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        基于紙板模具的新型單元排結(jié)構(gòu)施工技術(shù)研究*

        2021-06-29 03:34:18方佳敏唐亞俊王忠岱謝立全
        施工技術(shù)(中英文) 2021年9期
        關(guān)鍵詞:混凝土結(jié)構(gòu)施工

        方佳敏,田 棟,唐亞俊,李 瑤,王忠岱,謝立全

        (1.長江航道局,湖北 武漢 430014; 2.長航監(jiān)理有限公司(武漢),湖北 武漢 430013; 3.同濟大學交通運輸工程學院,上海 201804; 4.同濟大學土木工程學院,上海 200092)

        0 引言

        護灘工程分為水下、水上兩部分,充分利用枯水季節(jié)進行施工成為建設(shè)單位關(guān)注重點。土工織物軟體排因具有整體性強、柔韌性高、抗沖擊性能好、使用年限較長、可較好地緊貼河床等優(yōu)點,在護灘工程中得到廣泛應用[1-9]。陸地施工不影響通航,無須使用大型船舶及水上設(shè)備,具有較大技術(shù)、經(jīng)濟優(yōu)勢,因此,需研究大面積臨水岸灘軟體排陸地施工技術(shù)。對于岸灘工程,陸地施工工程量越大,水上施工工程量越小。位于枯水位以上的岸灘可采用軟體排施工,即采用陸地施工技術(shù)。

        工程界普遍認為,混凝土澆筑模具須采用剛度較大的鋼材、木材等[10-12],但難以滿足大面積單元排混凝土施工需求,且存在多工序質(zhì)量控制難度大、施工成本高等問題,引起了大量學者關(guān)注。需嚴格把控單元排混凝土脫模時間,利用起重機輔助脫模,但起重機吊運模具時常造成混凝土塊邊緣出現(xiàn)毛邊、四角開裂等。針對大面積單元排混凝土澆筑工藝復雜、脫模效率低等難題,研發(fā)新型模具,以提高澆筑質(zhì)量、降低施工成本等。

        1 傳統(tǒng)單元排結(jié)構(gòu)

        傳統(tǒng)單元排結(jié)構(gòu)由排墊和壓載體組成,排墊透水且可阻擋泥沙,不僅能抵擋水流沖擊,避免岸灘被沖刷破壞,且能實現(xiàn)水土保持,防止岸灘泥沙被沖走,保護岸灘。排墊一般采用250g/m2聚丙烯編織布,縱向抗拉強度52kN/m2,橫向抗拉強度42kN/m2,等效孔徑0.12mm。壓載體一般采用混凝土塊,為提高壓載效果與整體性,需將相鄰混凝土塊連成整體,減少對排墊的撕扯破壞。對于干地岸灘,現(xiàn)場可直接澆筑混凝土,并將其鋪設(shè)在排墊上,無須轉(zhuǎn)移或吊運混凝土塊,可保證混凝土塊不被破壞?;炷翂K尺寸為48cm×48cm×10cm(長×寬×厚),重約55kg,混凝土塊內(nèi)部縱橫向交叉布置φ14mm丙綸繩,交叉點為混凝土塊質(zhì)心,由80塊混凝土塊構(gòu)成5m×4m(長×寬)排墊壓載單元,如圖1所示。排墊沿單元排寬度方向每隔50cm設(shè)有1根5cm寬縱向聚丙烯加筋條,并在加筋條上設(shè)置綁扎環(huán),排墊壓載單元通過加筋條、綁扎環(huán)、丙綸繩連為整體?;炷翂K間設(shè)置2cm縫隙,因此,混凝土塊中心間距一般按50cm設(shè)計。由于混凝土塊尺寸較小,且丙綸繩較柔軟,對于長江岸灘發(fā)生的局部沉降、少量泥沙流失等變形工況,單元排具有較好的適應性。

        圖1 單元排結(jié)構(gòu)

        單元排結(jié)構(gòu)主要施工步驟如下:①整平鋪排區(qū)域,鋪設(shè)聚丙烯編織布,編織布接縫使用φ1.5mm尼龍線縫合;②按排墊壓載單元設(shè)計圖紙吊裝鋼模具,吊裝前對鋼模具進行清潔并涂刷脫模劑;③在混凝土塊中布設(shè)丙綸繩;④澆筑、振搗混凝土,需達到強度要求,根據(jù)實際情況確定脫模時間,避免發(fā)生混凝土塊掉角現(xiàn)象;⑤將相鄰排墊壓載單元綁扎成整體;⑥采用碎石填充相鄰排墊壓載單元縫隙。

