李冰黎,李哲,劉振山
(中交一航局第三工程有限公司,遼寧 大連 116001)
混凝土結(jié)構(gòu)施工是整個工程施工期的核心工序,選用合適的施工技術(shù)對施工過程的影響極大?;炷潦┕ぜ夹g(shù)從大的工序可劃分為模板、鋼筋、混凝土,與傳統(tǒng)港口或船塢相比,草街船閘工程的混凝土施工具有以下特點和難點:
1)結(jié)構(gòu)特點:尺寸大、墻體高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工程數(shù)量大。船閘基坑最大深度達63m,混凝土總量達到60萬m3,超過2 000個倉面;出于大體積防裂考慮,船閘混凝土主要為低標號低坍落度多級配混凝土。
2)施工難點:施工場地狹長,施工干擾大,工期要求高,施工強度高。施工范圍長達1 500 m,深基坑寬度僅23 m,基坑需要布置的大型設(shè)備多,設(shè)備之間以及施工工序之間的干擾大,而其混凝土澆筑強度高(4萬m3/月),高強度施工持續(xù)時間長(7個月)。
針對以上特點和難點,如何在確保施工質(zhì)量、安全的前提下,保證持續(xù)的高強度施工是很大的考驗,需要采取綜合的施工措施,精心組織才能保證施工強度和施工質(zhì)量。
傳統(tǒng)的水利水電工程施工一般采用組合鋼模板工藝,它具有一定的強度和剛度,且自重較輕,但存在拼縫較多、整體性差、澆筑的混凝土面不夠光滑等缺點,同時支立速度緩慢,主要是人工操作,周轉(zhuǎn)次數(shù)也較大片鋼模板少。
為了確保施工進度和質(zhì)量,船閘工程選擇使用大片鋼模板工藝。這種模板具有安裝和拆除簡便、尺寸準確、板面平整的特點;施工工藝簡單、進度快、質(zhì)量好;工業(yè)化、機械化施工程度較高,綜合經(jīng)濟技術(shù)效益好。這種模板的使用,大大節(jié)約了倉面準備的時間。
在一些斷面變化大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的部位,通過經(jīng)濟比較,選用了更輕便、更利于保證結(jié)構(gòu)尺寸的組合鋼模板、膠合板模板、定制異形鋼模板進行施工。
安裝間牛腿尺寸大(外伸4.5m),距下方高度達31.5 m,如在外側(cè)采用鋼管腳手架作為支撐,則工程量較大且對工期不利;如采用施工平臺搭配鋼管腳手架作支撐,施工平臺的吊裝拆除又具有極大的安全隱患。經(jīng)詳細計算和多次討論,其模板的支撐均采用內(nèi)拉法施工,即在內(nèi)側(cè)埋設(shè)型鋼立柱,將模板與立柱通過鋼筋焊接拉緊。內(nèi)拉模板簡化了施工工藝,加快了施工進度。
在船閘閘首閥門井施工中,為了保證豎井的內(nèi)壁質(zhì)量,同時考慮模板便于支拆,取消了傳統(tǒng)施工中常用的“穿心板”工藝,采用了可調(diào)的柔性陰角鋼模板工藝。即采用較薄的鋼板作為面板,轉(zhuǎn)角部位后側(cè)不設(shè)加勁肋結(jié)構(gòu),形成柔性陰角鋼模,通過焊接在陰角內(nèi)側(cè)的調(diào)節(jié)桿,調(diào)節(jié)陰角模板的角度。支立時后支角模,拆除時先拆角模,支拆簡便,實體質(zhì)量優(yōu)良,實踐效果極佳。
鋼筋工程主要采取了以下施工措施:
1)在鋼筋直徑較大、數(shù)量較多的部位,采用了等強滾軋直螺紋套筒連接工藝[1];在直立筋接高部位,采用了電渣壓力焊連接工藝[2]。節(jié)約了倉面鋼筋制綁時間,降低了接頭成本,提高了工效。
2) 對一些特殊部位,例如豎井結(jié)構(gòu)鋼筋施工,采用了后方綁扎、整體吊運安裝的工藝,大大節(jié)約了倉面準備的時間。
船閘工程的混凝土均為自產(chǎn),同時需滿足樞紐其他部位的供應(yīng),因此在骨料加工系統(tǒng)和拌和系統(tǒng)設(shè)計時,以滿足最大強度為基礎(chǔ),在配合比設(shè)計中進行了多次優(yōu)化。系統(tǒng)運行時配備專人負責骨料的加工控制和拌和系統(tǒng)的供應(yīng)調(diào)度工作和質(zhì)量控制工作,確保了混凝土高質(zhì)量供應(yīng)。
