王文輝 ,劉 欣 ,玉海瓏
(1.天津城建設(shè)計(jì)院有限公司,天津市 300122;2.天津城建設(shè)計(jì)院有限公司,天津市 300122;3.天津市南港工業(yè)區(qū)開(kāi)發(fā)有限公司,天津市 300280)
隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,城市規(guī)模的擴(kuò)大,以及人民生活水平的提高,水資源的供需矛盾日益尖銳,水資源污染及供水不足矛盾逐年加劇。為徹底解決水資源污染及供水緊張狀況,我國(guó)各級(jí)政府加大了對(duì)給水及污水處理工程建設(shè)力度,各類級(jí)別給水及污水處理廠項(xiàng)目紛紛開(kāi)工建設(shè),為綠化、農(nóng)田及城市回用水、工農(nóng)業(yè)及居民用水提供充足的水源等方面具有非常重要的意義。本文根據(jù)水工構(gòu)筑物混凝土特殊特點(diǎn)(超長(zhǎng)、底板超厚、薄壁、抗裂、抗?jié)B要求高等特點(diǎn)),結(jié)合某污水處理廠項(xiàng)目闡述水工構(gòu)筑物混凝土施工技術(shù),為今后類似工程建設(shè)提供些借鑒意見(jiàn)。
本工程主要水工構(gòu)筑物包括粗格柵間及進(jìn)水泵房、細(xì)格柵間及曝氣沉砂池、曝氣池、終沉池、消化池、儲(chǔ)泥池等。
本工程混凝土澆筑量約7萬(wàn)m3,混凝土澆筑量大,抗?jié)B、抗裂要求高?;炷凉こ藤|(zhì)量對(duì)水廠正常運(yùn)行起決定性作用。本工程混凝土工程具備如下特點(diǎn)及難點(diǎn)。
本工程主要結(jié)構(gòu)為水工構(gòu)筑物,混凝土抗裂、抗?jié)B是本工程結(jié)構(gòu)施工第一控制要點(diǎn),確保混凝土結(jié)構(gòu)自防水功能,使混凝土剛性防水滿足設(shè)計(jì)功能需要的目的。本工程混凝土抗?jié)B等級(jí)S6~S12。
本工程消化池底板厚1 200 mm,面積314 m2,一次性澆筑,屬大體積混凝土。如何確保該部分混凝土澆筑質(zhì)量,避免混凝土有害裂縫產(chǎn)生,為本工程混凝土質(zhì)量控制重點(diǎn)之一。
本工程工期短,為加快施工進(jìn)度,確保本工程順利完工,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中本工程曝氣池底板、池壁一次澆筑長(zhǎng)度22~30 m、粗格柵間及進(jìn)水泵房底板、池壁一次澆筑長(zhǎng)度34.7 m、曝氣沉砂池底板、池壁一次澆筑長(zhǎng)度25 m、終沉池50 m直徑底板、池壁混凝土一次澆筑,消化池20 m直徑底板、池壁混凝土一次澆筑,作為地下水工構(gòu)筑物,以上結(jié)構(gòu)均為超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)。如何確?;炷翝仓|(zhì)量,避免混凝土有害裂縫產(chǎn)生,為本工程混凝土質(zhì)量控制重點(diǎn)之一。
本工程主體結(jié)構(gòu)集中5~9月施工,正值江西高溫季節(jié),日最高溫度40℃。嚴(yán)重影響混凝土澆筑質(zhì)量。如何克服高溫天氣影響,確?;炷翝仓|(zhì)量是本工程重點(diǎn)之一。
(1)水泥采用抗?jié)B好的普通硅酸鹽水泥。
(2)石子為滿足構(gòu)筑物抗裂性和混凝土泵送采用符合篩分曲線,級(jí)配良好卵石,粒徑5~40 mm。
(3)砂采用中砂。
(4)粉煤灰采用二級(jí)粉煤灰。
(5)混凝土配合比原則:
a.在滿足工程設(shè)計(jì)前提下,盡量減少單體積水泥用量,在滿足施工工藝前提下,盡量減少混凝土澆注過(guò)程中水用量。