        傳統(tǒng)單元排結(jié)構(gòu)施工存在以下缺點:①對于最低水位附近區(qū)域的岸灘,尤其是砂質(zhì)岸灘,其坡度小,地下水位接近地面,地基承載力低,無法使用起重機等重型施工設(shè)備吊裝單元排,減小了可進行陸地施工的岸灘面積;②脫模難度大,混凝土塊易拉裂、破碎,在很大程度上降低了單元排結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量與服役可靠性;③由于單元排混凝土一次澆筑成型,難以保證丙綸繩正確安裝,且丙綸繩包裹在混凝土中,使脫模難度進一步增大;④單元排自重大,吊裝要求較高;⑤不滿足受最低枯水位限制的大面積臨水岸灘軟體排施工搶修要求。

        2 新型單元排結(jié)構(gòu)

        為解決傳統(tǒng)單元排結(jié)構(gòu)存在的問題,提出基于紙板模具的新型單元排結(jié)構(gòu),應用蜂窩/瓦楞紙板代替鋼板,無須拆模、使用重型施工設(shè)備等,對地基承載力要求較低,在混凝土澆筑完成的同時單元排制作完成,大幅度縮短了大面積單元排制作時間,降低了施工成本,減小了混凝土澆筑難度,提高了單元排整體質(zhì)量,適用于大面積臨水岸灘軟體排施工搶修,將其應用于長江干線武漢至安慶段6m水深航道整治工程中,以驗證其可靠性。在進一步細化施工參數(shù)的基礎(chǔ)上,可進一步將新型單元排結(jié)構(gòu)推廣應用于陸地施工。傳統(tǒng)單元排結(jié)構(gòu)施工速度受起重機、鋼模具數(shù)量等制約,而新型單元排結(jié)構(gòu)則不同,不受施工設(shè)備的限制,提高了施工效率,不同單元排結(jié)構(gòu)施工特征如表1所示。

        表1 單元排結(jié)構(gòu)施工特征

        長江兩岸及江心洲岸線較長,水岸交界處形成陡坎,水流不斷沖刷岸灘。岸灘通常為平緩灘面,尤其是砂質(zhì)岸灘,近水區(qū)域坡面坡度≤5°,在1年內(nèi)完成大面積臨水岸灘軟體排施工搶修難度較大。因此,采用本研究提出的新型單元排結(jié)構(gòu)。

        新型單元排結(jié)構(gòu)紙板模具并非剛性,具有一定柔度。試驗結(jié)果表明,紙板厚度為2cm時,50cm跨度下的強度遠大于所需承受的混凝土振搗施工荷載。因紙板具有低透水性與低吸水性,混凝土入倉1h內(nèi),紙板吸水后強度降低<30%,滿足短時強度需求;混凝土入倉1h后,紙板逐漸吸水飽和,強度降低,不僅有利于混凝土保水養(yǎng)護,且可對混凝土塊邊角進行保護。

        紙板模具結(jié)構(gòu)與尺寸基本與鋼模具相同,單元排混凝土塊間隙為2cm,因此將紙板厚度設(shè)計為2cm。紙板吸水后存在一定膨脹量(低應力條件下),在混凝土澆筑過程中,紙板吸水軟化,振搗混凝土時將產(chǎn)生壓縮變形,可知將紙板厚度取為混凝土塊間隙是合理的。紙板經(jīng)規(guī)范裁剪可實現(xiàn)批量化制作,依據(jù)設(shè)計圖紙加工安裝卡槽及丙綸繩預留孔,如圖2所示??v橫向紙板上下扣緊后,將丙綸繩穿入預留孔,并在紙板四邊加裝組裝式矩形鋼框架,以固定丙綸繩??赏ㄟ^機械方式預先施加丙綸繩拉力,拉緊丙綸繩,保證其在混凝土澆筑過程中不發(fā)生下?lián)稀<埌迥>咂囱b簡單,質(zhì)量易控,風大天氣施工時需避免紙板被風吹斷。

        圖2 紙板模具結(jié)構(gòu)

