多孔大直径钢筋砼圆管涵现浇法初探

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  中图分类号: K826.16文献标识码:A 文章编号:
  工程概况:
  1、1 前言 目前我局在建的公路工程圆管涵数量偏多,但落后的施工工艺严重制约着工程的施工进度等。本文所述钢筋砼圆管涵橡胶充气芯模整体现浇法,能够在保证工程质量的前提下大幅提高多孔大直径钢筋砼圆管涵的施工进度,对公路工程施工具有十分重要的现实意义。
  1、2 工程概况 坦桑尼亚TANGA项目位于坦桑尼亚TANGA省,全长119km。
  其中钢筋砼圆管涵管涵达160座,数量众多,技术复杂,对路基施工的连贯性和整体性有较大的影响, 是工程合同履约的关键因素。
  本文以三孔¢1200涵洞为例,介绍用橡胶充气芯模一次性浇筑钢筋砼圆管涵的施工工艺方法。
  2.施工工艺流程:
  涵洞洞身采用一次性浇筑成型,施工工艺流程为:测量放线→基坑开挖→基底夯实或者换填→垫层施工→大样放线→钢筋绑扎→底板垫块安放→模板支设→橡胶充气芯模安放→芯模充气、渗漏检查→侧面、顶面垫块安放→芯模固定→砼浇筑、养护→芯模、外模拆除。
  3.钢筋工程
  3.1绑扎顺序:砼垫层上放涵洞钢筋大样 涵洞主体底板钢筋与半圆钢筋绑扎、分布钢筋 涵洞进出水口的底板、翼墙、前墙钢筋绑扎;
  3.2 钢筋的搭接长度和布置按设计要求,其接头位置相互错开。为了保证钢筋骨架的整体强度,每个节点必须绑扎牢固并将绑扎扎丝节点朝向外侧,防止其尖端划破橡胶芯模。同时,在底板主钢筋上预穿10#铁丝,每1m一道,以便固定橡胶芯模。
  4. 模板工程
  涵洞洞身模板均采用标准钢模板及异性模板组合,外侧采用钢管脚手架支撑,涵洞上方用通长钢管对拉。
  支立模板时为了防止模板位移凸出,支立侧模时在模板外设立支撑固定模板支撑。
  模板安装完毕后,为保证位置准确,必须对其平面位置、平整度、垂直度、顶部标高、节点联系及纵横向稳定性进行检查,自检合格后方可报监理工程师抽检,监理工程师检验合格后方可浇注砼,浇注时,若发现模板有超过允许偏差值的可能应及时纠正。
  所有模板、钢管、扣件专用仓库均按规格堆放,使用前模板涂刷隔离剂,检查扣件是否失效并上油,拆模后模板、钢管、扣件及时回收、修整和保养,按规格分类堆放整齐以备用 。
  4.1 模板支撑设计(见下图表1)
  
  
  图表 1 管涵模板图
  4.2 砼侧压力验算
  新浇筑砼对模板侧面的压力,采用内部振捣器时,按下两式计算,并取其最小值:
  0.22(1)
   (2)
  式中: -----新浇筑砼对模板的最大侧压力(KN/m2);
   -----砼的表观密度(KN/m3),取25KN/m3;
   -----新浇筑砼的初凝时间(h),,(为砼温度,取35℃);
   ------砼浇筑速度(m/h),取4 m/h;
   -----砼侧压力计算位置处至新浇筑砼顶面的总高度(m),取1.7m;
   -----外加剂影响系数,本工程未掺外加剂,取1.0;
   -----砼坍落度影响修正系数,本工程坍落度为60~90mm,取1.0;
  经计算比较得知:42.5 KN/m2
  4.3 钢管支撑设计
  涵洞外侧搭设单排满堂脚手架,外侧底部、中部用直撑、斜撑加固,直撑、斜撑分别与打入地下的钢管及立杆分别用固定扣件和旋转扣件连接,¢48x3.5地下钢管打入基础1.0m深;顶部用通长钢管,与外侧脚手架用固定扣件连接;端部用3根通长钢管与外侧脚手架用固定扣件连接,形成一个不可变形体系的桁架,保证脚手架的稳定性、强度。钢模板采用P3015规格。
  依据新浇筑砼最大侧压力、施工期间活荷载及其他可能产生的荷载,按《建筑施工计算手册》及《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ 025)有关规定,经计算:
  其中 倾倒砼时产生的水平荷载为:6KN/m2;
   振捣砼时产生的荷载为: 4KN/m2;
   永久荷载分项系数取: 1.2;
   可变荷载分项系数取: 1.4;
  钢管、钢模板的抗拉、抗弯强度设计值为:215N/mm2
  4.3.1管涵砼断面见图表 1
  新浇筑砼对模板的压力=42.5KN/m24.3.2倾倒砼时产生的水平荷载=6.0KN/m24.3.3振捣砼时对模板的荷载 =4.0KN/m24.3.4计算模板支架的轴向力设计值:
   + =65KN
  钢管强度验算:
  已知钢管φ48*3.5,面积=489.303mm2 ,钢材的抗压强度设计值=215(N/mm2),间距为700700mm,则σ= =650.70.7103/489.303=65.09(N/mm2)<=215(N/mm2),故强度符合要求。
  通长对拉钢管计算:
  31.85KN
  每根钢管可承受拉力为:
  489.303215105200.1N=105.2KN>31.85KN
  故满足要求.
