焊接固定上下游拱肋,特别是在合拢段基肋端一定要设置临时支撑。
(3)在焊接拱肋接头外包板时,对称布置的焊缝,采用成双焊工对称施焊,这样可使各焊缝所引起的变形相抵消;非对称焊缝,先焊缝少的一侧,这样可使先焊的焊缝变形部分抵消。
(4)为保证钢管拱在吊装过程中的横向稳定性,在每吊装一节段拱肋时,采用通过对称设置两道浪风绳来调整和控制拱段就位中线位置,减少拱肋自由长度,增大横向稳定。控制浪风绳长度基本相同。
2.3钢管混凝土配制
2.3.1选材
(1)设计高性能微膨胀混凝土应选择525R早强型水泥为主体,其用量不宜过大,初凝时间以8~12h为宜。
(2)配制高性能微膨胀混凝土须使用干净的河砂并严格控制云母含量、硫化物含量、含泥量和压碎值,一般选用细度模数2.6-3.1的中砂为宜。不宜用砂岩类山砂、机制砂、海砂,此类砂对混凝土的膨胀率影响极大。
(3)粗骨料石质对高性能微膨胀混凝土影响很大,主要体现在骨料一砂浆界面粘结强度、骨料弹性模量和骨料强度。在考虑混凝土可泵性的同时,要考虑混凝土的早强性和后期强度。碎石需二次破碎,使其基本无棱角,并减少针片状颗粒的含量。选用时应严格控制含泥量、强度、弹性模量和粒径≤30mm。
(4)粉煤灰与水泥“二次水化反应”产生的凝胶封堵了混凝土的毛细管路,增强了密实性,提高了耐久性。“二次水化反应”只有Ⅰ级粉煤灰和磨细粉煤灰可以彻底完成:“使混凝土升温降低15%~35%;应严格控制粉煤灰SO3含量,以0.5%~1.5%”为宜;粉煤灰应符合现行国家标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》规定。
(5)选择外加剂一定要经过多次试验。试验表明,缓凝型减水剂会降低混凝土膨胀率,所以应反复试验,膨胀率合适才可使用;高效减水剂还应具有缓效凝作用和缓凝剂掺配作用,且是非引气型、低气泡减水剂;其质量应符合现行标准《混凝土外加剂》规定。
(6)膨胀剂在有钢管约束条件下,在结构中建立0.2~0.3MPa预应力,可抵消混凝土在硬化过程中产生的收缩应力,从而提高抗裂能力。选择时一定要多试验几个品种,膨胀剂应对混凝土后期强度及质量无害,与所用水泥适应性好。我国主要使用U型膨胀剂、复合膨胀剂及明矾石膨胀剂。2.3.2设计高性能膨胀混凝土的三个问题
(1)混凝土施工可按一般高性能混凝土设计方法进行配制强度计算,不必计算后将强度提高一个等级作为配制强度,关键在于施工配合比的施工现场验证。设计时应严格控制水灰比,将其确定为定值。
(2)混凝土是采用钢管中顶升灌注,粗骨料在顶升过程中不能因自身重力而下落,否则会造成顶升压力过大而失败。在设计混凝土配合比过程中碎石应稍微呈悬浮状态,不能下沉。所以该种混凝土的砂率可提高一些。
(3)许多工程实践认为钢管混凝土设计为微应力时,限制膨胀率28天内应控制在(2~6)×10-4的范围内是合理的。
2.4主拱肋钢管的拼装
2.4.1钢管拱肋的制作
(1)钢管拱主弦管直径>600mm采用螺旋焊管。
(2)宜选用具有CAD加工设计技术和成功经验的厂家;单元阶段制造好后在工厂进行平面和立面组拼检查;螺旋焊管弯曲成型在中频弯管机上进行,采用埋弧自动焊;腹板安装采用CO2气体保护焊;单元阶段焊接完成后,若与理论线形不符,可用“火工矫正法”矫正。
(3)钢管拱单元阶段制好后运至工地组焊成吊装段,运至施工现场,最后用跨墩龙门吊机或其它起重设施将吊装段吊上桥组装。
(4)为便于调整拱肋预埋段制造、温度引起的偏差,钢管制造在工厂时,拱脚预埋段与拱中段之间预留80mm调整量;拱肋合拢锁定温度为10~15℃。
2.4.2钢管拱肋单元构件的防护
预拼成型的安装节段必须对接口进行地面预接和必要的技术处理,拱肋每一个吊装阶段之间采用内法兰连接,法兰间可抄垫钢板进行微调;单元制造阶段之间采用临时外法兰连接。
2.4.3钢管拱肋的悬拼
(1)拱肋吊装采用悬拼和扣挂施工。拱肋作完后,首先在制作场地进行预拼,合格后方可吊装。
(2)拱肋吊装前应安装好拱脚临时铰,悬拼过程中允许拱肋绕铰转动。每吊装一个阶段除安装好横撑及临时横撑外还要设置横向浪风索。以利调整拱轴线和保证横向稳定。
(3)两阶段接头端面先用螺栓对接,安装合拢段前应预先通过扣索调整拱肋横向位置,然后再安装拱顶合拢段。
(4)两条拱肋全部合拢后,再全面校核一次拱轴线坐标,并调整至误差容许范围内。再对焊主拱钢管、烧掉螺栓,用加劲钢板补焊拱肋钢管接头,以保证受力连续。
