鋼管混凝土柱泵送頂升混凝土技術(shù)

1膨脹混凝土的應(yīng)用該冷帶鋼工程的主車(chē)間占地面積約90000米。結(jié)構(gòu)形狀為兩連混凝土雙臂懸臂結(jié)構(gòu)，共448根。高等教育管為ue78855010和ue78860010，柱高10.3,20.1m，單柱管最大上升混凝土含量約為5.7m3，鋼管內(nèi)混凝土含量為c30微擴(kuò)張混凝土。鋼管混凝土柱泵送頂升混凝土是利用混凝土輸送泵,將混凝土從鋼管柱下部預(yù)留的圓孔中連續(xù)不斷地自下而上頂入鋼管柱內(nèi)。混凝土無(wú)需振搗,借助重力從而達(dá)到密實(shí),具有勞動(dòng)強(qiáng)度低、施工工效高、施工周期短、經(jīng)濟(jì)效益好等特點(diǎn)。由于目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)直觀、明確的鋼管內(nèi)混凝土密實(shí)度的檢測(cè)方法,鋼管柱內(nèi)混凝土一經(jīng)隱蔽,澆筑質(zhì)量便難以檢查,因此控制混凝土的密實(shí)度、管壁與混凝土之間的縫隙便成為鋼管混凝土柱泵送頂升施工的重點(diǎn)與難點(diǎn)。泵送混凝土施工原理:在鋼管柱肢下部與泵車(chē)輸送管相適應(yīng)的位置割一圓孔,加焊一節(jié)短鋼管,在短鋼管與混凝土輸送管間連接一止回閥門(mén),短鋼管外端與止回閥門(mén)、止回閥門(mén)與混凝土輸送管之間通過(guò)泵管卡具連接,混凝土通過(guò)泵車(chē)下料口、輸送管、止回閥門(mén)、短鋼管輸送到鋼管柱肢內(nèi),鋼管柱肢頂部開(kāi)混凝土泄壓孔或稱(chēng)溢流孔,使混凝土排氣后自然密實(shí)。閥門(mén)與鋼管柱肢連接方式見(jiàn)圖1?；炷另斏┕ち鞒桃?jiàn)圖2。2制造設(shè)備2.1定泵施工混凝土輸送管及壓力頂升混凝土需用有一定泵送壓力的汽車(chē)泵或固定泵進(jìn)行,在該工程中采用固定泵施工,混凝土輸送管管徑為ue788125?；炷另斏龝r(shí),泵車(chē)的壓力由混凝土垂直靜壓力、頂升過(guò)程中混凝土之間的粘結(jié)阻力、水平輸送管及彎管等的壓力組成。頂升過(guò)程中應(yīng)保證混凝土在鋼管內(nèi)呈“泉涌狀”上升。2.1.1混凝土泵送的主體壓力損失壓力損失包括:水平管壓力損失、垂直管壓力損失、90°與45°彎管壓力損失、管路截止閥壓力損失和橡膠軟管壓力損失。《現(xiàn)澆混凝土建筑結(jié)構(gòu)施工手冊(cè)》中表5-45混凝土泵送的換算壓力損失見(jiàn)表1。在該工程中,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工的實(shí)際條件,水平管輸送距離不大于100m,垂直管輸送距離不大于1m,考慮最多使用2個(gè)45°彎管,3m橡膠軟管一根,管路截止閥1個(gè)。壓力損失合計(jì)為:垂直靜壓力P(取ue788600×10最大高度為20.1m的鋼管柱肢進(jìn)行計(jì)算):壓力損失與垂直靜壓力合計(jì)為:12.52MPa?？紤]到頂升過(guò)程中其他不可預(yù)見(jiàn)的因素,所以當(dāng)混凝土頂升時(shí)高度在20.1m以?xún)?nèi)時(shí),泵送壓力應(yīng)為2.1.2混凝土輸送工程根據(jù)以上計(jì)算,所選用的混凝土泵輸送壓力必須大于15.0MPa,在該工程中選用的是HBT60混凝土輸送泵,最大輸送壓力為26.0MPa,頂升效果比較理想。2.2確定混凝土的送出性能混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)的數(shù)量應(yīng)根據(jù)攪拌站攪拌能力和混凝土運(yùn)輸距離及混凝土泵車(chē)的泵送性能,在保證混凝土輸送連續(xù)不間斷的前提下來(lái)確定。在該工程主廠房工程中,混凝土為現(xiàn)場(chǎng)攪拌,攪拌機(jī)為佛宇重工JS1000型自動(dòng)控制攪拌機(jī),混凝土運(yùn)輸距離約500m,選用兩臺(tái)(6m3)混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē),能保證混凝土輸送泵連續(xù)作業(yè)。