  外侧模板的强度验算
  16.98KN/m
  砼侧压力的有效压头高度: m
  两端弯矩
  跨中弯矩
  <215
  故强度满足要求。
  5.4 模板安装
  依据测量工程师在垫层上测量放线的模板大样图,现场组装钢模板,模板连接严密,支撑牢固,保证砼浇筑过程中不发生变形和漏浆;对于涵洞的中线和轴线,测量工程师用全站仪仔细核对无误后,引至底板砼垫层上,用線锤和2.0m长的水平尺控制其垂直度,将模板进行调整和校核,然后固定好模板和支撑。模板安装完毕后,由测量工程师测量复查涵洞的中线和轴线以及涵洞洞身顶部标高等,并在顶部标高处画线,拉细绳,作为砼浇筑的顶部控制线。
  5.5模板拆除
  待砼达到2.5Mpa保证砼表面及棱角不损坏的情况下时,即可拆除外侧模板。
  模板拆除后,立即将模板清理干净、上油和分层分规格堆放整齐,层间用方木支垫,避免锐器损伤模板表面。在施工中发生变形的钢模板,调校符合要求后方可投入使用。
  6.橡胶充气芯模安装
  6.1 芯模的检查和验收
  安装芯模前,必须仔细将其打开检查,充气,通过气压表来观测芯模内的气压,当充气压力达到设计值时(¢1200压力值为2.50MPa)停止充气,记录气压表读数,仔细检查芯模是否有严重的开裂、沙眼等质量隐患,及时采取补救措施,检查合格后方可使用。
  6.2 入模
  入模前,将芯模外面涂刷隔离剂,保证脱模顺畅,不与砼粘结,以防撕裂橡胶芯模。隔离剂配合比为:石蜡:煤油=1:(2-2.5),熬化温度70℃,此配合比可根据当地气温进行调整,以涂刷后能够快速凝结即可。
  用人工将芯模托起后小心地穿入已浇筑完毕底板砼的钢筋笼中,并使充气嘴处在外面。橡胶芯模外露长度必须大于500mm,以防位移。
  6.3 充气
  打开进气阀门充气,并用压力表控制监测芯模内的气压;
  当气压达到设计使用压力时关闭进气阀;
  注意充气时不得超压,以防橡胶芯模爆裂,也不得欠压,以防变形、砼外观尺寸无法保证。
  注意:所用充气气泵必须大于8m3。
  6.4固定
  ¢1200的管涵属于大直径,芯模极难控制,这是影响工程质量的一道关键程序。在振捣砼时芯模会出现上浮、位移,故应在各个方向上进行固定;
  一是用预埋10#铁丝绑扎牢固,二是用特制的砼垫块安防在橡胶芯模的左、右、上三处位置上,其位置必须在同一个断面上,间距1000mm,三是用10*1000mm的竹胶板在顶部通长加固。砼垫块为特制垫块,尺寸详见图表 1 管涵模板图。
  6.5芯模的拆除
  砼终凝后打开芯模阀门放气,即可将芯模抽出,脱模时间可视水泥性质和砼强度而定,本工程拆模时间经反复实践确定为浇筑后8h。
  6.6冲洗芯模胶囊
  充气芯模的脱模时间根据水泥特性和砼强度来确定,本工程使用42.5N普通硅酸盐水泥,砼强度为:C30,环境温度为:35℃,经实践确认拆模时间为:砼浇筑后8h。若拆除芯模时间过晚,会增加芯模的拆除难度,因此在砼浇筑8h后,随即放气,拆除芯模。
  脱模后,立即用尼龙刷将芯模表面的水泥浆清理干净,充气仔细检查,叠放好,并用遮阳布遮盖,防止橡胶老化,以备下一个涵洞使用,同时注意转移过程中避免触及尖锐硬物,以防损坏。橡胶芯模不得沾油剂,防止发生化学反应,损坏橡胶芯模。进气阀门及气压表防止发生碰撞,小心保护。
  6.7橡胶芯模胶囊接长
