预制管生产的关键技术与应用分析

尚永进

(张家口市第一建筑工程有限公司,河北张家口075000)

1 管道预制的重点、难点分析

1.1 预制管节的几何尺寸误差

工程沉管管节预制的几何尺寸误差不仅会引起浮运时,管节的干舷及重心变化,增加管节浮运沉放的施工风险;而且,钢端壳的加工及安装精度,还会增加管节之间的对接难度、甚至影响接头防水效果.因此,如何将预制管节的几何尺寸误差,控制在设计和施工规范规定的容许范围内,是管节预制施工技术的难点、重点之一.

1.2 混凝土配合比设计及生产

混凝土配合比设计是否合理和生产质量是否保证,将直接影响混凝土的质量和容重.混凝土的容重变化会直接影响管节的干舷高度,而混凝土的质量是保证管节预制综合质量的根本,尤其是提高管节结构的防水性能以及防裂抗渗性能的关键环节,因此混凝土配合比的设计和生产是保证管节预制质量的关键步骤之一.

1.3 混凝土是施工工艺及裂缝控制

混凝土的施工工艺对管节的预制质量以及管节的防渗防裂性能、耐久性甚至对隧道正常运行均有直接影响.因此在浇注管节混凝土时,如何采用合适的施工工艺和技术措施,避免或减少裂缝,特别是贯穿性裂缝的出现,是管段预制要解决的重大难题.

2 管段外形尺寸的控制措施

2.1 合适的模板体系及安装质量控制

模板体系及施工方法选择对管段施工质量,特别是管段外形尺寸的影响至关重要.模板体系必须考虑:第一要有足够的刚度保证其变形满足要求;第二要适合在干坞上的施工环境条件;第三要方便机械化操作,满足进度要求.因此选择大块钢外模板与内钢模台车结合体系,完全能满足管段预制的进度和质量要求.

2.2 钢端壳的加工与安装质量控制

由于钢端壳的加工与安装精度关系到沉管管段的对接防水质量,因此管段钢端壳的加工与安装控制是非常严格的.

(1)钢端壳在工厂整段加工制作、分段运输、现场拼装;与管段混凝土连接钢筋在安装前预先焊接.

(2)采用两次调坡(安装)方案:第一步在管段混凝土(两端浇注段)之前安装钢端壳骨架,并进行初步调坡;第二步管段混凝土浇注完成后,进行精确调坡,并安装焊接端板.

(3)设计安装支承支架,保证钢端壳在管段混凝土浇注过程中,有足够的支承力、不至于变形位移.

(4)制定严格的焊接工艺措施,减小焊接变形,保证钢端壳的加工精度每延米在0.5 mm以内,安装精度每延米不平整度在0.5 mm以内,整体的不平度在±1.5 mm以内.

3 保证混凝土重度措施

为保证管段浮运的稳定性及干舷高度,保证混凝土重度采取如下措施:

(1)配合比设计优化:经过多种配合比设计优化,选择最优配合比,保证混凝土容重符合要求;选用优良级配的粗骨料.

(2)控制原材料称量的误差:混凝土搅拌站所用计量仪器均应由政府部门检验认可,并定期抽样核定,保证所有配合比中各种材料的称量误差控制在允许范围内.

(3)混凝土浇注时,严格按照操作规程的规定进行,侧墙和隔墙下灰高度做到一致,保证混凝土振捣密实,切勿过振或漏振.

(4)浇注顶层混凝土时,侧墙和隔墙混凝土至顶板底,浇注顶板混凝土要间隔1.5～2 h(初凝前).

4 管段混凝土温控防裂措施

混凝土非荷载裂缝的根源是其体积变化,而体积不稳定、抗拉强度低及匀质性较差等是混凝土这种脆性混合材料的固有特性,所以混凝土构件容易出现裂缝,且较难防治;混凝土的体积不稳定,主要是指混凝土会因其水化反应、温度及湿度变化而膨胀或收缩;裂缝的生成机理是混凝土收缩时,受到边界外约束,而产生拉应力,若拉应力超过当时的混凝土抗拉强度,混凝土就开裂.对于管段这样的大体积箱形钢筋混凝土结构,如果不采取温控防裂措施,则很容易出现有害(贯穿性)裂缝,影响管段的防渗防水质量,因此温控防裂措施是保证管段预制质量的主要工作之一.

4.1 合理选用原材料

(1)选择低水化热及低收缩率水泥:管段预制用水泥优先选用中低水化热和收缩率较低的普通硅酸盐大坝水泥或硅酸盐大坝水泥.

(2)选用连续级配的粗骨料:混凝土用骨料采用50 mm～250 mm的连续级配,空隙率小,骨胶比合理.混凝土骨料粒径小,对泵送工艺有利,但骨料包裹的浆体较多,较易产生裂缝,因此骨料选用50 mm～250 mm的连续级配,既能保证减少出现裂缝的可能,又能满足混凝土泵送工艺的要求.

(3)选用中粗砂:经过比选,优先采用洁净的中粗砂,细度模量为2.4～2.8.

(4)外加剂选择:采用缓凝高效减水剂FDN-2,该外加剂具有大的减水率,不仅可以大大减少用水量,还可以保持W/C不变情况下节约水泥用量,减少裂缝的产生,对混凝土的水泥水化热、绝热温升及温峰出现时间均可得到有效的控制,提高了混凝土自身的抗裂性能.

