橡胶抽拔管成孔技术在石武客运专线遂平梁场预制箱梁施工中的应用

李唐军

(中交一公局海威工程建设有限公司,北京 101100)

1 概述

近年来,随着我国高速铁路和客运专线建设速度加快和规模扩大,对施工过程中引进新技术、新工艺的需求日益增大。努力寻求各种降低消耗、提高工效的新工艺、新技术、新材料等降低成本的技术措施,放大投入与产出剪刀差、加快施工进度成为各个施工企业亟需解决的问题[1]。预应力管道采用橡胶抽拔管成孔提高了预应力管道成孔质量,代替波纹管永久预埋成孔,变为利用橡胶抽拨管重复利用成孔,节约成本[2]。

遂平制梁场负责生产箱梁630孔,含32 m双线简支箱梁624孔,24 m双线简支箱梁6孔。供梁范围为DK890+737～DK911+881.15,总长21.144 km 。每孔箱梁共有27孔预应力管道,孔道长度及钢绞线弯折角度均不大,考虑到施工方便和经济实用两大因素,选用抽拔管成孔。

2 橡胶抽拔管成孔技术

2.1 施工原理

抽拔管抽拔制孔的原理:在抽拔管一端施加一定拉力后,抽拔管将伸长,同时外径缩小,抽拔管和孔壁混凝土之间的黏结力被逐段破坏,直至抽拔管另一端,此时,抽拔管端头施加的拉力克服抽拔管和孔壁混凝土间的摩擦力(数值较小),将抽拔管从混凝土中拔出,混凝土中形成预留孔道。施加在抽拔管一端的拉力要连续,不得中途回力,直至将抽拔管完全拉出孔道[3～6]。该技术主要应用在大吨位预制箱梁施工中。

2.2 施工工艺及注意事项

2.2.1 工艺流程

橡胶抽拔管成孔工艺流程:橡胶抽拔管外观检查→橡胶抽拔管拉伸试验→安装定位网钢筋→橡胶抽拔管安装→橡胶抽拔管抽拔→抽拔管存放。

2.2.2 主要工序介绍

(1)人员、设备配置(表1)

表1 施工人员、设备配置

(2)橡胶抽拔管外观检测

长度:为便于抽拔,橡胶抽拔管比预留孔道的长度长2～3 m,本梁场采用长18 m胶管[1]。

外径:根据预留孔道直径要求,分别采用外径80 mm和90 mm的抽拔管,24 m箱梁采用φ 70 mm和φ 80 mm的抽拔管,现场每隔2 m检查抽拔管的外径,要求偏差在±2 mm以内[1]。

外观质量:每根都要仔细检查,不得有裂纹,不得有深度超过2 mm的横向划痕[1]。

(3)抽拔管拉伸试验

①将橡胶管内穿入通长钢绞线,钢绞线每端露出800 mm,并测量抽拔管拉伸前长度[7]。

②将钢绞线一端用麻绳缠绕固定在地锚上,另一端用麻绳缠绕后连接到5t卷扬机千斤顶上,开动卷扬机,将钢绞线拉伸,卷扬机拉伸速度要慢,并随时测量抽拔管的外径,当抽拔管的外径缩小6～10 mm后,停止拉伸,卷扬机制动,防止抽拔管回缩[5～7]。

③每隔2 m检查抽拔管的外径,以判断抽拔管是否为每个截面均匀收缩;并检查表面是否出现裂纹[6～8]。

④卷扬机倒转,将抽拔管完全放松,并测量此时抽拔管的长度。

以抽拔管每个截面均匀收缩(误差2mm)、拉伸时表面不出现裂纹、拉伸前长度和拉伸并放松后的长度之差在2 cm以内为合格,做好标记备用。橡胶抽拔管的抽查比例为30%[8]。

(4)安装定位网钢筋

绑扎底板、腹板外侧钢筋骨架的同时,安放定位筋,按设计图中预应力筋的曲线坐标,在梁底腹板箍筋上定出具体位置,通过定位网钢筋固定定位。定位网钢筋必须焊接牢固。定位筋沿梁长度方向的误差≤15mm[9],定位筋的编号应与其位置相符。

(5)抽拔管安装

①先在定位网孔内穿入麻绳作为引线,人工从一端通过引线,将抽拔管从两端向中间拉入,另外有人在旁侧将橡胶抽拔管捋直,同时将橡胶抽拔管顺势往前方拉进。橡胶抽拔管拉到中点后,应将抽拔管捋顺,严禁出现死弯和弯折[1～2]。橡胶抽拔管长出部分应放在端头两侧。