b.盡量降低混凝土養(yǎng)護(hù)、硬化過(guò)程中收縮,降低外約束程度。
(6)混凝土配合比技術(shù)措施:
a.摻加粉煤灰,用量為水泥用量20%(終沉池及消化池池壁為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土,該部分混凝土摻加粉煤灰用量為水泥用量15%)改善混凝土和易性。
b.選用能滿足混凝土抗裂性和緩凝時(shí)間,又不顯著降低混凝土早期強(qiáng)度WG-HEA高效復(fù)合外加劑,摻量8%。
c.采用滿足工藝前提下最小合理的砂率 。
d.合理確定混凝土水膠比,降低混凝土用水量。
混凝土運(yùn)輸考慮滿足混凝土澆注強(qiáng)度、初凝時(shí)間、接縫要求等技術(shù)條件,并考慮現(xiàn)場(chǎng)施工條件、機(jī)械設(shè)備、場(chǎng)地條件,本著經(jīng)濟(jì)、適用、合理前提,采用混凝土罐車運(yùn)輸(本工程混凝土采用現(xiàn)場(chǎng)附近設(shè)立混凝土攪拌站攪拌),結(jié)合工程設(shè)計(jì)具體情況及澆筑方法確定泵車配備數(shù)量,再根據(jù)泵車配備數(shù)量、效率、混凝土每小時(shí)澆筑量、攪拌運(yùn)輸車技術(shù)性能、車況、運(yùn)距、以及場(chǎng)地道路情況確定,減少混凝土在攪拌車內(nèi)停留時(shí)間,有效降低混凝土坍落度損失。
混凝土輸送泵車和攪拌運(yùn)輸車數(shù)量及輸送能力計(jì)算
式中:qn——混凝土澆筑數(shù)量;
qmax——混凝土泵車輸送最大排量。
式中:η——泵車作業(yè)效率;
qm——泵車計(jì)劃排量;
Q——混凝土攪拌運(yùn)輸車容量;
V——攪拌運(yùn)輸車車速;
L——攪拌站到施工現(xiàn)場(chǎng)距離。
混凝土汽車泵靈活性大,根據(jù)工程具體情況,在使用汽車泵部位(兩臺(tái)42 m泵)適當(dāng)調(diào)整位置可保證混凝土澆筑順利進(jìn)行。氧化溝等無(wú)法采用汽車泵施工部位采用混凝土地泵在混凝土澆注過(guò)程中使用,地泵布置時(shí)注意以下幾點(diǎn)。
(1)管道配管短,少量使用軟管、彎管、彎度過(guò)大彎頭。
(2)管路布置使泵送方向與混凝土澆筑方向相反。
(3)輸送管道采用腳手鋼管牢固固定,避免澆注過(guò)程中擾動(dòng)鋼筋、模板。
混凝土澆注考慮結(jié)構(gòu)具體尺寸、結(jié)構(gòu)形式、混凝土施工特點(diǎn)采用混凝土地泵及汽車泵配合澆注。
混凝土澆筑方法采用分段、分層澆筑。結(jié)合混凝土泵車泵送能力,混凝土供應(yīng)能力,混凝土初凝時(shí)間來(lái)共同確定每段長(zhǎng)度,分層均勻振搗,控制好澆筑速度,在保證混凝土冷縫出現(xiàn)前提下,減慢混凝土澆筑速度,控制好澆筑厚度,以利于混凝土內(nèi)部水化熱釋放,防止混凝土產(chǎn)生較大沉縮及粗骨料下沉。以終沉池底板為例。
終沉池底板直徑50 m,底板厚650 mm。一次性澆筑(分兩層),底板在半徑10 m處開(kāi)始設(shè)置5 m寬環(huán)向膨脹加強(qiáng)帶,沿環(huán)向加強(qiáng)帶向外側(cè)設(shè)置4條5 m寬縱向膨脹加強(qiáng)帶。底板混凝土C25,膨脹加強(qiáng)帶混凝土C25纖維膨脹混凝土,終沉池底板采用兩臺(tái)42 m汽車泵,混凝土初凝時(shí)間控制在8~12 h。
混凝土澆筑采用由內(nèi)到外,由低向高的澆筑順序,將底板按南北方向劃分為兩個(gè)施工區(qū),每個(gè)澆筑區(qū)混凝土澆筑順序沿“之”字形向外側(cè)推進(jìn),加強(qiáng)帶外采用小膨脹混凝土,澆筑到加強(qiáng)帶采用纖維膨脹混凝土,每次澆筑帶寬由內(nèi)向外由4~1 m。
