12m高闸墩一次成型技术设计

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【摘 要 】曹娥江大闸采用12m高闸墩一次成型技术,不仅加快了施工进度,而且提高了闸墩的外观质量,闸墩成型的闸墩表面平整,光滑如镜,同时也促进了我国水利工程施工技术的提高.本文从模板设计到砼成型简要论述其一次成型方案的施工方案设计,供同行们参考.

【关 键 词 】12m高闸墩;一次成型;模板设计;砼浇筑

1 引言

曹娥江大闸枢纽工程是中国第一河口大闸,位于钱塘江下游右岸主要支流曹娥江河口,由28个闸孔和堵坝工程组成,闸墩采用分缝式闸墩,单个闸墩宽2m,长24m,最高处达12m,单个闸墩混凝土方量415m3,是一个薄型带状悬臂结构.由于工期紧,质量要求高,闸墩采用整体一次成型技术.本文从模板设计到砼成型简要论述其一次成型方案的施工方案设计,供同行们参考.

2 闸墩模板设计

2.1 模板简介

考虑到曹娥江大闸高质量的要求,闸墩模板采用大型定型钢模板:面板采用5mm厚普通钢板,竖向内围楞采用[8@250普通槽钢,横向楞采用2[12@700普通槽钢,拉条采用φ20圆钢(水平间距最大为2.85m,纵向间距最大为2.1m).考虑到另一侧闸墩拉条施工的需要,拉条外套Φ25钢管.拉条拆除后用水泥砂浆封堵.为防止钢套管对伸缩缝伸缩产生不利影响,在浇筑另一侧在伸缩缝处的套管如左图所示处理.

伸缩缝处结点图

2.2 模板结构安全度验算

2.2.1 模板荷载标准值计算

强度验算要考虑新浇混凝土侧压力和倾倒混凝土时产生的荷载;挠度验算只考虑新浇混凝土侧压力.

新浇混凝土侧压力计算公式为下式中的较小值:

其中:――混凝土的重力密度,取24 kN/m3;

t――新浇混凝土的初凝时间,取3.5h;

T――混凝土的入模温度,取28.0℃;

V――混凝土的浇筑速度,取0.400m/h;

H――混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面总高度,取1.2m;

β1―― 外加剂影响修正系数,取1.2;

β2―― 混凝土坍落度影响修正系数,取1.0.

根据公式计算的新浇混凝土侧压力标准值 F1等于 14.020kN/m2

实际计算中采用新浇混凝土侧压力标准值 F1等于14.020kN/m2

倒混凝土时产生的荷载标准值 F2等于 2.000kN/m2.

2.2.2 模板面板的计算

面板为受弯结构,需要验算其抗弯强度和刚度.计算的原则是按照龙骨的间距和模板面的大小,按支撑在内楞上的三跨连续梁计算.

面板计算简图

(1)抗弯强度计算

其中:――面板的抗弯强度计算值(N/mm2);

M――面板的最大弯距(N.mm);

W――面板的净截面抵抗矩,W 等于 70.00×0.50×0.50/6等于2.92cm3;

[f]――面板的抗弯强度设计值,取215.000N/mm2.

M 等于 qL2 / 10

其中q――作用在模板上的侧压力,它包括:

新浇混凝土侧压力设计值,q1等于 1.2×0.70 ×14.03等于11.79kN/m;

倾倒混凝土侧压力设计值,q2等于 1.4×0.70 ×2.00等于1.96kN/m;

L――计算跨度(内楞间距),L等于 250mm;

经计算得到,面板的抗弯强度计算值29.454N/mm2;

面板的抗弯强度验算 < [f],满足要求!

(2)挠度计算 v 等于 0.677qL4 / 100EI < [v] = L250

其中q ――作用在模板上的侧压力,q 等于 9.82N/mm;

L――计算跨度(内楞间距),L等于 250mm;

E――面板的弹性模量,E 等于 206000N/ mm2;

I――面板的截面惯性矩,I等于70.00×0.50× 0.50×0.50/12等于0.73cm4;

面板的最大允许挠度值,[v]等于1.000mm;

面板的最大挠度计算值, v 等于 0.173mm;

面板的挠度验算 v < [v],满足要求!