②橡胶抽拔管布置好后,在橡胶抽拔管中间插入单根钢绞线,钢绞线长度比橡胶管抽拔管长0.8 m,以防止胶管局部下垂和死弯,从而影响预留孔道的质量。

③制孔橡胶抽拔管接头在箱梁跨中,接头方法是:将2根橡胶抽拔管对齐靠拢,接头外套薄铝皮卷制套筒,套筒长约400 mm,套筒外用宽胶带包裹,用细铁丝绑扎以防漏浆[2～3]。

④橡胶抽拔管的安装质量要求:橡胶抽拔管的安装应顺直,且与任何方向的偏差:距跨中4 m范围内≤4 mm,其余部位≤6 mm[1]。且橡胶管与锚垫板应垂直。抽拔管安装如图1、图2所示。

图1 抽拔管安装

(6)抽拔管抽拔

①底板抽拔管的抽拔

a.外露端用麻绳一端捆绑牢固,将麻绳另一端和卷扬机钢丝绳连接[6,8]。

b.待抽拔胶管靠近喇叭口附近,安装导向轮,以保证抽拔管的抽拔角度和预留孔道角度一致,并和喇叭口中心对正,防止喇叭口划伤胶管[3～5]。

图2 梁体跨中橡胶抽拔管接头安装

c.底板混凝土终凝并有一定强度后(根据现场试验和注意总结经验),开动卷扬机,将抽拔管拉长并拔出一定长度;由于受抽拔场地限制,卷扬机一次不能将抽拔管完全拉出,此时需在抽拔管上再用另外一根麻绳,将麻绳一端捆绑在胶管上,另一端拉紧后固定在地锚上,防止抽拔管回缩;然后,卷扬机倒转,将原先捆绑在抽拔管上的麻绳向喇叭口位置移动并捆绑牢固,卷扬机再正转,将抽拔管向外拉;如此连续循环作业,直至将胶管完全拔出[1,4]。抽拔管最后几米,可用人工配合拔出。

②腹板抽拔管的抽拔

a.抽拔管外露端用麻绳一端捆绑牢固,将麻绳另一端和卷扬机钢丝绳连接。

b.待抽拔胶管靠近喇叭口附近,安装导向轮,以保证抽拔管的抽拔角度和预留孔道角度一致,并和喇叭口中心对正,防止喇叭口划伤胶管。

其他工序与底板抽拔管的抽拔工艺相同。抽拔管抽拔见图3。

图3 橡胶抽拔管抽拔

③橡胶抽拔管抽拔施工注意事项

a.由于箱梁混凝土体积较大,浇筑时间较长,底板混凝土、腹板混凝土浇筑时间有一定间隔。为了掌握抽拔时机,需做好如下工作并做好相关记录,以作为掌握抽拔时机的依据和指导抽拔经验总结的依据:施工时气温;混凝土入模的时间和温度;底板混凝土浇筑完成时间,并在浇筑完成后做试块3块;腹板混凝土浇筑完成时间,并在浇筑完成后做试块3块。

b.抽拔管的抽拔时间,应能保证孔道混凝土不塌坍、不开裂,并能顺利抽拔,一般可在混凝土强度达到4～ 8MPa时进行[6～7]。

c.抽拔管抽拔完后,梁体孔壁应光滑、无残渣,胶管上下不得附着潮湿的水泥浆。同时应立即根据孔道尺寸,分别用 φ 60 mm 或 φ 70 mm和 φ 80 mm 橄榄形检孔器检孔[2]。检孔器不能通过者,要测算出不能通过位置的坐标,分析原因,立即处理。

d.拔管顺序应是由上到下,先腹板后底板,每次抽拔不能超过2根,胶管抽拔的方向应与孔道轴线基本一致。

e.抽拔胶管时只能用白棕绳或软纤维纺织绳捆绑胶管,不得用钢丝绳直接捆绑胶管,以防胶管塑变或破损。

f.抽拔时,控制好喇叭口位置的胶管角度,防止抽拔管偏向一侧,被喇叭口“啃坏”。

(7)抽拔管存放

拔出的胶管应立即冲洗干净表面残留灰浆,检查完好存放备用。存放时,抽拔胶管应覆盖,防止阳光暴晒。抽拔管存放见图4。

图4 橡胶抽拔管存放

2.3 常见问题及解决措施

2.3.1 定位偏差

传统的预应力成孔方法主要是使用波纹管永久预埋形成的,由于波纹管强度较低,容易出现踩压变形、振捣破损,从而造成波纹管位置偏离,影响了预应力钢绞线的定位[8～10]。

橡胶抽拔管强度高、整体性好,不容易变形、破损,每个孔道由2根抽拔管居中连接,减少接头数量,降低了管道偏移误差。管道定位偏差主要因素是管道定位网钢筋在加工、安装中容易出现偏差。