(5)用钢管焊接封死拱脚临时铰,浇注拱座预留槽口C50混凝土,形成无铰钢管桁架拱,待拱脚混凝土达到强度后拆除扣索;
(6)泵送压注填充管内C50微膨胀混凝土。
2.4.4跨径较小的桥梁可用WDJ支撑系统配合吊车、揽绳完成拱肋组拼。
2.5波纹管堵塞
系杆拱桥横梁、系梁多为群锚后张预应力混凝土,于是防治波纹管堵塞,避免钢铰线局部拉伸率、应力超标是施工中不容忽视的大问题。对此我们的预防措施是:
(1)波纹管固定后,将半硬性塑料管穿入波纹管内,其外径小于波纹管内径8~10mm,长度大于波纹管长4~6m;
(2)指派专人,在浇筑混凝土过程中不停抽动塑料管至混凝土浇筑完毕;
(3)抽出塑料管,清除其表面灰浆,擦净备用。抽动半硬性塑料管法,可从根本上解决波纹管堵塞问题。
2.6支座垫石钢板悬空
预埋支座垫石钢板下混凝土悬空,既影响下部结构受力,又危害上部结构荷载均匀传递和受力平衡,也就是说,出现这种现象是很危险的,其主要原因是混凝土在浇筑流动过程中,预埋钢板下的气体无法排除,形成了空洞,为避免该现象的发生,可在钢板中心用电钻打一个直径5mm的“排气孔”,浇筑预埋钢板处混凝土时,浓水泥浆由“排气孔”冒出即可。
2.7拱脚混凝土空洞
2.7.1拱脚混凝土振捣
拱肋与系杆节点——拱脚之钢筋构造纵横交错、交叉重叠,混凝土浇筑困难,振捣棒无法正常工作,混凝土密实成了问题。一般采用刚度较大的钢模,浇筑混凝土时,先用一巨型扁铲(其宽度≥振捣棒直径)在振捣棒插入处,临时将钢筋间距拨宽,至振捣棒顺利插入、正常振捣为止,可确保混凝土振捣密实;待振捣棒拔出后,开启固定于模板两侧的附着式振动器,一方面有助于被拨动的钢筋恢复原来位置,另一方面可避免混凝土漏振,有助于混凝土密实、均匀。
2.7.2拱脚混凝土预防裂缝
为预防拱脚混凝土裂缝,可选用钢纤维混凝土,钢纤维用量一般为60kg/m3。
2.8空腹式端横梁浇筑工艺
端横梁为封闭式变断面空心梁,其施工有两种方法:一种方法是采用木模或其它一次性芯模,不考虑翻番周转,此类模板只侧重考虑其强度,满足混凝土几何尺寸需要即可;另一种方法是采用钢模或其它可周转性芯模,浇筑混凝土时在梁顶预留“天窗”,待拆除芯模后再二次浇筑混凝土,将天窗堵死,但应注意两期混凝土的结合牢固问题。
2.9钢管混凝土“紧箍效应”落空
由于施工工艺和混凝土收缩,混凝土总是无法完全充满钢管,使得“紧箍效应”无法实现,混凝土达不到三轴压缩的理想效果。防治该问题的一般方法有两种:
(1)预防。微膨胀混凝土随着龄期增长,混凝土的收缩仍然不可避免,为防止这类问题发生,在混凝土配合比设计时,在添加UEF微膨胀剂的同时增添“聚丙烯腈纤维”。
(2)处置。待混凝土大于28d龄期后,用小锤对拱肋进行全面敲击检查,发现空隙,则确定准确位置,钻孔并压注环氧树脂水泥浆进行补救。
2.10其它问题
近年来,系杆拱桥普遍出现系梁混凝土于吊杆处裂缝、吊杆护套提前开裂、下端预埋管进水、锚头及钢丝提前腐蚀和拱肋钢管腐蚀等严重问题,危及桥梁的安全。
2.10.1防腐
(1)拱肋防腐可用经济、实用,便于现场施工和后期维护的方案——有机环氧富锌涂料,分为3层,底层富锌涂料、中层环氧云铁、面层聚胺酯喷涂。涂装时环境温度宜控制在5℃~35℃之间。
(2)防腐钢绞线应用较多的有镀锌钢绞线和环氧喷涂钢绞线,前者,经镀锌处理后,机械性能均有所下降,且一旦被刮伤则伤处的阴极反应会使腐蚀速度加快;后者,机械性能与原钢绞线基本上没有差别,而且在生产过程中进行了充分的表面处理和再次稳定处理,其抗拉强度和延伸率较普通钢绞线稍有提高。故此应尽量用环氧喷涂钢绞线。
2.10.2吊杆处系梁纵向钢筋的处理
系梁钢筋是通长的,而结构设计需要吊杆穿过系梁,如此以来,系梁纵向通长钢筋就必然被截成数段,势必影响结构受力,为解决这一矛盾,可采用于吊杆处设置“方形环筋”,系梁纵向钢筋截断后分别与其焊接,吊杆在其方形环筋中穿过。这样,即可以保证系梁纵向通长钢筋的连续,又可以保证吊杆与系梁联结位置准确。
2.10.3横撑与拱肋节点处应力集中的预防
为避免钢管横撑与主拱肋结合部,在使用环境中开焊,影响桥梁整体性能,一般采用在其结合部增设4个加强联结钢板,按90o间隔均匀布设,焊接牢固。