混凝土振搗采用插入式振搗器振搗器振搗時(shí)間15~30 s,以表面出現(xiàn)浮漿,不再沉落,無(wú)氣泡為準(zhǔn)。振搗器移動(dòng)距離不大于振搗器移動(dòng)半徑1.5倍,振搗上一層混凝土?xí)r,插入下層混凝土5 cm。
在嚴(yán)格按照施工規(guī)范振搗混凝土的同時(shí),應(yīng)將結(jié)構(gòu)預(yù)埋件、預(yù)埋管、橡膠止水帶等部位的振搗質(zhì)量作為控制要點(diǎn),較大預(yù)留洞口、預(yù)埋管道、橡膠止水帶等部位嚴(yán)格按先底部,再兩側(cè),最后澆筑蓋面混凝土的順序進(jìn)行,兩側(cè)下灰高度基本保持一致,同時(shí)振搗,止水帶部位嚴(yán)禁碰撞止水帶,并設(shè)專人看護(hù)防止振偏,保證其能收縮不滲漏水,并設(shè)專人隨時(shí)敲擊模板外側(cè),確保預(yù)留洞口、預(yù)埋管道、橡膠止水帶等部位混凝土密實(shí),嚴(yán)防因振搗不實(shí),造成滲水通道。
水池底板混凝土壓面質(zhì)量的好壞將直接影響到混凝土表面裂縫的產(chǎn)生,抹壓時(shí)先用刮扛找平,然后用木抹搓壓表面,抹壓分三遍進(jìn)行,最后一遍須用鐵抹子壓光找平。最后一遍抹壓收面在混凝土初凝前進(jìn)行。
本工程為水工構(gòu)筑物,水池混凝土在澆筑過(guò)程中,在終凝前的沉實(shí)及在以后硬化、干燥及溫度變化的條件下,水池結(jié)構(gòu)混凝土將引起收縮和裂縫,對(duì)水池耐久性、承載能力和抗?jié)B都會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響,為確?;炷聊途眯?、抗?jié)B性滿足水廠正常運(yùn)行,混凝土抗裂是本工程混凝土工程重中之重。
針對(duì)混凝土主要裂縫,結(jié)合本工程具體設(shè)計(jì)情況,采取如下技術(shù)措施控制裂縫產(chǎn)生數(shù)量及裂縫寬度滿足國(guó)家相關(guān)規(guī)范及結(jié)構(gòu)正常使用功能。
采用抗?jié)B好普通硅酸鹽水泥,嚴(yán)格檢驗(yàn)水泥質(zhì)量,確保水泥凝結(jié)時(shí)間及安定性等指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn),減少水泥用量,降低混凝土發(fā)熱量。
混凝土中摻加粉煤灰,降低水泥摻量,減少混凝土發(fā)熱量,延緩水泥水化熱釋放時(shí)間,降低絕熱溫升,減少混凝土離析及泌水(終沉池及消化池池壁為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土,該部分混凝土摻加粉煤灰用量為水泥用量15%)。
結(jié)合江西當(dāng)?shù)氐夭那闆r,在滿足施工工藝前提下,混凝土細(xì)骨料采用中砂。粗骨料采用5~40 mm卵石(消化池C50混凝土采用從湖北購(gòu)進(jìn)碎石),在保證不適混凝土離析前提下粗骨料顆粒采用較大粒徑,以利降低水泥用量和水化熱量,同時(shí)減少用水量,是混凝土凝結(jié)收縮、泌水及干縮減少。在攪拌站設(shè)置振動(dòng)篩分系統(tǒng),控制粗細(xì)骨料級(jí)配合理符合篩分曲線。通過(guò)與砂石料廠配合,并經(jīng)攪拌站篩分系統(tǒng)篩分,嚴(yán)格控制粗細(xì)骨料級(jí)配、含泥量。嚴(yán)格檢驗(yàn)骨料質(zhì)量,嚴(yán)防骨料含堿活性物質(zhì)?;炷僚浜媳冗m當(dāng)控制水灰比,減少混凝土用水量。