预防管道定位偏差主要从定位钢筋制作和安装精度入手,同时加强对各环节人员的培训。定位钢筋严格按照施工图纸设计尺寸制作,按设计图中预应力筋的曲线坐标在梁底腹板箍筋上定出具体位置,通过定位网钢筋固定定位,定位网钢筋必须焊接牢固。定位筋沿梁长度方向布置间距不能大于50 cm,端部变截面适当加密[1～3]。

抽拔管位置检查主要是采用钢尺测距法,这种方法简单快捷。

2.3.2 卡管

(1)卡管原因:抽拔时间太晚,抽拔管被钢筋卡住。

(2)相应处理措施

①严格控制抽拔时间;按经验混凝土邻近环境温度和抽拔时间的关系如表2所示。

表2 环境温度和抽拔时间关系

②为防止钢筋卡住抽拔管,在绑扎腹板钢筋时将梁体钢筋避开管道位置,根据施工经验,常出现卡管的位置在端头倒角处,该处倒角加强钢筋 N34-1φ 20 mm与管道位置冲突。在绑扎时将N34-1φ 20 mm弯钩朝上,并适当移动位置,避免与抽拔管勾住。

一旦出现卡管,必须立即处理。在卷扬机无法拔出抽拔管情况下,可使用装载机等大型机械将抽拔管拔断,通过量测,确定孔内残留抽拔管位置,用取心机在箱梁上相应位置打2个与抽拔管同等大小的孔与预应力孔道连接,将残余抽拔管取出。最后将钻孔处用高强砂浆和水泥胶修补完成。

3 橡胶抽拔管成孔的优缺点评价

3.1 优点

原材料具有优质高弹性,制作工艺先进;

管体外表光滑平整、拉伸强度高、使用变形小、延性好、耐磨、弹性好;

整根橡胶管扯断力约为工作拉力的2.5～3倍,抽拔伸缩率达到300%～400%[2,5];

重复利用率高,反复使用达100～200次(在正常使用环境下);

克服了传统金属波纹管成孔质量通病,如:接头不严密、振捣时管壁破裂造成漏浆、穿束时不易通过,甚至堵孔,严重时候需将梁体凿开处理[1]。

3.2 缺点

橡胶管损耗大,不容易修复,如沿径向有裂纹深度2 mm以上,必须停止使用。橡胶管抽拔时间不好控制,拔管过早容易发生坍孔、缩孔的事故,同时过早抽拔孔道强度低、表面粗糙、易沾有浮浆,孔道摩阻偏大,影响预应力施作效果;拔管太晚,抽拔管被拔断或损坏,一旦留在孔道内,后果更严重,需将梁体凿开处理。

4 橡胶抽拔管成孔的经济比选

以遂平梁场624孔32 m预制箱梁为例,分别在选用金属波纹管和橡胶抽拔管成孔的情况下将所需要的材料及生产成本进行对比(表3)。

表3 金属波纹管和橡胶抽拔管成孔成本对比

在一般情况下,1套橡胶抽拔管工序占用60～70 h,根据生产任务(624孔)和最大生产能力(2孔/d),梁场共配置6套橡胶抽拔棒,每套平均制梁104孔,仅达到极限重复使用率的1/2～2/3。

由此可见,选用橡胶抽拔管成孔比波纹管成孔可以节约成本77%,经济效益明显。

5 结论

橡胶抽拔管成孔是一种小直径成孔的新工艺,主要用于大体积混凝土箱梁的成孔,孔道成孔质量高、重复利用率高、成本低,经济效益非常明显。

橡胶抽拔管因其自然良好的使用性能和巨大的经济效益,必将在今后高速铁路预制梁的施工中有十分广阔的应用前景。

[1]冯 辉.橡胶抽拔管在高速铁路预制箱梁中的应用[J].山西建筑,2008(16).

[2]赵建平.橡胶抽拔管成孔原理及其效应研究[D].长沙:中南大学,2003.

[3]卫建雷.铁路客运专线箱梁预制架设施工方案研究[J].山西建筑,2006(12).

[4]陈细忠.预应力混凝土施工质量控制[J].科技促进发展,2009(4).

[5]陈中竹.客运专线 900 t后张预应力箱梁预应力施工[J].黑龙江科技信息,2008(5).

[6]刘晓华.整孔箱梁施工工艺[J].山西建筑,2009(31).

[7]马骏涛.工厂化预制箱梁工序和质量控制研究[J].中华建设,2008(12).

[8]张少锋.客运专线箱梁预制质量控制要点[J].铁道标准设计,2007(6).

[9]迟作宇,邵 军.浅析预制箱梁施工工艺[J].北方交通,2008(5).

[10]刘晓华.客运专线箱梁预制和架设的关键技术探讨[J].交通科技,2006(6).

[11]王治斌.客运专线箱梁预制施工技术研究[J].铁道建筑技术,2005(2).