先要将施工方案进行确定,然后基于方案,应用科学合理的施工方法和施工工序,也要科学的安排灌浆的材料和顺序,通常是先灌浆横缝,再进行纵缝处理,要向稳固坝块的侧向,也可采取先纵缝后横缝的方式,但是切忌不能将横缝和纵缝同时进行。只有在这种科学合理的施工顺序下,施工进度才能得以控制,使施工顺利进行。
2水利工程混凝土施工新技术的应用
2.1散装水泥使用的施工新技术
从如今的发展来看,对水利工程混凝土施工有比较严格的使用规定,应该优先使用散装水泥,主要原因是散装水泥自身所具有的操作简便、能够满足大批量需要的优势,所以得到了人们的青睐,并且保证了工程的可靠性和使用的安全性,还能有效减轻环境污染,缓解人与环境的矛盾,其如今应经是相对成熟的施工技术了。
2.2重视水利工程混凝土中掺合料的应用
想要提高混凝土施工质量,实现方式也比较多,诸如改良混凝土、使用混凝土添加剂等。主要的操作方法是,将高炉矿渣微粉、微硅粉、煤灰粉等掺合料加入到混凝土中,以便达到降低混凝土的水化热的目的,来抑制对碱骨料反应,进而减少水泥的使用量,减少资金投入力度,为企业带来更多的经济效益。
2.3水利工程混凝土中外加剂的应用
现在我国的各类工程中混凝土施用的越来越多,混凝土在中外加剂技术的作用下,显现出了诸多优点:多功能、高效、浓缩,施工的技术也在不断完善。节水、增体、环保等功能在混凝土施工技术的应用得到了良好的发挥。普通减水剂、增强阻裂粉、早强剂是现阶段经常使用到的外加剂。混凝土的和易性能够在外加剂的试用下得到极大的改善,混凝土的凝结时间可以进行有效调整,混凝土的耐久性和各项物理性能均有大幅度的提高,达到了混凝土对施工环境很好的适应能力的终极目标。
3水利工程大型混凝土工程施工技术
近年来,我国对水利工程的建设加大了投入的力度,水利施工不断增多,施工质量也在不断提高。一般的大型水利工程,工程的施工量都比较大、周期长,整体要求高,使用混凝土的数量比较多。作为一项施工技术,混凝土的施工中其材料配合比、浇筑温度都是影响施工质量的重要因素,很有可能导致施工裂缝,保证混凝土的施工质量才是大型水利工程的关键所在。在我国的一些地区的水利工程施工使用了改良后的大体积混凝土施工技术,经实践证明收到的效果还是令人欣喜的,研究人员对其进行了详尽的分析,得出了应在大体积混凝土的施工中,既要控制好温度,又要加强周围混凝土的约束力的结论。高质量的混凝土工程施工技术在保证水利施工质量上体现出较为明显的作用力。大体积混凝土工程的施工除了要满足常规混凝土结构设计的要求外,还应特别注意控制混凝土强度等级,减少施工裂缝问题的发生。由于大体积混凝土工程的施工应力和温度应力都有不同程度的增加,所应有的施工工艺应该更高,施工的中心环节是混凝的混合和浇筑。(1)施工前,应准确测量浇注体的温度,减少温度应力,评估施工中可能遇到的温度差值、内部速度的升降温速率等指标,以便把握好温度控制的指标和技术方法。一般情况下,混凝土入模前的绝热温度的变化值在45℃左右,混凝土内外温差不应超过30℃,降温速率为每天2.5℃。下一步就是混凝土的振捣,这也是比较重要的环节之一,先要选择好振捣的插入点,进行均匀布置,振捣速度应快慢适中,再二次振捣以便保证质量。最后,在浇筑上应采用连续浇筑的方法,也是为了降低裂缝的产生。还要特别提醒现场的施工人员必须熟练的掌握施工技术,严格按照一定规范进行操作,这样才能最大限度的保障施工质量。
4结束语
某框剪结构建筑设置有两层地下室,采用大面积混凝土,使用C40P8型号顶板和C3OP12型号的底板。地下二层为车库,外墙混凝土的强度为C30P12,地下一层为杂物间,外墙混凝土的强度为C30P8。考虑到地下室施工中可能会出现裂缝,进而破坏地下结构的稳定性,因此在楼板等施工中采用无缝施工技术。为使质量更有保障,在混凝土中适量掺加有膨胀剂,并按照合适的比例配置了性能优越的混凝土混合物,将其用于裂缝控制,起到了很好的效果。
2无缝施工技术在大面积混凝土楼板施工的应用
2.1设计思路
首先应有科学的计划,明确施工重点所在,此工程显然大部分工作都是为了控制裂缝。无缝施工技术的原理为,在竖直方向增设施工缝,并采用分块跳仓的方式进行混凝土浇筑,以减小混凝土初期的收缩程度,从而有效控制裂缝。有很多种方法,温度裂缝和收缩裂缝出现频率较高,所以重点应解决这两种情况。如使用膨胀加强带、采用低热型水泥、设置变形伸缩缝、改善混凝土的和易性及粘结性等。其次要考虑施工中对各方面的要求,如混凝土性能、材质,以及其他材料的规格、使用量等。而且施工过程较为复杂,有很多注意事项,所以要制定合理的施工程序,按照规定标准进行,以免出现管理混乱的情况。
