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岩土研究院

【加固纠偏工程案例】排洪涵管加固工程施工

15 2023-09-02 18:03:13

我国西南某公司发电厂欲建进厂公路,拟在两座山包间建填方高度为36m的高填方路基。为排洪,在路基底部设有两条并列且有一定坡度的内径为3.5m的四铰圆管式柔性涵管,由4块1m宽弧形预制构件在现场拼装浇筑而成。管壁混凝土厚度与强度等级按重、轻型分别为40、30cm和C30、C20,环向和纵向配筋皆为¢6@160。涵管施工完毕,回填路基,当回填至12m左右时,发现涵管普遍出现裂缝,最大缝宽5cm,个别钢筋受拉已呈屈服状态,且管径发生较大变形。停止填土后,裂缝与变形均停止发展,几天后恢复少量填土,裂缝与变形明显发展,被迫停工。经有关专家论证,认为涵管必须进行加固方可继续填土,同时要求所采取的加固方案应保证涵管的正常排洪作用,且在40d左右完成,以保证整个电厂施工的正常进行。


1、现浇整体钢筋混凝土涵管加固设计‍


在原涵管内现浇圆形整体钢筋混凝土予以加固。新涵管内径为2.5m,壁厚50cm(考虑到原涵管变形差异,允许不小于45cm),混凝土强度等级为C35,主筋为Ⅱ级钢,其余为I级钢,由于涵管上部覆盖回填土层厚度不同,因此配筋分重型和轻型两种管段,环向主筋重型段配内、外两层2Φ28@l00钢筋,轻型段配内、外两层2Φ25@70钢筋,纵向分布筋均为¢12@200。钢筋总量为510t,混凝土l500m3。涵管沿长度方向每隔6~9m(与原涵管所设沉降缝对齐)设沉降缝1道,宽度为2cm,用沥青麻絮塞满,后经协商改为沥青煮木板,以便施工。


2、加固施工‍


根据工期紧,施工现场狭窄,缺乏现场堆料和搅拌混凝土场地等特点,决定采用搅拌运输车长距离(单程32km)运送混凝土,并使用泵送浇灌工艺,同时设计制作了成套的筒形整体滑动钢模板,对加快施工进度,保证工程质量起到了关键作用。下面对施工中的几个主要问题加以简要介绍。


2.1、施工方案与程序

由于原涵管内作业面很小,为加快绑扎钢筋和装拆滑动钢模板的速度,减轻工人的劳动强度,使用了运送成型钢筋和筒形整体滑动钢模的钢平车,并在涵管内通长铺设钢轨。为此,施工涵管时在横断面上设施工缝,整个涵管为两次施工,施工缝尽量设在圆形结构下半部的理论反弯点附近。首先从上游进口处开始施工涵管下部,按规范留出外伸搭接钢筋,处理施工缝,同时预埋固定钢轨的小块钢板。拆模后,铺钢轨并加以固定。施工涵管上部拱形部分也从上游进口处开始,由于每个涵管均配有成套钢模板,l号和2号涵管可分别分段施工。先用钢平车将成型的钢筋送到作业面,绑扎完一段后,再用卷扬机将由钢平车支

承的筒形钢模板整体滑移就位,然后将泵送混凝土管道引入钢模板并浇注混凝土。待混凝土达到一定强度后拆模并滑移至下一段。拆摸后混凝土达到一定强度时,用压力灌浆法把水泥砂浆压入圆形涵管顶部小块月牙形空隙中,保证涵管断面的密实性。

用上述方法施工,上部拱施工进度为每天每涵管进尺1个沉降缝间隔段,6m、7m、8m或9m不等。


2.2、钢模板设计、制作与装拆

整体钢筋混凝土涵管紧贴在原装配式涵管上,因此用它作为新浇混凝土的外模,整个钢模板的设计与制作关键在于上部拱的筒形内模、支承刚架和钢平车的尺寸准确和相互配套,以便装拆和整体滑移。

因底部混凝土环向弧长不大,只须用扣件或粗钢丝把钢管和粗钢筋沿弧形表面形成方格连成整体,并加盖定型模板加以固定即可。对上部拱专门设计制作了成套整体滑动筒形钢模板、支承刚架和运载钢平车。上部拱的筒形钢模板由面板和纵横向加劲肋组成,并支承在安有多根多方向回旋支杆的刚架上,刚架要承受模板、管壁内钢筋和所浇注混凝土重量,而且原涵管已处于较大变形和严重开裂状态,在所设附着式振动器强烈振动下,刚架还要起到必要的支护作用。因此刚架要有足够的强度和刚度。典型的6m长模板与支承刚架由3台平车支承。平车靠卷扬机控制滑动移位。

因钢模板外形尺寸己确定,原涵管的实际尺寸已参差不齐,为便于钢模板顺利滑动就位,须根据不同情况使模板外形尺寸有向内收缩余地,同时也便于脱模与滑移。为此,在筒形钢模板横胁上,大致相当于时钟2点半和9点半处做三角形切断,(不切断面板),当横向加劲肋下部大直径横向花篮螺杆缩短时,很容易使筒形钢模向内收缩到所需位置。

