探讨水下混凝土封底施工技术
摘要:通过具体工程实例探讨水下混凝土封底施工技术
关键词:水下混凝土 封底 工艺
Abstract: through the concrete engineering example explore underwater concrete bottom sealing construction technology
Keywords: underwater concrete bottom sealing technology
一、工程说明
扬州京杭大运河特大桥位于扬州市沿江经济开发区内,起点里程为K41+680.5,终点里程为K42+653.5,桥梁全长973m。全桥由主桥、引桥两部分组成,大桥主跨京杭大运河采用78+120+78m预应力混凝土连续箱桥,引桥采用30m组合箱梁结构。桥跨布置为:6×30+5×30+78+120+78+6×30+6×30m,工程造价6835.4276万元。桥梁全宽25.5m双向四车道,采用沥青砼路面,一级公路标准。
该桥主墩单个承台长13米,宽11.3米,厚4米,理论浇筑方量C30砼587.6立方,为大体积砼。根据工期安排,主墩承台施工时京杭运河水面宽度大约在190米左右,施工难度较大。在施工中我们考虑采用钢板桩围堰施工,混凝土浇筑采用体内置冷却管的方法进行施工。
二、水下混凝土封底施工工艺
由于本桥所处地质层为粉沙层,加上堰内外水位差较大,为了确保施工安全,在承台施工前需进行水下封底。在钢板桩施工结束后,需进行围堰内淤泥清除,堰内泥面清除到标高为-6.5m,承台底设计底标高-4.5m,故确定封底顶标高为-4.5m,封底平均厚度为2.0m。封底时围堰外水位标高为+5.0m,故封底混凝土需要承受最大水头差11.5m的水土混合压力。
本工程每个围堰内净面积210m2,封底混凝土方量420m3,为了优质按期完成封底施工,我们确定了采用导管法水下混凝土封底的施工工艺,在实施前进行了以下技术准备工作。
(1)封底混凝土配合比设计
封底混凝土量420m3,按2台搅拌站(设计能力60m3/h+35m3/h)每小时有
效供应量45m3/h计,共需浇筑10小时左右,根据混凝土供应能力, 围堰水下封底应全断面一次连续浇注完成,以及3天后开始抽水做围檩(每道围檩需2天时间)要求,对混凝土性能提出了如下要求:
1)5天强度不小于30MPa;2)根据施工要求,砼坍落度分成两个等级:①首灌砼:坍落度为160mm~180mm,以保证导管周围砼的堆积高度和减小流动半径;②补灌与找平砼坍落度控制在210~230mm,以加大砼流动半径,便于砼面的找平;3)混凝土初凝时间不少于30h。
(2)导管与储料斗 1)、导管布置与尺寸确定。封底混凝土采用单导管法浇注,导管长度:底节导管3.8+3×2.6m;导管布置方法:首先将导管布置在围堰的一个角,待此角砼浇注到标高后,再将导管移到平行的另一个角浇注,然后逐段浇注。不论导管如何布置浇注,首先要确保在钢板桩附近均进行首灌,这样才能确保钢板桩槽口均有砼填充;2)储料斗体积与形状确定。理论上储料斗体积:按导管作用半径2.5m(实际施工中达到5.0米左右)、首灌导管埋深h取0.65∽1m计,首灌量为V=1/3πR2(H1+ H 2)+ πd2h1/4=8.78m3,但实际施工中不可能用这么大的料斗,实际只需4方料斗即可,即使首盘开斗后若没有封住,可按首批方量继续开斗,直到封住为止。在施工过程中若出现一次导管堵塞现象,均按首批方量开斗灌注。
(3)、封底厚度的确定
封底混凝土厚度主要考虑以下两个因素: 1)封底混凝土底面在受到内外水头压力差的作用下,若钢板桩围堰和封底混凝土之间的粘结作用不致被静水压力破坏时,则必须有足够抵抗封底混凝土及围堰整个被浮起的能力。 2)在围堰整体能稳定时,必须考虑封底混凝土在抵抗向上的水压力及其它荷载时能正常工作。不至因产生向上的挠曲和折裂致使围堰穿孔。 所以,混凝土封底应有足够的厚度,以确保围堰的安全。
(4)其他准备工作
封底前需准备相关人员并对使用的机具进行检修和保养,以保证封底施工的顺利进行。1)封底砼灌注所需的主要机具:浮吊(35吨)1只,汽车泵(80m3/h)1台、砼运输车(8m3/辆)3辆、泥浆泵2台、电焊机2台、手拉葫芦(1吨)2只、对讲机4台、料斗1只、导管(直径300)11.6米、大锤4把、测绳(15m/根)8根、氧割设备2套。2)主要施工人员配置现场总指挥1名、协调员2名、安全员2名;后勤方面:泵车操作手2名、杂工4名、试验员2名、电工2名、修理工1名、混凝土方量记录1名、通讯员1名;前场:技术负责人1名、测量员6名、水石工12名、起重工8名、电焊工2名。3)铺设预制板。因本封底处粉沙层,若首盘直接开斗,则砼重量会给封底底面处造成一基坑,同时挤出来的粉沙可能会挤到钢板桩槽口,这样会导致封底的失败,故在封底前,在对应的布设导管位置铺上一块80*80cm,厚度5cm的预制板,这样确保封底质量。
(5)浇筑顺序与工艺
封底混凝土浇筑时采用从上游向下游、从四周向中间的方向进行连续浇注,然后采用上、下游均向中间合龙浇注。浇注分首批筑堆、正常浇筑,结束收尾三个阶段。
1)、首灌阶段。混凝土运输车将砼运至施工现场,用砼泵车将4立方砼泵入料斗,当料斗将满时,换下一辆砼运输车对准泵车进行下料,而后由浮吊迅速提起塞板,混凝土进入导管,泵车继续将砼泵入管内,这样施工相当于首灌达到10立方。当测量人员报告导管埋深符合要求后,即可进行下步施工,直至达到封底标高要求。
首批砼灌注结束时,记录员及时记录导管开盘和灌注结束的时间。每根导管灌注结束后,测量员立即测量导管的埋置深度和砼流动半径,并把所测量的数据准确地报告给记录员,作好记录。每根导管由于砼流动性较大,首灌结束后,当导管的埋置达不到65cm,将导管下插深度15cm,如仍达不到65cm,应及时进行适当补灌,同时跟踪测量,避免补灌数量过多。每次导管首灌结束后,均将导管下插15cm,以防导管埋深不足而进水。测量员及时测附近位置有无砼,如有应根据所测值适当调整未灌处导管的标高,以保证导管底端的脱空高度。 2)进行下一次导管封底施工,方法同上。3)结束阶段。封底混凝土顶面标高按-4.5m,控制允许偏差0~+20cm。施工时每12m2布置一个测点,采用测绳进行测量。标高基准点设于浇筑平台上,以严格控制封底厚度及顶面高程。当导管下口混凝土顶面接近封底控制标高时,加大测量频率,特别是对相邻两次导管的交界面、桩基四周、围堰内侧等位置,根据所测结果有针对性地进行导管混凝土灌注和补灌。力求混凝土顶面均匀平整。当测点达到规定标高后,终止该处混凝土浇注,上拔导管冲洗收集。
三、总结
扬州京杭大运河特大桥主墩承台水下混凝土封底顺利实施后,经养护7天,将围堰中水抽干后,无任何地方涌水,封底成功,为该工程下道工序施工提供了保障,同时为我们今后类似工程施工积累了宝贵的施工经验。
参考资料:
1、公路施工手册(桥涵)人民交通出版社
2、扬州京杭运河特大桥施工图纸
注:文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
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