2.2技术要求
有两个关键点,直接关乎施工质量。一是配合比例要科学,根据工程需求和原材料的使用量合理制定配合比,确保混凝土的强度合格。水灰比极为重要,如果比例过大会降低混凝土的强度和硬度,所以水灰比一定要适中。很多搅拌站通常只考虑坍落度,使得水量过多,以至于混凝土强度不符标准。另外,为提高混凝土性能,往往还会掺加缓凝剂、防冻剂等。应注意使用量不能太多,尽量有专门的装置能够精确地测量。另一个关键点在于混凝土的搅拌。搅拌过程中,水泥、砂石、骨料和水等原材料要依据一定的顺序先后投入,并且搅拌时间要控制好,使各种材料能够充分接触。搅拌机械的质量和性能需有所保障,如搅拌叶要牢固,不能轻易变形松动。某一环节出现问题,就有可能会出现生料,对混凝土的质量十分不利。搅拌工作最好连续进行,中间不要停止,所以搅拌机械尽量不要发生故障。另外,骨料粒径太大、甭管设置不合理极易导致泵堵塞,需加强注意;切不可为了加快速度而掺加太多的水,否则混凝土出现麻面、裂缝的几率较大。
2.3质量控制
大面积混凝土是楼板施工的基础材料,其性能和质量直接决定着施工水平。所以施工单位应重视质量管理,不能一味地追求利益。可提前展开专业培训,使施工人员认识到混凝土质量的重要性。在材料设备方面,对其质量进行严格检查,确保均符合规定标准。有不合格者应立即处理,决不能进入施工现场。施工人员应提升自身素质,熟悉施工流程,熟练地掌握设备的使用方法,并能够解决一些突发事故,将损失降至最低。浇筑振捣工作也较为关键,必须严格按照程序进行。因采用分层浇筑方式,在混凝土初凝之前要完成二次浇筑,避免出现裂缝。浇筑温度要适当控制,保持在5℃———35℃。浇筑过程一气呵成,尽量不要有停顿。还有就是振捣,可先使用振捣棒加以振实,再利用振捣梁振捣,确保其表面平整,没有明显的凸凹状。滚压提浆后要进行抹平,振捣工艺要合理,控制好时间,且振捣时不能产生过多的浮浆。混凝土性能受温湿度影响较大,所以同样要控制好温度。浇筑振捣结束后,还应做好相关养护工作,及时用塑料薄膜覆盖,并保持一定的湿润度,至少保持一周。养护环节尤为重要,万万不能忽视,通过养护使混凝土接近饱和状态,从而得到更强的混凝土。浇筑之后,混凝土要经历一个升温阶段,此时必须重视其水化反应,做好湿养护,既可降低其内部温度,又能够减少强度的损失。
3关于现场的检测与分析
(1)作为混凝土施工配置强度的一个重要的影响参数,标准差是保证商品混凝土强度达到95%的极其重要的条件。因此,混凝土公司要按月或季统计商品混凝土的强度标准差,检查生产管理水平,并且在对施工配置强度动态管理时,需要依照统计的实际标准差进行。
(2)首先要通过试验和搅拌机的类型,确定物料的投放时间和顺序;其次,要做好计量工作;然后,在生产间隙,对搅拌机内壁、搅拌轴及搅拌叶片等用高压水枪进行清洗;最后,加强对搅拌机的检测,在完成对混凝土生料结块的人工清除后,还要对搅拌机叶片的松动、变形及损失等现象进行严格检查,及时发现问题并加以维修。为避免因搅拌机出现故障而影响混凝土的质量,施工单位一方面需严格执行设备保养制度,另一方面,还需建立故障应急机制,
(3)为进一步了解大面积混凝土水化热大小及施工过程中早、中、后期温度升降和应力发展规律.根据本建筑物楼板结构平面尺寸、形状以及厚度,在不同位置设置了温度监测器,在测点被覆盖、振捣、抹平后记录入模温度。依据大面积混凝土早期升温快,后期降温也较快的特点.在温度收缩应力计算的基础上.确定测温时间为30d∶1~3d每4h要测读一次,3-14d每6h再测读,以后每12h进行测读.若遇温度突变或温度过高应记录一次。
(4)为避免出现外加剂超差的现象,还要建立外加剂溢流装置,保证检测的准确性。
4结束语
关键词:碾压混凝土路面技术条件设备条件施工技术
碾压混凝土路面施工技术是一种水泥混凝土路面施工新技术,具有施工机械通用性好、施工速度快、早期强度高、节约水泥、接缝少等一系列优点。发展这种路面需要那些技术条件呢?目前我国是否具备这些条件呢?下面逐项论述这些问题。
1发展碾压混凝土路面的技术条件
为了说明发展碾压混凝土路面的技术条件,首先让我们回顾一下碾压混凝土路面的发展历程。
早在第一次世界大战前后,比利时、丹麦、德国、法国及其它一些欧洲国家已有人碾压修筑了水泥混凝土路面。但是,由于当时具有的碾压手段难以保证良好的工程质量,这种筑路技术未能得到发展。
