钢管混凝土顶升浇筑施工技术

钢管混凝土顶升浇筑施工技术

摘要:矩形断面钢管混凝土采用分段、对称顶升灌注方法施工,降低了下部管壁承受的灌注压力,防止了爆管并有效地控制了钢管变形,为类似工程施工提供了借鉴。

关键词:混凝土分段顶升灌注

1 工程概况

综合试验水池工程上部为大跨度拱形钢结构,拱形钢结构由10榀矩形断面的弧形钢管拱、直径800 mm钢管撑件、各种规格的纵向联系梁及弧形钢板组成。弧形钢管拱拱肋净跨为61.48 m,拱轴线为圆弧,半径为31.78 m。拱顶高程31.78 m,拱脚高程4.5 m。弧形钢管内断面为940 mm×1940 mm,管壁厚30 mm。管内满布φ19,长100 mm,间距300 mm栓钉。钢管内灌注C50微膨胀砼,每榀钢管拱灌注混凝土约159.4 m3。

弧形钢管混凝土采用泵送顶升法施工。

2 弧形钢管拱混凝土顶升施工

2.1 施工方法

钢管拱混凝土采用泵送顶升法施工,顶升施工从钢管拱两端对称进行顶升混凝土。由于钢管拱为矩形截面,为防止混凝土顶升过程中,

对拱璧的侧压力过大,导致拱璧钢板变形过大,每榀钢管拱混凝土分三次顶升施工完成。第二次、第三次混凝土顶升施工分别在前一次顶升的混凝土达到50%设计强度后进行。每次顶升高度按以下高程划分。

(1)高程4.5m～高程8.0m:为钢管拱埋入混凝土拱脚墩部分,混凝土采用机械振捣密实的浇筑方法施工。

(2)第一次混凝土顶升浇筑:高程8.0 m ～高程15.90 m。

(3)第二次混凝土顶升浇筑:高程15.90 m ～高程23.80 m。

(4)第三次混凝土顶升浇筑:高程23.80 m ～高程31.74 m。

在每次顶升分界面处(即高程15.90 m、高程23.80 m处)埋设型钢,补强混凝土薄弱面的强度,以使之达到设计要求。

施工过程中,分别在高程8.5 m、高程15.9 m、高程23.8 m各开两个混凝土压注孔(钢管拱两边各一个,对称布置),在拱顶开溢浆孔(卸压孔)。将混凝土沿钢管拱从下往上分三次顶升完成,每次顶升施工保证混凝土的连续和均匀。

2.2 混凝土配合比要求

本工程混凝土泵送高度达24 m左右、距离长30 m左右,且钢管内满布栓钉,造成混凝土泵送阻力较大,对混凝土得和易性、可泵性也提出了更高的要求。

混凝土要求达到以下指标。

(1)混凝土强度等级:C50。

(2)混凝土具有良好的可泵性,即坍落度大,和易性好、不泌水、不离析、自密实性好。

(3)混凝土具有补偿收缩性。

(4)混凝土初凝时间必须满足每次顶升完毕后,管道内的混凝土仍具有足够的和易性,混凝土初凝时间大于8 h,终凝时间大于10 h。坍落度控制在16～20 cm,扩展度大于55 cm。

⑤胶凝材料最少用量(水泥、膨胀剂和掺合料的总量)大于300 kg/m3。

2.3 顶升压力计算及混凝土泵选择

(1)顶升压力计算。

本工程混凝土顶升施工分上中下3排压注孔进行,但选择混凝土泵时,顶升压力仍按照混凝土顶升高度为24m的工况进行计算。

根据流体力学能量方程知:

ΔP＝γh＋∑p

式中:ΔP为顶升所需的压强;

γh为混凝土自重产生的压强;

∑p为各种压力损失总和。

γh＝2500×9.807×24

≈0.59 MPa

∑p按以下几个方面进行计算。

①混凝土在钢管内上顶升时阻力约0.5 MPa。

②混凝土水平输送长约80 m(包括钢管拱内的水平距离),每20 m 压力损失为0.1 MPa,共0.4 MPa。

③每个900弯头压力损失0.1 MPa,3个弯头共损失0.3 MPa。

④水平加劲板每块压力损失0.1 MPa,4块共0.4 MPa。

⑤逆止阀压力损失0.8 MPa。

⑥附属于泵车的压力损失为3.0 MPa;

则:∑p=5.4 MPa。

ΔP=5.99 MPa。

考虑施工过程中不可预见压力,在计算压力基础上取 1.2的安全系数,则顶升压力:

P总=1.2ΔP=7.2 MPa。

⑵混凝土泵的选择。

输送泵的额定压力须大于顶升压力。输送泵的额定泵送能力应不小于灌注速率或实际混凝土供应量的2倍。输送泵的额定扬程应大于1.5倍的灌注顶面高度。

综合以上因素选择HBTS60－13－90拖式混凝土高压输送泵,分配阀为S形摆管阀,最大理论输出量60 m3,出口处最大压力为13 MPa。

2.4 钢管拱混凝土顶升施工工艺

（1)顶升顺序及要求。

每次顶升时采取两边对称顶升的方法施工,从下向上顶升,使钢管拱对称受力。每根钢管拱采用两台泵车同时对称泵送,每次顶升施工混凝土连续灌注,两边灌注进度差小于1 m。每次顶升结束时钢管内的混凝土均不得初凝,必须停歇时,最终灌注完成时间不得超过第一盘入管混凝土的初凝时间。

(2）顶升施工流程。

混凝土顶升施工流程详见图1。

1)溢浆管、排气孔、压注孔、进料短管与逆止阀及出渣孔设置。

①溢浆管并兼作顶排气管:在钢管拱顶处布置2个φ125 mm的孔(间距500 mm),外焊φ168 mm钢管(长120 cm),钢管竖直向上。

②排气孔:为减小混凝土在钢管内流动时的空气阻力,防止爆管现象发生,同时在施工时观察管内混凝土顶升情况,在拱背上沿钢管径向设排气孔。当排气孔冒混凝土时,应用螺栓封堵。

③压注孔:根据三次顶升及对称顶升施工的需要,钢管共设6个压注孔。分别设在拱脚钢管外侧面高程8.5 m、高程15.9 m及高程23.8 m处。

④进料短管与逆止阀:采用内径为φ125 mm的钢管,管壁厚度不小于6 mm。进料短管设一个1350的弯头,短管出口朝上,利于混凝土顶升。短管设闸板式止流装置。

⑤出渣孔:设在两个拱脚钢管外侧面,高程8.3 m处。

顶升灌注施工布置见图2。

2)清除管内污物及湿润内壁。

清洗钢管,打开拱脚处的排渣闸阀,让管内水及渣物流出,沉积在管底的渣物用勺子掏出。