大體積、大面積、超長(zhǎng)池壁、底板混凝土澆筑安排在每天下午6點(diǎn)后進(jìn)行。使混凝土溫升起點(diǎn)建立較低入模溫度上,降低混凝土峰值,避免較大溫差。
攪拌站混凝土攪拌用水采用深層地下水,水泥罐上部設(shè)置噴淋系統(tǒng),砂石料場(chǎng)設(shè)置簡(jiǎn)易遮陽(yáng)裝置。通過(guò)以上措施控制混凝土攪拌出機(jī)溫度,減慢混凝土化學(xué)反應(yīng)、水化熱釋放速度。
曝氣池、終沉池、消化池、粗格柵間及泵房等于設(shè)計(jì)協(xié)商在大面積底板與墊層之間設(shè)置一油一氈隔離層。減少墊層混凝土對(duì)基礎(chǔ)混凝土約束作用,有利于基礎(chǔ)混凝土溫度收縮變形時(shí)自由收縮。終沉池底板在墻體部位設(shè)計(jì)為杯口形式,杯口內(nèi)鋪設(shè)4 mm厚橡膠墊,將墻體與底板隔離,減少底板混凝土對(duì)墻體混凝土約束作用,有利于墻體混凝土溫度收縮變形時(shí)自由收縮。
攪拌站設(shè)專人管理配合比,電腦計(jì)量,嚴(yán)格控制混凝土出機(jī)坍落度140~160 mm(到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)坍落度維持120~140 mm)。
池壁、柱及頂板與池壁搭接處、底板混凝土在初凝之前,對(duì)混凝土進(jìn)行二次振搗,通過(guò)二次振搗使混凝土顆粒重新排列,破壞原結(jié)構(gòu)毛細(xì)現(xiàn)象和初期界面結(jié)合,排除因泌水在骨料、水平鋼筋下產(chǎn)生孔隙,排除因水模及骨料下沉產(chǎn)生內(nèi)部分層和表面收縮出現(xiàn)塑性裂縫,同時(shí)抑制輕骨料浮起,使級(jí)配結(jié)構(gòu)較前致密,改善混凝土質(zhì)量,增強(qiáng)混凝土密實(shí)性,提高混凝土強(qiáng)度?;炷潦┕ね戤吅蠹訌?qiáng)早期養(yǎng)護(hù)。
通過(guò)前期與設(shè)計(jì)院協(xié)商,在滿足設(shè)計(jì)要求前提下,對(duì)終沉池、曝氣池等超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)墻體配筋采用小直徑鋼筋,加密間距,適當(dāng)提高配筋率。
通過(guò)以上措施,可以有效提高混凝土早期強(qiáng)度和彈性模量。
為滿足結(jié)構(gòu)使用要求,針對(duì)本工程大體積、超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn),混凝土中摻加WG-HEA高效復(fù)合外加劑。其作用機(jī)理為:當(dāng)其摻入混凝土后,與水泥中的水化生成物發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成氫氧化鋁、氫氧化鐵等膠體物質(zhì)堵塞混凝土內(nèi)的毛細(xì)通道和孔隙,從而起到降低混凝土孔隙率,提高混凝土密實(shí)性,增強(qiáng)混凝土抗?jié)B性的作用,同時(shí)生成的結(jié)晶體水化硫鋁酸鈣又具有一定膨脹性,使結(jié)構(gòu)自身在鋼筋及臨位限制下產(chǎn)生自應(yīng)力來(lái)抵消混凝土干縮和徐變產(chǎn)生的拉應(yīng)力,減小和消除混凝土體積收縮,達(dá)到提高混凝土抗裂性的目的,該復(fù)合外加劑包含減水作用,對(duì)水泥顆粒起分散作用,把水泥凝聚體中包含水釋放出來(lái),使水泥達(dá)到充分水化,減少混凝土拌合用水,降低水灰比,改善和易性,增加流動(dòng)性。此外該復(fù)合外加劑還具有延緩混凝土的初凝、終凝時(shí)間,降低水泥水化熱,避免混凝土因溫度應(yīng)力而開(kāi)裂的作用,WG-HEA高效復(fù)合外加劑摻量為膠凝材料8%。