1973年和1979年的两次石油危机,导致沥青价格上涨,增加了水泥混凝土路面的竞争力,也重新唤起了人们研究开发碾压混凝土路面的热情。但是,由于设备条件的不完善和施工技术的成套性差,路面平整度等问题未能得到很好的解决,制约了碾压混凝土路面的发展。
80年代,振动压路机和大型沥青摊铺机等强力筑路机械的发展,为保证碾压混凝土路面的施工质量奠定了基础,世界许多国家纷纷投入力量加强碾压混凝土路面的研究开发,碾压混凝土路面施工技术进入了空前的发展阶段。
我国是从80年代初开始进行碾压混凝土路面研究的。1981年安徽省公路局开始进行室内试验,1982年铺筑第一段试验路。1983年、1984年,安徽省公路局和交通部公路科学研究所及江苏省交通厅合作,进行了扩大试验,取得了不少研究成果。1988年开始的国家科技工作引导性项路面发展对策及修筑技术研究》中,又组织江苏省公目《我国水泥混凝土路局、山西省公局和河南省交通厅等单位对碾压混凝土路面修筑技术进行了研究。从施工机械来看,当时进口的大型沥青摊铺等机械还比较少,即使拥有这些机械的单位一般也不愿用来铺筑碾压混凝土路面,只能采用人工或小型机械施工,路面质量难以提高。因此,这一时期的研究成果主要为采用人工或中小型配套机械施工的各种复合式碾压混凝土路面或用于较低等级公路的全厚式碾压混凝土路面施工技术。随着高等级公路的迅速发展,进口的高密实度摊铺机、振动压路机等大型设备越来越多,国内的一些筑路机械生产厂家也纷纷研制或引进技术生产施工机械,因此公路工程单位的大型机械保有量迅速增加,再加上京津塘高速公路等一些工程明确规定水泥稳定基层必须采用“厂拌机铺”,改变了一些工程技术人员的认识,从而为我国高等级公路碾压混凝土路面施工中采用高密实度摊铺机等大型机械创造了条件。1991年在国家“八五”重点科技项目(攻关)《高等级公路水泥混凝土路面材料及应用开发研究》中,交通部组织交通部公路科学研究所、山西省交通厅和广西壮族自治区交通厅等单位进行了碾压混凝土路面成套技术的研究,以应用于高等级公路为目标,从材料、施工技术、抗滑技术、接缝技术等方面进行了系统研究,在路面平整度、抗滑及接缝等方面取得了突破性进展,并取得了一系列配套成果,初步形成了高等级公路碾压混凝土路面施工成套技术。
纵观国内外碾压混凝土路面发展的历程可以看出,影响碾压混凝土路面发展的因素,除经济原因外,主要是设备条件和施工技术两个方面。
下面针对这两方面的内容,分析我国发展碾压混凝土路面的技术条件。
2设备条件
根据碾压混凝土路面的施工工艺特点,要保证碾压混凝土路面具有良好的施工质量,必须保证拌和、摊铺和碾压三道主要工序具备相应的设备条件。
2.1拌和设备
根据国内外经验和试验研究结果,路面碾压混凝土的拌和必须采用强制式拌和机,水泥、水及砂石材料的计量精度达到现行施工规范规定精度即可。这一要求与普通水泥混凝土路面基本一致。
碾压混凝土的稠度对水的变化非常敏感。研究结果表明,混凝土的稠度及其波动是影响碾压混凝土路面平整度的主要因素,而造成混凝土稠度变化的主要原因是混凝土单位用水量的变化,也就是加水量和砂石材料含水量的变化。对于一般拌和机,加水量的控制还是比较准确的,最大的问题就是砂石含水量变化时能否及时检测并自动修正砂石和水的用量。从这个意义上讲,应推荐带有自动检测砂石含水量的拌和机,或配备附加的快速砂石含水量测定系统。从我国目前引进或国产的一些大型拌和设备来看,这一要求是可以达到的。在实在无法满足这一要求时,采用增加砂石含水量的检测频率、及时人工调整的方法也可在一定程度上解决这一问题。
作为碾压混凝土路面施工技术的配套技术,“八五”攻关项目“碾压混凝土厂拌设备的研制”专题也已圆满完成任务,为发展碾压混凝土路面提供了有力支持。
2.2摊铺设备
为了保证路面平整度,摊铺设备应满足以下要求:
(1)保证较好的摊铺平整度。摊铺是碾压混凝土路面施工的关键工序,是碾压等后续工序的基础,只有摊铺出平整的表面,才有可能得到压实后平整的路面。为此,要求摊铺机必须具备工作性能良好的均衡供料系统和自动找平系统。
根据试验路的铺筑经验,采用带强力熨平板的VOGELES—1800和S—2000或ABGTITAN411和TITAN422等机型,对于保证成型后的路面平整度达到3mm的要求是必要的,并且也是可以达到的。