2.3頂升混凝土輸送管直徑在滿(mǎn)足使用的前提下,選用小直徑的輸送管,搬運(yùn)、拆裝方便,混凝土不易產(chǎn)生離析,并能節(jié)約輸送管能的潤(rùn)滑砂漿。頂升混凝土輸送管直徑為125mm。為減少混凝土管內(nèi)壓力損失,節(jié)約成本,輸送的布置應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地情況,盡量縮短管線長(zhǎng)度,少用彎管,盡量使輸送管水平布置,地面不平時(shí),宜將輸送管設(shè)于架空馬凳上。2.4混凝土輸送系統(tǒng)止回閥即為防止拆除輸送管時(shí)混凝土發(fā)生回流,在進(jìn)料管與輸送管間安裝的閘板式止流裝置。根據(jù)方便實(shí)用、操作簡(jiǎn)單、成本低廉的原則,在該工程中現(xiàn)場(chǎng)自制了如圖3所示閘閥。300×40×4的扁鐵為閘閥插片,進(jìn)料管上沿圓周六等分位置所開(kāi)的六個(gè)50×10的方孔為閘閥插片孔。在混凝土輸送時(shí)為防止漏漿,應(yīng)采用尼龍布將閘閥插片孔包裹,并用18#鐵絲牢固綁扎。當(dāng)混凝土頂升完成后,用鐵錘將閘片打入閘閥孔即可阻止混凝土回流。在該工程中使用效果非常好,且能重復(fù)回收利用,節(jié)約了成本。3施工操作要點(diǎn)3.1管道混凝土的配置3.1.1混凝土原料的選用(1)設(shè)計(jì)高性能微膨脹混凝土宜選擇42.5R早強(qiáng)型水泥為主體,其用量不宜過(guò)大,初凝時(shí)間以8~12h為宜。(2)配制高性能微膨脹混凝土須使用干凈的河砂并嚴(yán)格控制云母含量、硫化物含量、含泥量和壓碎值,一般選用細(xì)度模數(shù)2.6~3.1的中砂為宜。不宜用砂巖類(lèi)山砂、機(jī)制砂、海砂,此類(lèi)砂對(duì)混凝土的膨脹率影響極大。(3)粗骨料石質(zhì)對(duì)高性能微膨脹混凝土影響很大,主要體現(xiàn)在骨料砂漿界面粘結(jié)強(qiáng)度、骨料彈性模量和骨料強(qiáng)度。在考慮混凝土可泵性的同時(shí),要考慮混凝土的早強(qiáng)性和后期強(qiáng)度。碎石需二次破碎,使其基本無(wú)棱角,并減少針片狀顆粒的含量。選用時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制含泥量、強(qiáng)度、彈性模量和粒徑≤31.5mm。(4)粉煤灰與水泥“二次水化反應(yīng)”產(chǎn)生的凝膠封堵了混凝土的毛細(xì)管路,增強(qiáng)了密實(shí)性,提高了耐久性?！岸嗡磻?yīng)”只有Ⅰ級(jí)粉煤灰和磨細(xì)粉煤灰可以徹底完成:“使混凝土升溫降低15~35;應(yīng)嚴(yán)格控制粉煤灰SO3含量,以0.5~1.5”為宜;粉煤灰應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》規(guī)定。(5)選擇外加劑一定要經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)。試驗(yàn)表明,緩凝型減水劑會(huì)降低混凝土膨脹率,所以應(yīng)反復(fù)試驗(yàn),膨脹率合適才可使用;高效減水劑還應(yīng)具有緩效凝作用和緩凝劑摻配作用,且是非引氣型、低氣泡減水劑;其質(zhì)量應(yīng)符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《混凝土外加劑》規(guī)定。(6)膨脹劑在有鋼管約束條件下,在結(jié)構(gòu)中建立0.2~0.3MPa預(yù)應(yīng)力,可抵消混凝土在硬化過(guò)程中產(chǎn)生的收縮應(yīng)力,從而提高抗裂能力。選擇時(shí)一定要多試驗(yàn)幾個(gè)品種,膨脹劑應(yīng)對(duì)混凝土后期強(qiáng)度及質(zhì)量無(wú)害,與所用水泥適應(yīng)性好。我國(guó)主要使用U型膨脹劑、復(fù)合膨脹劑及明礬石膨脹劑。