為保證水工構(gòu)筑物正常使用,通常在現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)每隔20~40 m設(shè)后澆帶,后澆帶是一種擴(kuò)大伸縮縫間距和取消伸縮縫有效措施,但后澆帶一般需結(jié)構(gòu)完成后兩個(gè)月后才能澆筑,工期延長(zhǎng);另外后澆帶清理是一件十分麻煩,繁重工作,清理不好,會(huì)成為滲漏隱患,影響結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量。本工程工期短(總工期16個(gè)月),為加快施工進(jìn)度,本工程終沉池設(shè)計(jì)中與設(shè)計(jì)協(xié)商沒(méi)有采用常規(guī)后澆帶設(shè)計(jì)方法,采用底板、池壁整體澆筑;為確保工程質(zhì)量,底板池壁基礎(chǔ)處設(shè)計(jì)為杯口形式,池壁設(shè)置環(huán)向無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力,底板杯口與池壁柔性連接措施控制混凝土裂縫。施工中針對(duì)本工程終沉池50m直徑底板(厚650 mm)、50 m直徑墻體(高5 m、厚250 mm)一次性澆筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn),在終沉池底板及墻體混凝土中設(shè)置4條膨脹加強(qiáng)帶。膨脹加強(qiáng)帶設(shè)置混凝土收縮應(yīng)力發(fā)生最大部位,膨脹加強(qiáng)帶寬2 m,帶兩側(cè)布置5 mm的密孔鋼絲網(wǎng),將帶內(nèi)混凝土與帶外混凝土隔開(kāi)。鋼絲網(wǎng)垂直布置在上下兩層(或內(nèi)外兩層)鋼筋之間,并均勻布置在上下兩層(或內(nèi)外兩層)鋼筋之間,兩端分別綁扎在上下層(或內(nèi)外層)鋼筋上。
膨脹加強(qiáng)帶內(nèi)設(shè)10%~15%水平溫度鋼筋,并均勻布置在上下兩層(或內(nèi)外兩層)鋼筋之間,水平溫度鋼筋垂直于膨脹加強(qiáng)帶長(zhǎng)度方向進(jìn)行分布,兩端各伸出膨脹加強(qiáng)帶2 m,并固定在上下兩層(或內(nèi)外兩層)鋼筋上。
膨脹加強(qiáng)帶部位混凝土改為纖維膨脹混凝土即通過(guò)在混凝土中適量摻加聚丙烯合成纖維纖維網(wǎng)同其它混合料一起加入攪拌機(jī)中拌合,當(dāng)纖維網(wǎng)拌入混凝土后,成束的網(wǎng)線隨著攪拌,受到砂、水泥、骨科的沖擊就會(huì)張開(kāi),形成無(wú)數(shù)單獨(dú)纖維,為保證纖維均勻攪拌在混凝土中,攪拌時(shí)間控制在3~4 min,由于纖維網(wǎng)次加強(qiáng)作用是一種物理而非化學(xué)作用,纖維的加入不需要附加任何水,故不需改變?cè)信浜媳取?/p>
纖維膨脹混凝土改善混凝土自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn),從而提高混凝土抵抗收縮變形的能力,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試配,每立方米混凝土中纖維摻量為0.9 kg;膨脹加強(qiáng)帶混凝土外加劑采用WG-HEA高效復(fù)合外加劑,其摻量為12%,比帶兩側(cè)混凝土提高4%,以確保混凝土接茬部位粘結(jié)強(qiáng)度。
