新型三段式穿墙止水螺杆在水利工程中的应用改进

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  【摘 要】改进的三段式穿墙止水螺杆是从一段式穿墙螺杆发展过来的,经历了无止水一段式、焊接金属止水片一段式、焊接金属片三段式、二氧化碳保护焊接金属止水片三段式到现在最新型的改进后把止水片改进为遇水膨胀止水环,既省去焊接工艺,省时省力又降低了成本,提高了施工质量,达到不漏水、使用周期长的目的。通过在南水北调配套工程箱涵上的应用,取得了极大的成功。改进型三段穿墙止水螺杆达到了侧墙模板支立完美的效果,必将在有防潮防水要求的广大工程领域得到长足的应用与发展。
  【关键词】一段式穿墙螺杆1;一段式焊接金属止水片穿墙螺杆2;三段式焊接金属止水片穿墙螺杆3;三段式二氧化碳保护焊金属止水片穿墙螺杆4;遇水膨胀止水环5;改进型6;南水北调配套
  南水北调配套工程总干渠已经修建完毕,配套工程正在如火如荼的进行。为了减少永久占地,南水北调配套工程输水管线的设计特点是流量小的线路一般是管道形式,流量较大、需要过水断面大的线路均设计成了混凝土地下方涵。混凝土方涵一般在几十公里到上百公里之长,施工过程中混凝土穿墙对拉螺栓用量是极其大量的,并且也关系到方涵的止水效果。本文总结新型三段形止水螺杆在前期南水北调配套工程中的应用效果,以求为后期的配套工程方涵施工带来些许便利。
  穿墙对拉螺栓施工方便、受力效果好、施工成本相对较低在建筑物墙体模板支立中应用极其广泛,但是发展到今天也是经过了从一段式到三段式;从无止水到有止水;从有止水到改进止水等曲折的发展历程,目前改进型三段式穿墙止水螺杆在河北省南水北调配套工程过水压力箱涵工程施工中应用取得了广泛的成功。以下简述穿墙对拉螺栓的发展历史及改进型的应用。
  1、穿墙对拉螺栓的发展历史
  1.1、一段式穿墙对拉螺栓
  穿墙对拉螺栓在建筑工程应用已久,无论从施工方便、受力效果、施工投入、施工工期各个方面都是加固混凝土侧墙模板的最有效方法,施工简便、成本低、效率高。一段式穿墙对拉螺栓形式如下图所示
  这种一段式穿墙对拉螺栓,只有穿墙对拉作用,安装模板时候模板内侧需要辅助支撑系统,通常是使用职称木杆职称模板,待混凝土浇筑到支撑层面再打除木支撑,或使用水泥垫块等靠钢筋骨架支撑。使用木支撑浪费人力及木材,而且施工过程中如果操作工人责任心不强,会有木支撑遗留在混凝土内,造成混凝土质量问题。使用水泥垫块靠钢筋骨架支撑方法,严格来说是违规操作,人为的使钢筋骨架和模板受力系统联系到一起,严重时会使钢筋骨架变形,严重影响钢筋混凝土结构质量。
  这种穿墙螺杆拆模时需要先拆卸模板,由于墙外螺杆阻力大,拆卸难度大,费时费力,模板损耗大。而且这种穿墙螺栓拆模后螺栓头不易处理,一般是通过气割截去螺杆,过程复杂施工慢,墙体局部因高温易出现水泥崩裂现象,气割造成的混凝土表面颜色严重影响建筑物外观,且很难去除。
  最为重要的是这种一段式穿墙螺杆遇到止水混凝土就具有致命的局限性,由于穿墙对拉螺栓破坏了混凝土自身的防水性能,所以形成了沿着对拉螺栓的一个渗水通道。笔者在2000年左右在秦皇岛某输水工程压力箱涵曾目睹过一段式对拉螺栓应用后,顺螺栓渗漏的工程实例。处理起来相当麻烦,费工费力还达不到防渗混凝土原有效果。
  为此好多工程简直就不用对拉螺栓,使用双侧整体模板加固措施,浪费了大量的人力物力,还带来了一定的安全隐患。
  1.2一段式止水拉杆
  鉴于一段式螺杆的以上弊病,有人研制了一段式止水拉杆,即在螺杆中间焊接止水片,克服一段式穿墙螺栓的遇到防水混凝土的致命缺点,如下图所示:
  由于止水片焊缝也很难保证不渗水,后来又有人改进,为了保证焊缝不漏水,采取了较为严格的CO2气体保护焊,“无焊渣、无焊缝”,达到所谓止水效果百分百。