船閘工程澆筑點較為分散,且倉面數(shù)量較多,因此選擇自卸汽車進行水平運輸。
自卸汽車的選型與數(shù)量配備由入倉設(shè)備的效率計算得出,而入倉設(shè)備的效率由倉面設(shè)計計算得出。
以船閘工程較為多見的倉面(20m×15m×3 m),以6 m3吊罐入倉為例,計算如下:
1) 倉面設(shè)計因倉面面積較大,故采用臺階法下料,見圖1。每鋪筑1次需要的混凝土方量,即將所有臺階覆蓋1層需要的混凝土量[3]:
圖1 臺階法下料示意圖(單位:cm)Fig.1 Sketch ofmaterialpreparation bybenchmethod(cm)
式中:L為澆筑倉面短邊長度,取15 m;v為吊罐容積,取6m3;δ為鋪料厚度,即臺階高度,取0.5m;n為臺階數(shù);取3/0.5=6。
以混凝土初凝時間4 h,即混凝土鋪料允許間隔時間4 h計算,需要入倉設(shè)備的每小時混凝土入倉效率為155.88m3/4 h=38.97m3/h
2)自卸汽車的選型與數(shù)量配備
采用6 m3吊罐入倉,要求自卸汽車載重量≥6m3×2.4 t/m3=14.4 t,因此選擇15 t或者20 t自卸汽車。
以運距1.5 km,考慮其他因素計算,汽車運輸工作循環(huán)時間T約為25min;
每小時吊運入倉次數(shù)為n≥38.97m3/h÷6m3=6.495次,取整為7次。
自卸汽車的數(shù)量配備N≥nT/60=7×25÷60=2.917臺,取整為3臺,即配備3臺15 t或20 t自卸汽車即滿足施工要求。
實踐證明,通過以上計算過程最終確定的自卸汽車配備,滿足船閘混凝土施工強度的要求,未有因運力不足影響澆筑的情況發(fā)生。
入倉設(shè)備和入倉工藝根據(jù)混凝土特性的不同,有不同的澆注方式選擇,見表1。
表1 不同入倉設(shè)備和工藝適用混凝土特性Table1 The concrete characteristicsby different warehousing equipmentand technologies
船閘工程中,根據(jù)對混凝土設(shè)備入倉效率的要求(38.97 m3/h),結(jié)合不同施工部位、不同結(jié)構(gòu)、不同場地條件,采取了多種入倉工藝相結(jié)合進行混凝土施工。
1)挖掘機入倉
對于倉面斷面較小,結(jié)構(gòu)高度較低的部位,例如閘室底板和導(dǎo)墻下部結(jié)構(gòu)等,采用了挖掘機入倉工藝。倉面斷面?。?.5~4m)的部位,單側(cè)場地條件好,采用普通挖掘機入倉;倉面斷面稍大(4~15 m)的部位,單側(cè)場地條件好,采用長臂挖掘機入倉;倉面斷面大于15m,但兩側(cè)場地條件較好的部位,采用2臺長臂挖掘機入倉。
該工藝較為簡單,可操作性強,對混凝土性能要求低,施工成本低,大大提高了澆筑效率,減少了吊車的作業(yè)時間,但受場地條件和結(jié)構(gòu)形式影響大。
2) 布料機入倉
對于倉面斷面在20m以內(nèi),但場地條件不能滿足長臂挖掘機入倉的部位,例如閘首閘墩的下部結(jié)構(gòu)等,采用了布料機入倉工藝,見圖2。
圖2 布料機入倉Fig.2 W arehousing concrete spreader
該工藝對骨料粒徑無要求,適用于低坍落度混凝土澆筑。布料機可360°旋轉(zhuǎn)布料臂,澆筑范圍大,但在膠帶傳送過程中,水泥漿損失嚴重;布料機最大仰角(輸送四級配混凝土)為15°~16°,對結(jié)構(gòu)高度較大的船閘工程不適用;需配備挖掘機作為施工輔助設(shè)備,且在施工中皮帶容易跑偏,需要現(xiàn)場設(shè)專人進行看護。
3)履帶式吊車入倉
對于作業(yè)面相對分散,且結(jié)構(gòu)尺寸和結(jié)構(gòu)高度超出挖掘機和布料機覆蓋范圍的部位,例如上、下引導(dǎo)墻的上部結(jié)構(gòu),采取了流動的履帶式吊車配備6方吊罐入倉的工藝。
該工藝適用于低坍落度多級配混凝土入倉,可直接用自卸汽車進行混凝土的水平運輸和喂料,但起重能力、起升高度對澆筑速度影響較大。
4)三級配地泵入倉工藝