(2)保证足够的预压密实度。超干硬的碾压混凝土材料经沥青摊铺机摊铺后,必须经过大型振动压路机的碾压作用才能密实成型,如果摊铺后的混凝土过于松散,则在压路机的作用下势必会产生推挤,从而破坏路面的平整度;另外,碾压混凝土路面摊铺之后,由于压实的作用,摊铺后的表面将有一定的沉降,基层的不平整将反映到表面来。当基层的平整度一定时,摊铺后的密实度越高,压实沉降量越小(即松铺系数越小),对摊铺平整度的破坏越小,压实后的平整度越好。根据攻关过程中铺筑的几条试验路的试验,摊铺预压密实度应能在88%以上。
近年来,随着高等级公路的迅速发展,机械化施工已成为公路建设的方向。为了具备高等级公路的施工资格,各施工单位纷纷从国外或在国内购买大型沥青摊铺机等施工机械。据不完全统计,我国仅从德国进口的大型沥青摊铺机(主要是VOGELE和ABG公司的产品)就有100多台,其中1992年以后进口的基本都是配备强力熨平板的高密实度摊铺机。另外,我国江苏、陕西等地的筑路机械生产厂家已从国外购买了一些型号的高密实度摊铺机的生产技术,正逐步实现国产化。国家“八五”攻关项目中亦安排有高密实度摊铺机的研究课题,“九五”期间即可形成批量生产能力。
另一方面,从京津塘高速公路开始,我国近几年来铺筑的高速公路对水泥稳定类基层的施工已要求采用摊铺机摊铺,大型沥青摊铺机只能用于沥青面层施工的观念正在逐步改变。这就为大型沥青摊铺机应用于碾压混凝土路面创造了思想认识上的有利条件。
综合上述情况,将带有强力熨平板沥青路面摊铺机用于高等级公路碾压混凝土路面施工是完全可能的。
2.3碾压设备
碾压是碾压混凝土路面施工必不可少的工序,当混凝土的配合比确定之后,硬化混凝土的强度主要取决于混凝土的密实程度,降低1%的压实度,可造成约0.27MPa的抗折强度损失,可见压实的重要。而压实质量的好坏主要取决于压路机的性能。另一方面,碾压也是破坏摊铺平整度、影响最终平整度的关键因素。因此,选择适宜的压路机是保证路面质量的关键因素之一。
根据碾压混凝土路面施工的特点,压路机的选型总体原则,一是保证能达到预定的压实效果,二是对平整度的破坏最小,三是保证路面表面均匀致密。根据这个原则,我们在对比了多种混凝土路面适宜的主导碾压机械不同型号压路机碾压效果后,认为碾压为:自重10t~12t的振动压路机,振动频率不低于30Hz,优先选用振动频率较大(40Hz以上)的压路机。如有可能,尽量选用双轴振动、多级振动频率和振幅、碾压轮直径和宽度较大的振动压路机。
根据目前国内压路机产品的供应情况,可供选择的有下面几种机型:
戴纳帕克公司CC-41(自重10.5t,振幅35~42Hz);宝马BW21(自重10t,振频50Hz);英格索兰DA-50(自重10.2t,振频40Hz);洛阳建筑机械厂YZ10D(自重10.8t,振频28~32Hz);徐州YZC10(同CC41)、CA25等。
另外,为了进行终饰碾压(终压),还要求配备轮胎压路机(15t~25t)或水平振荡压路机。上述碾压设备在目前我国一般大中型公路施工企业中都已属常规设备。即使暂时没有,要重新购置的,不论从货源还是从资金上都是不成问题的。
3施工技术
具备一定性能要求的施工机械设备是发展碾压混凝土路面的必要条件,但要铺筑符合高等级公路要求的碾压混凝土路面,还必须有一套相应的施工技术。从1991年开始,我们在国内外原有成果的基础上,以应用于高等级公路为目标,对碾压混凝土路面施工成套技术进行了研究。经过5年的攻关,在以下几项关键技术上取得了突破,已基本形成了成套的施工实用技术。
3.1提高路面平整度的关键技术
碾压混凝土路面最大的难题是难以达到足够的路面平整度,这也是多年来制约碾压混凝土路面发展的主要障碍。
为了攻克碾压混凝土路面平整度这一世界性难题,我们首先对路面平整度的影响因素进行了深入、全面的分析,并通过大量的室内试验和现场试验进行了研究,提出了如下保证碾压混凝土路面平整度的关键技术。
3.1.1适宜的碾压混凝土稠度指标和集料级配
通过广西田阳试验路6个试验段、山西左云试验路14个试验路段的现场考察和室内试验,研究提出了适宜于大型机械化施工的集料最大粒径20mm、砂率35%~47%的集料合成级配和“半出浆”改进VC值40±5s的稠度设计指标。
3.1.2保持稠度稳定性
通过对造成稠度波动原因的分析和试验,研究提出了包括料场管理、拌和机选择、材料计量、外加剂选择等保持稠度稳定的措施。
3.1.3提高摊铺均匀性