  这种一段式止水片螺栓是因为中间的止水片起到隔离作用,致使渗透水无法通过止水螺杆,可以有效起到止水作用。但是在一些施工完毕的工程中却意外发现以下现象,就是在施工完毕的一两年内使用带有止水螺杆施工混凝土的侧壁不出现渗漏现象,但是在两三年后墙体就会出现渗漏现象。原因是外露螺杆需使用气割割除,螺栓头割除后表面处理难以达到螺杆保护层的目的,在潮湿环境下穿墙螺栓长时间腐蚀,致使止水片腐蚀后漏水。所以这种一段式止水穿墙螺杆非但没有解决一段式穿墙螺杆的其它弊病,就是单就止水来说也不尽如人意。
  1.3、新型三段式止水螺杆
  随着施工技术的进步,现在应用的新型三段式止水螺杆,改善了一段式止水对拉螺杆在现浇砼施工中诸多弊端,如:使用传统对拉螺杆,模板脱模难度大;对竹、木模板破损大;外露螺杆需使用气割割除;施工工序繁多、防水性能减弱。
  新型防水对拉螺杆,两端外露螺杆部分可回收、循环使用,模板可大面积一次性脱模,工效提高10~20倍,简化了施工工序,减少施工成本,增强了结构抗渗能力,有效地保证了施工质量、进度。
  新型三段式治水螺杆形式如下图:
  新型三段式止水螺杆,由内杆、锥形螺套、内牙六角螺帽及外杆组成。根据设计要求的结构厚度制作内、外杆件,有防水要求的结构,在内杆中部加焊止水片,内杆通过连接部件与外杆连接,连接部件由橡塑锥形螺套及内牙六角螺帽组成,锥形螺套外侧面起结构厚度定位作用,所以可以不用支撑木杆、水泥垫块,更方便施工节省材料,也防止了模板靠钢筋骨架支撑容易挤压变形。
  新型三段式止水螺杆实物图如下:
  新型止水螺杆分为三段:中间部分是止水螺杆,根据工程墙体的厚度定制生产螺杆的长度。两端螺杆通过螺丝与中间螺杆连接,两端的螺杆为带梯型扣的周转螺杆,可以轻松拆卸并周转使用。在使用时无论中间螺杆多长,都可以与之匹配使用。中间的防水螺杆部分采用CO2气体保护焊,“无焊渣、无焊缝”,保证止水效果。
  在施工过程中,两端的螺杆可以轻松拆卸,先拆卸墙外螺杆(墙内外螺杆通过螺丝相连,用扳轻松拆卸),此时模板无任何阻力,故可以轻松拆卸。操作简单省时省力,不但省去了传统螺杆的气割工序,而且模板零损耗,而且节省30%模式板,同时能提高50%的工作效率。   新型螺杆完全不需要气割,也就克服了墙体局部因高温易出现水泥崩裂现象,由于气割造成的混凝土表面颜色严重影响建筑物外观也就不存在了。无排放无污染,墙体平整,拆卸过程无损毁,建筑物混凝土外观良好,利于后期施工。
  通过特殊砂浆封堵能起到螺杆保护层作用防止螺杆腐蚀,也就克服了时间长了止水片腐蚀漏水的弊病。
  正是由于新型三段式止水穿墙螺杆的诸多优点,才使它目前仍然在混凝土建筑物的工程施工中广泛应用。
  但是这种新型的三段式止水穿墙螺杆的止水片仍然是金属薄片,靠焊接止水,要求操作工人技术良好、责任心强,还得有严格的检查程序,否则极易造成焊缝漏水,由于穿墙螺杆使用数量很大,稍微不慎就会留下质量隐患。焊接环节也浪费了大量的人力与工期。
  虽然靠砂浆保护层阻止了潮湿环境对穿墙螺栓的腐蚀,但是后补的砂浆必定达不到原状混凝土的效果,现在的水利工程往往使用周期在50年至100年,时间久了也难免止水片腐蚀渗漏。也就是说这种新型三段式止水穿墙螺杆,在止水片处还是质量薄弱环节。
  2、新型三段式止水穿墙螺杆的改进
  为了克服新型三段式止水穿墙螺杆焊接止水片焊接浪费人力存在质量隐患及使用周期长了存在质量薄弱环节弊病,采用新型的材料---遇水膨胀胶条代替金属止水片,能达到意想不到的效果。
  遇水膨胀橡胶是一种独特的橡胶新产品,该种橡胶在遇水后产生2-3倍的膨胀变形,并充满接缝的所有不规则表面、空穴及间隙,同时产生巨大的接触压力,彻底防止渗漏。当接缝或施工缝发生位移,造成间隙超出材料的弹性范围时,普通型橡胶止水材料则失去止水作用。而该材料还可以通过吸水膨胀来止水。使用遇水膨胀橡胶作为堵漏密封止水材料,不仅用量节省,而且还可以消除一般弹性材料因过大压缩而引起弹性疲劳的特点,使防水效果更为可靠。