2.2.3 模板内外楞的计算

(1)内钢楞直接承受模板传递的荷载,通常按照均布荷载的三跨连续梁计算.

本模板中,内龙骨采用钢楞,截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:

内钢楞的规格: 普通槽钢[80;内钢楞截面抵抗矩 W 等于 25.30cm3;内钢楞截面惯性矩 I 等于 101.30cm4;

内楞计算简图

内楞抗弯强度计算:f 等于 M/W < [f]

其中f――内楞抗弯强度计算值(N/mm2);

M――内楞的最大弯距(N.mm);M等于 qL2 / 10

W――内楞的净截面抵抗矩;

[f]――内楞的抗弯强度设计值(N/mm2).

q――作用在内楞的荷载,q 等于 (1.2× 14.03+1.4×2.00)×0.25等于4.91kN/m;

L―― 内楞计算跨度(外楞间距),l 等于 700mm;

内楞抗弯强度设计值[f] 等于 205.000N/ mm2;

经计算得到,内楞的抗弯强度计算值9.508N/mm2;

内楞的抗弯强度验算 < [f],满足要求!

2.内楞的挠度计算 v 等于0.677qL4/100EI <[v]=L/400

其中:E――内楞的弹性模量,E 等于 210000.00N/mm2;

内楞的最大允许挠度值,[v]等于 1.750mm;

内楞的最大挠度计算值, v 等于 0.027mm;

内楞的挠度验算 v < [v],满足要求!

(2)外钢楞承受内楞传递的荷载,因内刚楞间距仅250mm,按均布荷载下的三跨连续梁计算.

a、外楞抗弯强度计算 f 等于 M/W < [f]

其中f――外楞抗弯强度计算值(N/mm2);

M ―― 外楞的最大弯距(N.mm);

W ―― 外楞的净截面抵抗矩;

[f]――外楞的抗弯强度设计值(N/mm2).

M 等于 qL2 / 10

其中 q ―― 作用在内楞的荷载,q 等于 (1.2×14.03+1.4×2.00)×0.7等于13.7452kN/m;

L――外楞计算跨度(对拉螺栓水平间距),,L 等于 2850mm;

外楞抗弯强度设计值[f] 等于 205.000N /mm2;

经计算得到,外楞的抗弯强度计算值90.52N/mm2;

外楞的抗弯强度验算 < [f],满足要求!

b、外楞的挠度计算

v 等于0.677qL4 / 100EI < [v] = L/400

其中E――外楞的弹性模量,E等于210000.00 N/mm2;

外楞的最大允许挠度值,[v] 等于7.125mm;

外楞的最大挠度计算值, v 等于 3.77mm;

外楞的挠度验算 v < [v],满足要求!

2.2.4 穿墙螺栓的计算

计算公式: N < [N] = fA

其中 N ―― 穿墙螺栓所受的拉力;

A ―― 穿墙螺栓有效面积 (mm2);

f ―― 穿墙螺栓的抗拉强度设计值,取170N/mm2;

穿墙螺栓的直径(mm): φ20

穿墙螺栓有效直径(mm):17

穿墙螺栓有效面积(mm2): A 等于 225.000

穿墙螺栓最大容许拉力值(kN): [N] 等于 38.250


穿墙螺栓所受的最大拉力(kN):N 等于(14.02×1.2+2×1.4) ×1.2/2×2.85等于33.56

穿墙螺栓强度验算满足要求!

2.3 模板安装

由于目前闸底板已全部施工完毕,闸墩模板仅需直接在闸底板上立设,模板与模板间设可调节内支撑.因此闸墩模板为自稳体系,不需加设其它支承结构.但考虑到模板安装的临时需要,在模板的每侧搭设3排施工脚手架(作砼浇筑的仓面架用),脚手架搭设的参数为:钢管纵向与横向间距均为1.5m,步距为1.8m,并在每间隔二道设剪刀撑.