本工程終沉池及消化池設(shè)計(jì)環(huán)向無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力,為控制混凝土早期裂縫產(chǎn)生,鑒于以往混凝土抗裂經(jīng)驗(yàn),與設(shè)計(jì)協(xié)商對(duì)終沉池及消化池采用預(yù)應(yīng)力二次張拉,初次張拉時(shí)間控制在混凝土澆筑完畢,混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求50%時(shí)(現(xiàn)場(chǎng)留置同條件試塊,由試驗(yàn)室進(jìn)行試壓提供數(shù)據(jù))進(jìn)行,張拉應(yīng)力控制為40%σcom。
本工程消化池直徑20m,基礎(chǔ)底板厚度1200mm,為大體積混凝土,為控制混凝土內(nèi)部溫度,施工中每隔3 m預(yù)留D100帶止氺環(huán)鋼管深700 mm,養(yǎng)護(hù)過(guò)程中通過(guò)該預(yù)留管可簡(jiǎn)易測(cè)定混凝土內(nèi)部溫度,并結(jié)合測(cè)溫結(jié)果通過(guò)鋼管內(nèi)灌注冷水措施降低混凝土內(nèi)部溫度及散熱,施工完畢后,該孔采用C50膨脹混凝土填塞密實(shí)。
本工程主體結(jié)構(gòu)為水工構(gòu)筑物,結(jié)構(gòu)抗?jié)B、抗裂要求高。必須加強(qiáng)混凝土保溫、養(yǎng)護(hù),避免裂縫。為防止混凝土內(nèi)外溫差過(guò)大及混凝土失水干縮引起混凝土的開(kāi)裂,保溫主要結(jié)合混凝土測(cè)溫結(jié)果利用土工布結(jié)合塑料布,控制混凝土內(nèi)外溫差。養(yǎng)護(hù)對(duì)于底板、墻體混凝土均采用蓄水法養(yǎng)護(hù)。具體做法是:待底板混凝土終凝后筑壩蓄水養(yǎng)護(hù),蓄水深度50~100 mm。墻體養(yǎng)護(hù)采用在混凝土終凝以后,在墻頂沿墻體長(zhǎng)度方向接DN25水管,在水管上每隔100 mm鉆眼,對(duì)墻體進(jìn)行24 h噴淋養(yǎng)護(hù),保證混凝土養(yǎng)護(hù)期間始終保持濕潤(rùn),避免干濕交替。
結(jié)合本工程混凝土摻加粉煤灰、抗?jié)B、抗裂特點(diǎn),混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間20 d。
根據(jù)各池體滿水試驗(yàn)觀察,無(wú)滲漏,無(wú)有害裂縫產(chǎn)生,標(biāo)養(yǎng)28 d強(qiáng)度試塊及抗?jié)B試塊均達(dá)到設(shè)計(jì)及規(guī)范要求,由此可見(jiàn)通過(guò)摻加高效WG-HEA外加劑、隔離層設(shè)置、二次張拉、混凝土二次振搗、膨脹加強(qiáng)帶等技術(shù)應(yīng)用,能夠保證連續(xù)澆筑超長(zhǎng)、超高混凝土抗?jié)B抗裂要求。但是需要指出的是:我們?cè)诤侠磉x擇外加劑和科學(xué)設(shè)計(jì)配合比的基礎(chǔ)上必須嚴(yán)把材料關(guān)和施工質(zhì)量關(guān),控制好混凝土各項(xiàng)主要技術(shù)指標(biāo)。針對(duì)工程特點(diǎn),采取合理的澆筑、振搗和養(yǎng)護(hù)方法,嚴(yán)格按照國(guó)家相關(guān)施工規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)控制好各工序施工質(zhì)量。只有通過(guò)綜合措施的實(shí)施,才能收到實(shí)效,保證工程質(zhì)量。
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