  遇水膨胀止水条具有如下特点:
  ①浸水膨胀,“以水止水”;
  ②膨胀速度慢,浸水186h其膨胀率≤最大膨胀率的50%;
  ③施工方便,价格低廉
  ④无毒无污染
  ⑤在长时浸水作用下无溶解物析出;
  ⑥与其他亲水膨胀止水带相比最大的分别是它的亲水膨胀性经长期的反复膨胀后仍没有失去。
  ⑦耐老化、耐腐蚀,使用寿命长,可以伴随整个工程的使用年限。
  3改进型三段式止水穿墙螺杆在南水北调输水压力箱涵的应用
  3.1配套工程涵洞
  南水北调主干渠已经建成通水,沿线各个城市都在建设配套工程。为了减少永久占地南水北调配套工程输水管线的设计特点是流量小的线路一般是管道形式,流量较大、需要过水断面大的线路均设计成了混凝土地下方涵。混凝土方涵一般在几十公里到上百公里之长,一般南水北调配套工程的箱涵断面如下图形式:
  图五 南水北调配套工程箱涵断面图
  南水配套工程箱涵侧墙高度2.5m至6.5m不等,施工过程中混凝土穿墙对拉螺栓用量是极其大量的,为了减少占地,箱涵均为地下工程,如若漏水修复极其困难,还涉及到二次征地的诸多问题,更何况每一条输水线路直接担负城市工业、民用水源停水损失巨大,所以箱涵的质量保证及验收手段也是极其严格的。
  3.2施工工艺
  为此我们采用了改进型三段止水穿墙螺杆,施工步骤如下:
  改进型三段止水穿墙螺杆施工流程图
  3.3施工准备:根据箱涵施工断面结构编制,模板专项施工方案,通过计算确定穿墙螺杆的纵向横向间距,确定所需的止水螺杆数量及配件的数量,配件能周转,中间段及遇水膨胀止水环不能周转。对模板工进行施工技术交底。
  3.4安装步骤:
  将锥形与内杆连接旋紧,达到箱涵侧墙结构厚度,预先放置在绑扎好的墙体钢筋骨架内,注意间距位置。
  根据模板施工专项方案所计算的纵横向螺栓位置,预拼装模板,然后安装一侧模板,对孔将外杆从外侧穿入模板,与内牙六角螺帽连接。安装另一侧模板,按照施工专项方案计算的纵横向螺栓布置钻孔的位置,将另一端外杆从外侧穿入模板,与另一侧内牙六角螺帽连接。锁紧止水螺栓的外杆和锥形连接部件,对模板进行加固。
  然后浇筑混凝土,浇筑过程中派专人看护,一旦出现异常情况,马上停止浇筑,紧急处置。待混凝土养护达到一定条件后拆除模板及螺杆外部部件,然后用六角扳手旋下锥形连接件,在混凝土表面形成一个空洞,再用专用封堵砂浆封堵。
  3.4安装注意事项:
  ①安装过程中应遵循操作顺序。
  ②安装过程中两端螺杆与中间螺杆相连接的螺丝一定要旋紧。
  ③两端的塑料胶垫一定大头向外,一利于模板的固定,二便于后期取出。
  3.5应用效果
  改进型三段式止水穿墙螺杆避免了焊接止水片浪费人力、物力。遇水膨胀止水胶条安装操作极其方便,节约了操作程序,降低了工期成本。同时克服了金属止水片存在质量隐患及使用周期长了存在质量薄弱环节弊病。南水北调配套工程使用后充水试验效果良好,没有出现漏水现象,经过两年多的通水运行,没有出现穿墙螺杆漏水的现象。
  结语:改进型三段止水穿墙螺杆,是一项先进的技术,克服了传统的穿墙螺杆的一切缺点,使用安全可靠,减少了焊接、各出工序,操作方便,降低了操作工人的劳动强度,同时降低了预算成本,工期成本,在现阶段的施工技术环境下几近完美,必将在水利工程、市政工程,建筑地下工程、人防工程、港行工程等各个施工领域得到广泛的应用。
  参考文献:
  1、石全《浅谈新型止水螺杆在地下墙体模板施工中的应用》 豆丁网
  2、关瑞勋.谭永祥《新型三段式对拉螺杆在模扳工程中的应用》[期刊论文]-广东建材2013.
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