        開展系列現(xiàn)場驗證研究,結(jié)果表明,混凝土振搗密實時產(chǎn)生的荷載不是最大施工荷載,模具內(nèi)側(cè)紙板受雙側(cè)10cm高混凝土塊壓力作用,混凝土振搗荷載不足以引起紙板發(fā)生較大變形?,F(xiàn)場施工過程中,施工人員可站在混凝土塊上進行振搗,不影響模具變形。單元排四周紙板由于緊貼外框架,可避免發(fā)生側(cè)向變形。需特別注意,設(shè)計尺寸合理的混凝土入倉多孔板較重要,由于多孔板暫時承受混凝土入倉時的主要壓力與沖擊力,使單元排可承受混凝土澆筑過程中產(chǎn)生的施工荷載。

        經(jīng)試驗研究與工程實踐驗證,單塊單元排混凝土可在入倉10min內(nèi)充滿各澆筑框格,在入倉30min內(nèi)完成振搗與整平處理。由于紙板浸水效應需較長時間,可忽略該效應的影響。紙板主要起隔板作用,兩側(cè)受力平衡,且側(cè)向壓力隨著混凝土初凝逐漸減小,很快降為零。

        3 基于新型單元排結(jié)構(gòu)的施工搶修工藝

        在臨水位置軟土環(huán)境中可正常施工新型單元排結(jié)構(gòu),適應于大面積臨水岸灘軟體排施工搶修,主要工藝流程如下。

        1)紙板模具制作

        確定紙板厚度后,結(jié)合單元排設(shè)計圖紙,確定縱橫向紙板尺寸,在紙板裁剪加工廠制作。加工制作內(nèi)容包括縱橫向紙板裁剪、卡槽安裝、丙綸繩預留孔裁剪,預留孔直徑應較丙綸繩直徑大3~5mm。紙板模具為一次性使用,無法循環(huán)利用。一般情況下,工程現(xiàn)場單元排長度、寬度均<5m,因此,紙板長度可與單元排長度相同,無須現(xiàn)場接長,現(xiàn)場接長的紙板易在混凝土澆筑時發(fā)生折損。

        2)紙板模具外框架組裝

        外框架為組裝式矩形鋼框架,用于固定丙綸繩,由4根輕質(zhì)鋁合金型鋼組裝而成,可循環(huán)利用,用料較少,可根據(jù)混凝土澆筑強度確定使用數(shù)量。

        3)紙板模具拼裝

        僅將縱橫向紙板上下扣緊即可,卡槽深度為紙板寬度的1/2,紙板上下扣緊后的高度為紙板寬度,卡槽寬度可較紙板厚度小1mm,卡槽受擠壓而扣緊。丙綸繩穿孔后,施加一定拉力固定在模具外框架上。

        4)混凝土入倉多孔板制作與鋪設(shè)

        設(shè)置混凝土入倉多孔板的目的是暫時緩解混凝土入倉時的沖擊力,將多孔板鋪設(shè)在紙板模具上,每個孔對應4塊混凝土塊。

        5)混凝土入倉與振搗

        采用不同運輸方式時,盡可能利用多孔板緩沖混凝土入倉沖擊力,避免紙板模具折損?;炷翍駬v密實,保證質(zhì)量。

        6)混凝土養(yǎng)護與紙板清除

        紙板吸水、保水性能較好,因此,在混凝土養(yǎng)護過程中可使紙板充分吸水飽和,達到長時間濕潤養(yǎng)護效果,可使混凝土塊邊角養(yǎng)護較好,避免出現(xiàn)掉角等現(xiàn)象。因紙板浸水軟化,混凝土養(yǎng)護完成后易清除干凈。

        4 結(jié)語

        1)護灘工程任務(wù)重、岸線長,進行大面積臨水岸灘軟體排施工搶修時,需改進傳統(tǒng)單元排結(jié)構(gòu)及混凝土澆筑工藝,以克服臨水岸灘地基承載力較低的限制,實現(xiàn)更大范圍的陸地施工,提高施工效率與質(zhì)量。

        2)基于大面積臨水岸灘地基新型特性,結(jié)合單元排施工特點,研發(fā)基于紙板模具的新型單元排結(jié)構(gòu),并給出相應的工藝流程?;诩埌迥>叩男滦蛦卧沤Y(jié)構(gòu)簡單易操作,且對施工人員無專業(yè)技術(shù)要求,在臨水位置軟土環(huán)境下可正常施工,適應于大面積臨水岸灘軟體排施工搶修。

        3)結(jié)合室內(nèi)試驗與工程實踐,給出基于紙板模具的新型單元排結(jié)構(gòu)施工步驟,并對紙板模具材料要求進行總結(jié)。由于紙板浸水效應需較長時間,可忽略該效應的影響。

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