3.1.2混凝土配合比設(shè)計(jì)(1)混凝土施工可按一般高性能混凝土配合比進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算,不必計(jì)算后將強(qiáng)度提高一個(gè)等級(jí)作為配制強(qiáng)度,關(guān)鍵在于施工配合比的施工現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制水灰比,將其確定為定值。(2)混凝土是采用鋼管中頂升灌注,粗骨料在頂升過(guò)程中不能因自身重力而下落,否則會(huì)造成頂升壓力過(guò)大而失敗。在設(shè)計(jì)混凝土配合比過(guò)程中碎石應(yīng)稍微呈懸浮狀態(tài),不能下沉。所以該種混凝土的砂率可提高一些。(3)許多工程實(shí)踐認(rèn)為鋼管混凝土設(shè)計(jì)為微應(yīng)力時(shí),限制膨脹率28d內(nèi)應(yīng)控制在(2~6)×10-4的范圍內(nèi)是合理的。3.1.3水泥砂子和膨脹劑的選用在該工程中,根據(jù)當(dāng)?shù)夭牧瞎?yīng)情況,水泥選用42.5礦渣硅酸鹽水泥,砂子選用含泥量小于1%的河砂,石子選用5~31.5的碎石,膨脹劑選用UEA-2膨脹劑。配合比見(jiàn)表2。3.2混凝土泵車(chē)場(chǎng)地(1)混凝土輸送泵的現(xiàn)場(chǎng)停放位置,應(yīng)盡量縮小與澆筑地點(diǎn)之間的距離,便于配管并接近供電、供排水設(shè)施。輸送泵停放場(chǎng)地應(yīng)平整密實(shí),道路通暢,以便固定泵車(chē)和拆裝輸送管道。(2)泵車(chē)受料斗旁須有足夠的場(chǎng)地,以保證混凝土運(yùn)輸車(chē)快速交替供料。(3)輸送管的布置應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,盡量縮短管線的長(zhǎng)度,少用彎管;應(yīng)盡量使管路平直,當(dāng)?shù)孛娌黄綍r(shí),宜將輸送管架設(shè)于架空馬凳上;輸送管管卡與管接口應(yīng)保證良好的密封性,否則會(huì)增大管路壓力損失,從而導(dǎo)致頂升失敗。3.3混凝土頂升及頂升過(guò)程注意事項(xiàng)(1)鋼管柱開(kāi)孔位置應(yīng)考慮方便短鋼管焊接和輸送的連接,開(kāi)孔時(shí)割下的圓形板應(yīng)編號(hào)保存,以便封孔時(shí)對(duì)號(hào)入座。(2)進(jìn)料短鋼管直徑必須與混凝土輸送管相同,采用ue788125壁厚5mm無(wú)縫鋼管制作,與鋼管柱必須焊接牢固,不得漏焊和花焊,以免頂升時(shí)因水平管顫動(dòng)而脫焊,導(dǎo)致頂升失敗。(3)混凝土坍落度的大小直接影響混凝土的頂升效果和澆筑質(zhì)量,實(shí)施頂升前應(yīng)檢查運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)的混凝土的坍落度,坍落度必須保持在170±20mm范圍內(nèi)。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)專(zhuān)人測(cè)試并記錄。由于意外原因在現(xiàn)場(chǎng)停置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、坍落度損失嚴(yán)重的混凝土不得用于泵送頂升施工。(4)同一根鋼管柱肢管內(nèi)混凝土泵送頂升施工必須連續(xù)進(jìn)行,直至頂端排氣孔溢出混凝土為止。當(dāng)碰到停電等突發(fā)事件導(dǎo)致混凝土頂升不能連續(xù)進(jìn)行時(shí),應(yīng)立即關(guān)閉止回閘閥,拆除并清洗泵管;待突發(fā)事件解除后,若混凝土已經(jīng)終凝,應(yīng)在鋼柱未填充混凝土的部位重新開(kāi)孔頂升混凝土,但應(yīng)注意不得使孔口以下混凝土自由下落高度太大,避免造成混凝土離析導(dǎo)致混凝土不密實(shí)。(5)頂升施工時(shí)用于潤(rùn)滑輸送管的水泥砂漿不得替代混凝土注入鋼管柱內(nèi)。潤(rùn)滑用砂漿排空后,再將輸送管與止回閥門(mén)連接。為減小頂升過(guò)程中混凝土與鋼管柱之間的摩擦,在頂升混凝土的同時(shí)可以從鋼管柱頂排氣孔向柱內(nèi)注入適量與混凝土配合比相同的水泥漿潤(rùn)滑管壁,直到頂升結(jié)束。