(5)粉煤灰的选择:对于大体积混凝土,掺入一定量的粉煤灰取代部分水泥,已普遍用于各种重大工程中,可以有效地减少混凝土的干燥收缩.因此选用优质Ⅰ级或Ⅱ级粉煤灰.

4.2 混凝土配合比设计优化

(1)严格控制水泥用量及水灰比:配制高性能混凝土,采用双掺技术,保证水泥用量＜300 kg/m3、水灰比＜0.45,不得超过0.5.

(2)掺入优质矿碴粉:混凝土在双掺(外加剂及粉煤灰)的基础上,掺入适量的优质矿碴粉,对提高混凝土的抗渗强度、降低水泥水化热、改善混凝土和易性能等方面,效果更好.

(3)掺入阻裂剂:为减少混凝土的裂缝产生,可以掺入适量的聚丙烯单丝纤维或钢纤维;而后浇带混凝土可掺入UEA微膨胀剂.

4.3 降低粗骨料的入仓温度

粗骨料的温度高低对混凝土出机温度影响较大,是控制混凝土入模温度不超过28℃的关键步骤之一.为控制其入槽温度,采取如下措施:

(1)搭设防晒棚降温:混凝土搅拌站的砂石堆场、取料皮带运输机等搭设防晒棚,以防砂石暴晒.

(2)碎石洒冷水降温:当气温较高时,在使用前一天用冷却水淋洒碎石,进行预先降温处理.

(3)坑道取料:拌和混凝土取用粗骨料时,可采用坑道方式取用中间部分材料,避免取用较高温度的表层骨料.

4.4 使用冰水搅拌

用冰水作为搅拌用水是控制混凝土出机温度的常用措施之一,一般水温控制在5℃以下.计划在搅拌站配置一台制冰机、设置冰库及冰水池.

4.5 减少运输升温

混凝土从出机到入模还有一段距离,一般用混凝土搅拌车或直接用输送泵运输,特别是夏天炎热季节里,混凝土又会在运输途中升温,还不能保证入模温度小于28℃.可采取如下措施:在混凝土输送区搭设防晒棚,混凝土输送管道用塑料保护套包裹,防止太阳暴晒等.

4.6 合适的施工工艺

合适的施工艺不仅有利于减小混凝土内外温差,也有利于减小因混凝土收缩约束产生的裂缝,因此制定合适的施工工艺,并严格遵守执行,也是防止混凝土产生裂缝的主要措施之一.

(1)合理分段分层施工:分段分层浇注,设置后浇带,目的是减小基础块的尺寸,增加散热面,从而降低施工期间的温度应力,以减小产生裂缝的可能性.

(2)合理的浇注顺序:浇注底板时,应先浇中间,后左右两侧,从前往后推进;浇注侧墙时,应先浇中间底部后浇两侧底部,逐层升高.

(3)控制下料高度:混凝土入模下料高度控制在1.5～2.0 m内,避免出现离析现象.

(4)混凝土振捣工艺:振捣时应快插慢拔,不能过振,以免使浆体集中表面,形成网状裂纹;不能漏振或欠振,使混凝土不密实,出现裂缝;同时在混凝土浇注至顶面或施工缝时,采用二次振捣和抹面,清除表面浮浆,使混凝土表面密实.

(5)严格控制浇注间隔时间:两浇注部位的间隔时间以温差不超过20℃作为期限,侧墙与底板的间隔时间不超过10 d.

4.7 混凝土养护

对于大体积箱型混凝土结构施工,其养护期间的保湿、保温工作是非常重要的,是防止裂缝产生的关键措施之一.

(1)及时养护:管段混凝土硬化后应立即进行覆盖洒水养护,养护时间不小于14 d.一般应在12～18 h内进行养护,如果是在天气炎热或干燥的季节浇注,养护时间应提前到8～14 h内进行.

(2)蓄水措施:对于顶板及底板可在混凝土结硬后,在四周砌砖墙蓄水养护;对于侧墙可用带来小孔的塑料软管,与顶板蓄水池连通,形成“水帘式”自动喷淋装置,并挂双层麻袋.

(3)管内外保温措施:在管段端部挂尼龙布挡风帘,防止内面风速快而使温度急速下降,使内外温度差过大及混凝土水分散发过快而产生裂缝.

4.8 使用冷却装置降低内部温度

管段侧墙混凝土浇注时,埋设冷却循环水管,用循环水冷却新浇注的混凝土,降低混凝土内部温度,减少内外温差;同时使温度相对较低的底板混凝土与侧墙混凝土之间获得一渐变的温度曲线.实践证明,采用冷却系统非常有效,由混凝土水化热产生的裂缝大大减少.

4.9 合理安排浇注时间

尽量避免在夏季高温季节或当天高温时期进行管段预制施工.由于工程施工计划安排及当地的气候特点,管段预制工作不可避免在高温季节期间进行,因此尽量安排管段混凝土浇注在夜间进行.

5 结束语

本文结合某隧道工程管段预制的特点,对其重点、难点进行分析,并提出管段外形尺寸的控制措施、保证混凝土重度措施和管段混凝土温控防裂措施.通过这些关键技术措施的实施,管段预制工作取得了预期的质量效果.