定性和定量研究了减少摊铺过程中离析的措施及影响摊铺预压密实度均匀性的因素,提出了通过“拌和—运输—摊铺”系统分析选择适宜的摊铺速率等保证摊铺作业的连续性、提高摊铺均匀性的技术措施。
3.1.4增大预压密实度
通过对碾压混凝土路面成型机理和摊铺机性能的试验和分析,提出了保证摊铺后预压密实度85%以上的摊铺机(尤其是熨平板)选型要求和熨平板工作参数的选用原则。
3.1.5保证碾压的均匀性
通过理论分析和现场试验,从选择合适的压路机型号与参数(自重10t~12t,振频30Hz以上、振幅1mm以下)、适宜的碾压工作段长度、碾压次序与工艺参数等方面提出了保证碾压均匀性的关键技术。
3.1.6施工缝处理、基层平整度控制等
通过试验路的摸索,提出了施工缝的处理方法、基层平整度的控制原则、合理操作等一系列保证路面平整度的技术措施。
1995年7月完成的山西长治工业性试验路,在规模生产(每台班完成9m×300m以上)条件下,路面平整度水平(按照三米直尺最大间隙≤3mm或连续式平整度仪σ≤1.8mm要求)达到85%以上的高速公路优良标准。1996年铺筑的307国道山西段中碾压混凝土路面推广应用工程(约20km)在路面平整度和日进度指标上均超过了这一水平。因此,可以说从施工技术上已基本解决了碾压混凝土路面平整度这一世界性难题,为碾压混凝土路面在高等级公路上的大规模推广应用创造了条件。
3.2抗滑技术
以前由于路面平整度问题一直没有得到很好解决,碾压混凝土路面一直停留在低速交通阶段,路面防滑问题相应不很突出。但是要使碾压混凝土路面应用于高等级公路,抗滑问题是必须解决的一项关键技术。
为了解决碾压混凝土路面抗滑这一关键技术,“八五”攻关中对自然、洒水加速、缓凝、嵌压、硬性刻槽等抗滑处理方法进行了施工方便性、施工经济性的比较,并对各种抗滑处理方法路面抗滑能力的衰变规律进行了观测。结果表明,采用缓凝法和硬性刻槽法可使竣工时路面构造深度达到规定满足要求。课题组在对表面构造修筑工艺和解决微观构造的技术措施深入研究的基础上提出了碾压混凝土路面的抗滑处理原则:
(1)对于高速公路和一级公路,应采用缓凝法或硬性刻槽法进行表面处理,以形成要求的路表宏观构造。当粗集料抗磨光能力达不到现行规范要求时,需做抗滑表层(一次摊铺碾压成型)。
(2)对于其它等级的公路,可不作任何处理,依靠通车后行车的作用逐渐形成宏观构造,必要时可采取限速研磨措施,加速进程。
采用上述研究成果,基本可以解决碾压混凝土路面的抗滑问题。
3.3接缝技术
碾压混凝土路面由于在材料、施工工艺上与普通混凝土有一定差异,因此在接缝设计及施工上亦有其特殊性。“八五”攻关过程中进行了室内试验、理论分析和现场试验等,提出了碾压混凝土路面从接缝设置原则到施工工艺的成套技术,并在以下两方面取得了突破性进展:
(1)采用碾压混凝土材料的有关参数和路面板的有关指标,对碾压混凝土路面板的温缩应力、温度翘曲应力、干缩应力及荷载应力进行了计算,并结合试验路的观测结果,研究提出了全厚式碾压混凝土路面缩缝间距的建议值为6m~8m。
(2)在不破坏摊铺机结构的情况下,研制出纵缝拉杆设置装置,解决了全厚式碾压混凝土路面无法设置拉杆的世界性难题。
应用上述接缝设计和施工技术,基本上可解决碾压混凝土路面的接缝问题。
3.4其他配套技术
除上述关键技术外,在碾压混凝土材料试验方法、配合比设计方法、材料物理力学性能、外加剂和粉煤灰应用技术、施工质量检测等方面也已形成了一系列配套技术。
根据上述研究成果,已编制出具有指导性和实用性的《高等级公路碾压混凝土路面施工技术指南》(草案),为碾压混凝土路面施工技术在高等级公路上的应用、修订有关技术规范提供了支撑技术和科学依据。
(1)工艺流程的确定。钢筋混凝土灌注桩是建筑工程中最基础的工程之一,要想准确完成成孔的施工工序,首先需要对桩位进行复查,根据设计图纸检查各桩位的标识位置是否准确[2]。检查无误后将桩机就位,再对其进行校准。使桩位的标识钢筋点与锤头的中心点重合,经项目技术部人员进行核查,核查无误后进行下锤。下锤深度达到一定值后,进行井口护圈以及胶泥护壁的设置,以保障施工的安全进行。在成孔施工的过程中确保数据记录的完整性和真实性,严格记录每小时的下降深度。当孔深达到设计标准后,对底部的沉渣进行清理,确保沉渣量≦8mm,清理的过程中要及时注水,利用排污泵将污浆及时排出[3]。(2)钢筋笼的安装。