(6)為防止頂升結(jié)束后混凝土回流,在短鋼管與輸送管之間安裝止回閥門(mén),泵送頂升時(shí)開(kāi)啟,頂升結(jié)束時(shí)關(guān)閉。泵管連接必須安全可靠,磨損嚴(yán)重的泵管不得使用。(7)鋼管柱內(nèi)混凝土不應(yīng)振搗,以防堵管。當(dāng)鋼柱頂排氣孔內(nèi)有水泥漿溢出時(shí),混凝土泵車(chē)應(yīng)恒壓2~3min,以便排出因混凝土秘水產(chǎn)生的水泥漿,以保證柱內(nèi)混凝土密實(shí)。(8)混凝土輸送管被堵塞時(shí)可敲擊管路,找出堵塞管段,拆除堵塞管段,取出堵塞混凝土。當(dāng)再次頂升混凝土?xí)r,必須將管內(nèi)空氣排除后才能將拆除過(guò)的管段接頭卡擰緊,以防混有空氣造成混凝土空鼓。(9)鋼管柱肢管頂部設(shè)排氣孔,孔徑應(yīng)不小于混凝土輸送管直徑ue788125,混凝土頂升結(jié)束時(shí),將封頂板壓緊與鋼管柱點(diǎn)焊,待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的50%后,補(bǔ)焊封頂板并割除短鋼管、補(bǔ)焊圓孔板。(10)對(duì)從排氣孔溢出的水泥漿應(yīng)及時(shí)清理,以免污染鋼柱。4質(zhì)量控制和安全管理4.1混凝土澆筑質(zhì)量除嚴(yán)格遵照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》(CECS28:90)和《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB50204—2002)外,還應(yīng)特別強(qiáng)調(diào)的質(zhì)量管理要求如下:(1)泵送頂升混凝土的水泥、砂、石、水、摻合料、外加劑等原材料技術(shù)指標(biāo)必須符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。特別是骨料粒徑、含泥量、含水率應(yīng)經(jīng)常檢測(cè),根據(jù)檢測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整配合比。(2)水泥摻合料、外加劑均應(yīng)有合格證。(3)加強(qiáng)混凝土試件質(zhì)量管理,專(zhuān)人負(fù)責(zé)制作、養(yǎng)護(hù)、保管及送檢,以試驗(yàn)報(bào)告作為檢驗(yàn)工程質(zhì)量和交工的依據(jù)。(4)由于混凝土混凝土頂升后不振搗,故為保證混凝土密實(shí),應(yīng)嚴(yán)格按試驗(yàn)配合比摻加微膨脹劑,使混凝土澆筑后微膨脹,以補(bǔ)償收縮,達(dá)到密實(shí)。(5)鋼柱內(nèi)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí),其標(biāo)準(zhǔn)試樣的取樣頻率、判定方法應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定。(6)鋼柱內(nèi)混凝土的澆筑質(zhì)量可用敲擊鋼管的方法進(jìn)行初步檢查,若有異常,應(yīng)采用超聲波檢測(cè)。對(duì)不密實(shí)的部位,應(yīng)采用鉆孔注漿進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng),然后將鉆孔補(bǔ)焊封閉。當(dāng)柱頂牛腿處出現(xiàn)空隙時(shí),應(yīng)采用水泥砂漿(摻加水泥用量10%的UEA膨脹劑)灌孔填實(shí)。在該工程中,有個(gè)別柱頂牛腿部位出現(xiàn)空隙,采用上述水泥砂漿灌漿后,經(jīng)過(guò)一年來(lái)的跟蹤檢測(cè),在已達(dá)到設(shè)計(jì)荷載110%的條件下,尚未發(fā)現(xiàn)異常情況。4.2混凝土泵車(chē)升開(kāi)始時(shí)(1)施工場(chǎng)地必須平整堅(jiān)實(shí),以防泵車(chē)傾斜或沉陷。(2)頂升前應(yīng)檢查水平輸送管接頭的可靠性,頂升開(kāi)始時(shí)水平管上應(yīng)覆蓋草袋或套水泥袋,以防因泵送壓力過(guò)大而發(fā)生爆管傷人,泵送