對于澆筑點較為集中,結(jié)構(gòu)高度較高,澆筑量較大的部位,采取了三級配地泵入倉工藝。
該工藝要求混凝土坍落度>8 cm,可用于澆筑最大骨料粒徑為80 mm的混凝土,額定垂直最大輸送高度60m,滿足結(jié)構(gòu)高度要求。但其架設(shè)難度大,不便移動,不利于大面積倉面澆筑;需配備汽車吊和挖掘機作為施工輔助設(shè)備;堵管后疏通過程較長。
5)門式高架門機入倉
船閘主體結(jié)構(gòu)尺寸大(最大斷面寬39.8 m),結(jié)構(gòu)高度高(最大63 m),澆筑強度高(近40萬m3混凝土要在1 a完成澆筑),澆筑范圍相對集中(船0+0~船0+286),通過設(shè)備選型,安全、經(jīng)濟的綜合比較,采取了MQ600高架門機配備6 m3吊罐入倉的工藝,見圖3。
圖3 上閘首高架門機Fig.3 Upper lock head gantry crane
根據(jù)設(shè)備性能和總體施工布置,在船閘主體共布置3臺MQ600高架門機,分別布置在上閘首、閘室、下閘首的底板上,軌道沿順水流方向布置。
該工藝適用于低坍落度多級配混凝土入倉,可直接用自卸汽車進行混凝土的水平運輸和喂料,起重能力、起升高度相對于履帶式吊車有較大提升,受場地條件制約較小,且澆筑速度快,綜合成本低。
6)其他輔助工藝的運用
在結(jié)構(gòu)高度較高,上方有便利的施工道路和管架搭設(shè)的部位,采用了“溜槽—串筒”工藝,在保證混凝土質(zhì)量的前提下,省去了吊車作業(yè),同時,單倉澆筑時間也減少為原工藝的80%。
傳統(tǒng)的手動單顎式料門操作不便,下灰過程中難以閉合,混凝土堆積較厚,不利于分層振搗。通過比選,改制為操作便利的雙顎式弧門,并引入液壓啟閉系統(tǒng)。依靠吊起臥罐時罐體及物料的重力產(chǎn)生液壓實現(xiàn)弧門的開啟,可輕易實現(xiàn)單罐混凝土3次啟閉下灰,有效地控制下料部位和混凝土堆積高度,見圖4。
圖4 改進的混凝土吊罐Fig.4 The im proved concrete bucket
1)倉面準備和倉面澆筑是混凝土施工的兩大控制性工序,其中倉面準備的重點是模板工序和鋼筋工序,而倉面澆筑的重點是合理的入倉工藝的選取。因此,模板、鋼筋、入倉三道工序的施工水平?jīng)Q定了混凝土施工的水平,也在很大程度上是判斷一個工程過程控制好壞的決定性指標。
2)合理的倉面設(shè)計對混凝土施工進度和質(zhì)量有極大的影響。項目部設(shè)計了“混凝土倉面澆筑工藝設(shè)計表”,對參與混凝土施工的各項設(shè)備、機具、人員進行規(guī)范化調(diào)配和管理,實際應(yīng)用中取得了不錯的效果。
3)結(jié)合不同施工部位、不同結(jié)構(gòu)、不同場地條件,采取多種入倉工藝相結(jié)合進行混凝土施工。實踐證明,這種綜合的混凝土施工既解決了入倉問題,也有效控制了施工質(zhì)量、施工進度和施工成本。
[1]JGJ108—1996,帶肋鋼筋套筒擠壓連接技術(shù)規(guī)程[S].JGJ108—1996,Specification for pressed sleeve splicing of ribbed steelbars[S].
[2]JGJ18—2012,鋼筋焊接及驗收規(guī)程[S].JGJ 18—2012,Specification for welding and acceptance of reinforcingsteelbars[S].
[3]水利電力部水電建設(shè)總局.水利水電工程施工組織設(shè)計手冊:第三卷[M].北京:中國水利水電出版社,2001.General Administration ofWater Resources and Hydropower Development of HHPDI.Construction organization design manual of hydraulic and hydroelectric engineering:volume III[M].Beijing:ChinaWater Power Press,2001.