制作钢筋笼时首先要根据本次多层车库工程施工图纸的设计标准严格控制笼体钢筋的规格、数量、间距等参数,完成放样下料[4]。制作顶笼时使用电弧焊接工艺和机械断面。当总桩长度确定后可制作底笼,底笼的制作工艺及质量与顶笼相同。(3)混凝土浇筑施工。①混凝土搅拌。本次工程采用C35强度等级、P8抗渗等级的混凝土材料,通过自动配料机进行自动配料,并使用强制式搅拌机进行机械搅拌。②混凝土运输。在完成混凝土的配置后,需将其运输到浇筑施工场地,在运输的过程中尽量避免装车过满,以免在剧烈震动时造成污染、浪费或引发离析或泌水现象。③混凝土浇筑。混凝土浇筑过程需保证一定的温度及速度,确保浇筑的连续性,以免出现断桩的现象。浇筑完成后将桩位的偏差控制在50mm以内[5]。
2主要施工技术
(1)孔径控制技术。该工程大约50m的钻探深度内可分为7层土层结构,为人工填土层、全新统中组海相沉积层、全新统下组沼泽相沉积层等。根据该工程的实际地理环境选择适合土质的钻机设备,通过对土质进行测试和分析,预防钻孔过程中发生沉陷或位移等现象。钻孔的过程中在一定的温度下首先将重量适当加大,随后经过不同的土层时依据土质的特性控制钻孔的速度,例如在硬土质层时适当加快钻孔速度,在软土质层时适当降低钻孔速度。(2)孔内沉渣控制技术。孔内的沉渣对桩基的承载力会产生极大的影响。在成孔的过程中一定要及时将孔内的成渣清理干净,可对渣样抽样调查来判断其清理程度,也可通过钻孔过程中的阻碍力度来进行判定。沉渣的检查需经过两次清孔,第一次为成孔之后,第二次为混凝土灌注时。(3)灌注桩断桩问题。该工程的混凝土灌注措施主要是通过孔口进行倒灌,这种施工技术容易出现蜂窝状孔洞。在实际灌注过程中由于灌注速度的控制不当,可能引发新灌注的混凝土将下部混凝土冲翻,使其停留在顶部。而当混凝土凝结后,部分桩基位置因内部密实度不够,而容易引起断桩的现象。(4)钻孔桩身偏差、桩位偏差问题。该工程所使用的钻孔灌注桩的施工技术在我国还未达到先进的技术水平,施工管理过程并未形成标准化规范。同时由于施工技术团队的专业水平有限,导致施工与管理存在脱节的问题,大多技术参数的误差均是由于人为因素造成。只有加强施工现场的安全管理控制,才能减少钻孔桩身偏差以及桩位偏差的问题。
3钢筋混凝土灌注桩施工过程存在的问题及处理措施
3.1施工中存在的问题
(1)桩底地基承载力不足。钢筋混凝土灌注桩主要的安全稳定性可能是由桩底地基的承载力不足造成。该工程土质结构较为复杂,可按力学性质分为18个亚层,每层所含的碎石、淤泥、灰渣、混凝土、粘土等物质均有所差异,部分土层分布均匀,部分土层分布不均匀,从而造成了地基结构的不稳定性。(2)缩径。钢筋混凝土灌注桩也可能因塑性土膨胀而发生缩径的现象。为了对其进行良好的控制,可在成孔的过程中,提高成孔速度,加大泵量,当成孔后孔壁因形成一层泥皮而提高其抗渗水性能,同时不会产生膨胀现象,也就避免的缩径的形成。也可通过反复扫孔的方法来避免孔径的缩小。
3.2质量控制处理措施
(1)严格进行材料控制。在施工过程中提高对材料检查与抽查的重视,可通过取芯抽样法进行检测,制定完善的监察制度。加强对安全检查人员的管理,通过三级安检的组织形式将标准化的规章制度贯彻落实,并建立考核奖惩制度,以此来激励员工负责任的完成各项工作。一旦发现误差问题,要进行严格的复查;同时对施工材料的规格和质量进行严格的控制,避免将不合格的材料用于建筑施工。(2)加强混凝土的科学配比。在进行混凝土浇筑时通常利用导管实现浇筑,但这种技术依然不能避免离析现象的出现,只有加强混凝土本身的科学配比,才能从根本上改变这一现状。在对混凝土进行配比时,首先要了解所使用的基础材料的规格、含水量等基本参数,该工程采用低收缩、低水化热水泥,因此要根据其参数调节适当的湿度以及温度,并完成取样测试,详细记录配比信息。(3)加强对混凝土搅拌时间以及坍落度的控制。混凝土的搅拌时间以及坍落度对灌注桩的堵管、断桩、夹泥等现象有一定的影响。混凝土的强度受其搅拌时间影响,合理控制搅拌时间能加强混凝土的强度。坍落度的控制主要可通过在施工中对混凝土面的标高以及导管的埋入深度进行控制,保持18cm~22cm的坍落度,并使导管保持在混凝土面2m~6m的置入深度最佳,避免将其提出混凝土面。当灌注至距标高8m~10m时,坍落度调整至15cm~18cm最佳。
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