-0.5~11.5m高程闸墩段立模支撑图

-0.5~11.5m高程闸墩段立模支撑图

模板的垂直度校正:由于闸墩高度较高,模板的垂直度校正困难,在闸底板施工时,我部已在需浇二期砼的槽坑中埋设了埋件.在闸墩模板顶部每隔3m拉一根2”钢丝绳,下端用Φ20花蓝螺栓与埋件相连,通过3道Φ20花蓝螺栓进行垂直度校正.

高性能砼中因对泌水、漏浆存在较强的敏感性,因此在模板安装时,在相邻模板间粘贴特种双面胶进行止浆,并用高标号砂浆对模板底部进行止浆处理,确保模板“密不透风”.

3 高性能砼施工

3.1 总体施工方案

曹娥江大闸闸墩砼采用C30高性能砼,用JZ500拌和楼拌制,6m3灌车水平运输,50t履带吊垂直运输至闸墩顶贮料系统,再由双胶轮车水平运输,溜筒入仓.

3.2 高性能砼配合比优化设计

根据南京水利科学研究院提供的C30配配合比进行现场试验,发现该配合比工作性能不能满足施工要求,更不能保证砼的外观质量.为此,我们进行了充分的现场模拟试验,对该配比进行了优化设计.

3.2.1 在水灰比不变情况下增加胶凝材料用量增大用水量来满足砼流动性和和易性,胶凝材料由原来298 kg提高到338 kg、用水量119 kg增加到135 kg.

3.2.2 减少外加剂掺量,由1.0%减少到0.75%.

3.2.3 增加胶凝材料后提高砂率,提高砼和易性,由26%提高到32%.

3.2.4 每方砼中掺加0.9kg的建材Ⅱ型强伦纤维,利用该聚丙烯纤维在砼中的三维杂向结构单握砂石料,提高砼的抗分离性.

3.3 砼浇筑

3.3.1 砼运输设备选择

考虑到闸墩内部施工人员的安全性和分层的均匀性,在闸墩模板顶部搭设一浇筑平台,并按等量原则布设溜筒,由双胶轮车在浇筑平台顶部布料.闸墩砼采取水平分层对称浇筑,每层厚度50cm,每层每段最大一次浇筑量为36m3,本工程采用2辆6m3砼罐车水平运输(1台备用),50t履带吊进行砼垂直运输,12辆双胶轮车在仓面进行水平运输.砼拌和楼的生产能力30m3/h,50t履带吊的吊运能力为30 m3/h, 12辆双胶轮车的运输能力为18m3/h.用50t履带吊浇筑可在2小时之内浇筑完成,本高性能砼经现场露天测试,初凝时间为3.5h(天气为晴,室外气温26℃,4级风,五型级配条件下),满足砼施工条件要求.

3.3.2 砼浇筑

根据“一个坡度、薄层浇筑,顺序渐进、一次到顶”的砼浇铺与振捣十六字方针,将振捣与浇铺密切联系在一起,什么时候可以振,什么时候不能振,以及振捣多长时间、遍数,都根据浇铺情况来定,做到不早振、不迟振、不欠振、不过振.

(1)浇筑砼分段分层、限时接茬.根据高性能砼初凝时间、砼浇筑强度及振捣棒性能,确定铺料厚度.经试验,砼层厚在50cm为最佳.对于下料人员可直接看到的仓面,根据模板上的层厚标志线下料;对不能通视的仓面,采用“科学布管,限量下料”的方法控制层厚.掌握好砼初凝时间,在砼初凝前透入下层5~10cm进行接茬,振捣至砼表面开始泛浆且不冒气泡为止.

(2)浇前振后,切莫早振:砼铺料2米后再振捣,不要急于振捣,待下一阶段砼浇铺接茬后再振,以防止色差带的形成.