  涵洞分布于119km的战线上,长度不一,无法订购各种长度的橡胶芯模胶囊。芯模过长加工质量也不能保证,安放、运输都会增加难度。为节省成本,根据设计图纸,订购了几种可以组合长度的芯模,超出长度的涵洞,橡胶芯模进行两个接长,以满足工程需要。
  橡胶芯模胶囊接长所用材料:10mm铁皮,直径1200mm的包箍,铁皮宽度必须大于1500mm,以保证每个橡胶芯模胶囊深入铁皮筒内大于750mm,充气时不至于胶囊会自动脱离铁皮筒。铁皮长度必须大于L=2*3.14*600mm,以保证能够加工成直径1200mm的圆筒。
  首先,将直径1200mm的包箍用螺丝上紧,然后充气,最后检查铁皮筒是否与橡胶芯模胶囊互相紧密在一起,检查无误后,进行下一道工序的施工。
  拆模后,下一个涵洞铁皮筒可以继续重复利用。
  橡胶芯模胶囊接长图详见:图表 2橡胶芯模接长图
  
  
  图表 2 橡胶芯模接长图
  7.砼浇筑
  7.1砼浇筑顺序
  涵洞洞身浇筑顺序:底板→安放胶囊→侧墙→顶板
  7.2砼搅拌和运输
  本工程使用拌合站型号:JS500
  采用拌合站集中拌制砼,严格按照材料规范要求对石粉、石子、水泥等材料检验,根据试验配合比进行现场计量,严格控制水灰比,并将坍落度控制在60~90mm。搅拌均匀方可出仓。作业过程中严格控制水的用量,防止水过多,砼出现离析现象。
  材料入仓顺序:石子→石粉→水泥→水。
  本工程采用8m3砼罐车运输,运距控制在20km内,防止离析,保证砼的和易性。
  7.3砼浇筑
  浇注前先对支撑、模板进行检查,模板内的杂物、积水应及时清理干净,模板如有缝隙必须填塞嚴密,必要时还要重新安装模板。
  为了防止砼自高处向模板内倾卸时发生离析,在浇注砼时,倾卸高度不超过2米,必要时通过串筒下落。
  砼按一定厚度顺序和水平方向分层浇注,上层砼在下层砼初凝前浇筑完成。
  7.4砼养护
  坦嘎地区气温高、缺水且风力大,浇筑的砼失水很快,因此待砼表面收水并硬化后及时进行养生,立即用麻袋片覆盖,并喷水湿润麻袋片,防止失水过快而出现裂纹,根据气温,掌握恰当的时间间隔,保持砼表面湿润,专人养护,保湿养护7d时间。
  8.施工关键点
  8.1 涵管的外模和钢管脚手架等必须有足够的强度、刚度和稳定性,以保证砼浇筑过程中不跑模和变形。
  8.2对芯模事前要仔细检查其是否有沙眼和伤痕等,放入钢筋笼时必须用人工将其托起,小心穿入钢筋笼内,绑扎钢筋时钢筋的扎丝头必须朝外,以防将橡胶芯模刺破;
   8.3 橡胶芯模接长也是本项目施工的一个技术革新点,减少了施工成本,提高了工作效率。
  8.4 涵洞洞身砼要先浇筑底板,再安防橡胶芯模,最后浇筑侧墙及顶板的顺序,以减少对橡胶芯模的破坏。
  结束语:通过本工程的实施,对于现浇钢筋砼圆管涵的施工组织、施工工艺、施工方法及施工经验有了更进一步的熟悉和掌握,但管身作为整体现浇、管身通长未设沉降缝与温度缝、对其如何避免沉降和热胀冷缩等问题,还有待于深一步研究。
  
  
  参考文献:
  1、《建筑施工手册》(第四版缩印本) 中国建筑工业出版社  作者:《建筑施工手册》(第四版)编写组
  2、《建筑施工计算手册》  中国建筑工业出版社 作者:江正荣
  3、《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ 025)人民交通出版社   主编:交通部公路规划设计院
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