模板安装主要是利用设在支承刚架顶部和两侧的螺旋支杆及下部的水平螺旋杆的伸缩将模板按设计要求调整就位,必要时可利用小型千斤顶辅助进行,在上部拱的筒形钢模板与底部混凝土施工缝连接处事先填入可压缩橡胶管,防止混凝土漏浆。每段涵管的端模用煮沥青木板制成,斜撑焊在与筒形钢模板横向加劲肋相连接的水平向钢管上。通过松动各支承螺旋杆进行脱模。纵肋上装有附着式振动器,以便振动筒模中混凝土。

由于模板整体设计先进、合理,装拆方便,包括滑动移位在内,拆装一套模板仅需4~5h。


2.3、钢筋成型与绑扎

整个涵管的环向主筋为Φ28、Φ25两种,在钢筋加工车间成型后运往现场。对涵管下部钢筋,绑扎时与双层配筋的底板钢筋相同。而绑扎上部拱钢筋需利用平车,将成型好的钢筋运至涵管内的作业面后,在平车上进行操作。首先绑扎外层环向主筋和纵向分布钢筋,以形成方格网状,再用横向钢筋控制内外层钢筋的间距,进行内层钢筋的绑扎。为便于定位和绑扎,在绑内外层钢筋时,先将本段内部分环向主筋与下部预留搭接钢筋焊接起来,再穿入少量纵向钢筋形成大网格,最后进行其余钢筋的绑扎。


2.4、混凝土施工工艺

2.4.1. 混凝土配合比与搅拌

为满足集中搅拌、长距离运输和泵送浇灌的要求,经大量试验和计算得出了既满足设计强度又便于泵送浇灌的配合比,收到了良好的效果。

配合比为:525号普通硅酸盐水泥470kg,高炉重矿渣990kg,山砂750kg,水200kg,减水剂按水泥用量的0.3%掺入。

减水剂分两次加入,第一次在搅拌站加0.15%,第二次在入泵前加入搅拌车0.15%。按以上配合比配制的混凝土,经试验,坍落度均控制在20±2cm以内,抗压强度满足设计要求。


2.4.2.混凝土运输和泵送浇灌

运输:从搅拌站到施工现场距离32km。由于距离较远,路面情况差,加之该地区白天气温较高,混凝土在途中拥落度损失较大,对泵送浇灌质量极为不利。为此确定每天日落后到次日天亮前为运输和浇灌混凝土时间,8~12h,而用于浇灌的时间为5~8h,白天则用来等强度的提高和拆装滑移钢模板。这样可以保证每天两涵管共进尺12~18m(按沉降缝分6~9m为1段)。

泵送浇灌:从泵车引出两条泵送管道(直径150mm),通向1号和2号涵管。第一步浇灌底部混凝土,泵送管道铺设在原涵管壁和已经支好的底部模板上,管道浇注一段拆除一段(因浇注是从远端开始),直到浇注完整个涵管并拆除全部管道为止。底部混凝土浇注完毕后,应及时处理好施工缝。底部模板全部拆除后,立即进行平车钢轨安装。第二步进行上部拱的混凝土浇灌。浇灌混凝土之前,首先把整套筒形钢模板用卷扬机拖到上游人口进行支模。模板安装就位后,在两轨间辅设泵送管道,即开始泵送浇注混凝土。

由于混凝土流动性较好,泵送时又有一定的压力,入模后经过布料和振动,除在顶部尚留有少量月牙形空隙外,基本可充满整个模板。

脱模:由于工期较短,每天必须完成一个沉降缝距离段(6~9m不等)的整套工序,而混凝土在模板内的时间只有8~10h,要在如此短的时间内脱模移位,按常规是不允许的。为此除了在配合比上采取一些措施外,还考虑到涵管内通风差不易散热,整体筒形钢模板封闭性能好,有利于保温,水化热散失慢等因素均有利于混凝土的早强。同时,原涵管虽开裂严重,对上部回填土(不再继续填新土)仍有一定承载能力,且新涵管所配钢筋密集,对钢筋本身和新浇灌的混凝土仍能起到支承作用。故决定在混凝土浇灌完毕后8~10h即脱模移位。实践表明,除个别部位因粘模造成混凝土表面脱皮外,其他情况良好,未发现因早期脱模而形成的裂缝。


2.4.3. 压力灌浆

为填充浇灌混凝土时留下的空隙,使用灰浆泵进行压力灌浆卢具体作法是在浇灌上部拱混凝土之前,在这一段的两端埋入进浆管和排气管,见图9-22-5。由进浆管压入水泥砂浆,砂浆充满空隙后即从排气管挤出,表示水泥砂浆已完全充满空隙。待砂浆凝固后对进浆和排气孔进行填实压光处理。