(3)二次振捣:在混凝土初凝前进行再次振捣,可减少砼水气泡,保证砼密实.

(4)浇筑前的技术交底:根据不同结构类型和不同部位,在浇筑前由项目总工对浇捣人员进行浇筑技术交底,让操作人员在振捣过程中切忌早振、过振、欠振、漏振、快振、迟振、快振现象.

(5)泌水是高性能混凝土不可避免产生的现象,为减少泌水对高性能砼外观质量的影响,在浇筑仓面上派专人负责及时对仓面内积水进行人工排除.

(6)钢筋保护层垫块,随砼浇筑上升的高度而跟着拆除,以防止砼表面收缩不均匀,同时保证砼外表美观.

(7)砼浇筑过程中,派专人值班,并拆除模板内撑,认真仔细检查调整钢筋,严防移位,并通过安装在闸墩模板边缘的专用小棱镜用电子经纬仪观察观察浇筑过程中模板及支撑的移位情况,发现问题及时处理.

(8)二次压光:砼浇筑完毕,采用二次压光技术对闸墩顶部进行处理,防止表面塑性裂缝的产生.

3.4 砼温控与初期养护

砼在拌和时通过骨料预冷、加冰块等温控措施,使砼出机口温度不大于26℃;

由于模板采用的是定型钢模,导热导热系数大,混凝土表面散热快,温降速度快,因此必须对模板进行保温,以降低热量散失的速度.而混凝土内部,由于闸墩比较厚大,混凝土导热系数低,在早期砼硬化阶段,水化反应快,内部热量难以散发,导致温升较快,混凝土产生膨胀,受周边砼约束,产生较大的拉应力,极易产生裂缝,因此在内部必须进行冷却通水,尽可能将混凝土产生的热量带走,以减少拉应力.钢模板表面采用2cm厚的保温板镶贴,并在闸门槽处外挂土工布防风,内部主要集中在3分点内布设冷却通水管,按照《温控指导书》要求,采用“先通水,后浇砼”,通水方向在通水的第一天内为每隔2h变换一次方向,第二天每4h变换一次,第三天每半天变换一次,第四天后每隔一天变换一次,不间断地连续通水7天.水管冷却水直接取之于工程现场附近深井中的地下水.,并根据埋设在闸墩不同部位的温度观测计观测砼内部温度变化情况调整冷却水流量和方向.

砼浇筑完成后,立即在闸墩顶部覆盖湿土工布,并在土工布顶部再履盖一层塑料薄膜进行防温保湿处理.并在7天内通过闸墩顶部的滴漏管进行不间断喷雾保温.

3.5 闸墩拆模与砼后期养护

当砼强度达到设计强度,并在砼内部温度与室外环境气温基本相同后,才开始拆模.

由于本工程地处内河口,风速较大,且闸墩比表面积较大,拆模后洒水养护困难的特点,模板采用从上至下逐层下降法拆除,每拆除一块,立即用砼表面喷涂F-8砼养护剂,全部拆除完毕,再喷涂一遍F-8养护剂.利用F-8砼养护剂在1小时后与表层砼化学反应后形成的硬化层来阻止砼内部的水份挥发,达到砼利用自身水份自我养护的目的,且由于F-8砼养护剂由于与表层砼发生反应后形成均一的硬化层,提高了闸墩砼的表观质量和抗裂、耐磨性.

4 结束语

自2006年6月25日首次在曹娥江大闸2#闸墩后,其它27孔闸墩均参照2#孔闸墩的施工方案,采用12m高闸墩一次成型技术,不仅加快了施工进度,而且提高了闸墩的外观质量,闸墩成型的闸墩表面平整,光滑如镜,被外界称为“人造花岗岩”,同时也促进了我国水利工程施工技术的提高.

参考文献

[1]赵铁军 李秋义:高强及高性能混凝土及其应用.北京:中国建筑工业出版社,2004

[2]水工混凝土施工规范(DL/T5144-2001).北京.中国电力出版社,2002


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