高落差涵洞事故門井筒加固施工技術(shù)

馬 軍,艾克拜爾?買買提

(新疆水利廳頭屯河流域管理處,新疆 昌吉 831100)

為改變頭屯河水庫涵洞壓力段長期無法檢修的局面,在涵洞進口增建了高進水塔作為事故檢修門井,在水庫低水位檢修和事故發(fā)生時可以閉門。增加事故檢修門以后,水庫高水位運行時,改變了原涵洞壓力段及閘井事故門井筒的運行狀態(tài),即在事故檢修門關(guān)閉時,原事故門井筒內(nèi)無水,外有水壓力和壩體土壓力,井筒結(jié)構(gòu)需重新加固。事故門井筒總高45m,筒身段34 m,井筒橫截面尺寸為4 m×4 m,加固范圍在高程957.50～987.50m,共30m。在原井筒井壁老混凝土上,采用錨筋和鋼筋混凝土進行襯砌加固[1],屬高空作業(yè),作業(yè)空間處于涵洞過流面以上四周封閉的懸空空間,施工作業(yè)平面狹窄,混凝土澆筑施工難度大。本加固工程主要完成錨桿安裝1378根,混凝土鑿毛471 m2,混凝土澆筑171.3 m3,鋼筋制作安裝23.34 t。

1 施工方案

在施工方案上首先考慮施工安全和質(zhì)量,采用自下而上的順序分層進行施工,腳手架搭設(shè)、混凝土面鑿毛、砂漿錨桿植入、結(jié)合面清洗等工序按每3 m高度控制;鋼筋制作安裝、模板制作安裝、混凝土澆筑等工序按每2m高度控制,往復(fù)循環(huán)直至設(shè)計高程987.50m。在高程957.00m處安裝一個能夠承載一定高度腳手架的施工作業(yè)平臺,此平臺牢固地和井壁四周錨固在一起,同時要解決好施工人員和混凝土等材料的垂直輸運問題[2],施工布置見圖1。

2 施工主要內(nèi)容及工序

施工主要內(nèi)容有:工作平臺安裝、升降機安裝、腳手架搭設(shè)、混凝土面鑿毛、砂漿錨桿植入、混凝土澆筑等。

施工工序為:施工準備→工作平臺安裝→升降機安裝→腳手架搭設(shè)→混凝土面鑿毛→植入砂漿錨桿→結(jié)合面清洗→水泥凈漿噴涂→鋼筋及模板制作安裝→混凝土澆筑→拆?！B(yǎng)護→腳手架拆除。

3 主要施工方法及技術(shù)措施

3.1 工作平臺制作安裝

圖1 涵洞事故門井筒加固施工布置

工作平臺面積為3.96m×3.96m,四邊由槽鋼焊制,中間縱橫梁由角鋼焊制,平臺面板由4cm厚木板拼裝加固成一體。在井筒上口底板4角處安裝4個電動提升機(底座與底板錨固在一起),作為工作平臺垂直提升的牽引動力,形成4m×4 m的提升控制面。4個電動提升機提升鋼纜分別與工作平臺四角的吊耳連接在一起(施工人員手持有線控制器,根據(jù)需要隨時操控按鈕控制工作平臺在井筒的任何位置),先將工作平臺由人工從場外移至井筒上口處,配合電動提升機下放工作平臺(豎面朝下)至井口下1 m處,調(diào)節(jié)電動提升機使工作平臺豎面變至水平面,施工人員系安全纜繩乘工作平臺由電動提升機下降至井筒內(nèi)956.00m高程位置。人工將井筒高程957.00m位置處的井壁混凝土水平鑿進20cm深,水平布置8根0.2m長25號槽鋼,槽鋼與井壁原混凝土內(nèi)鋼筋焊接牢固,靠近垂直運輸面不加錨槽鋼,由此作為工作平臺的落腳點[3]。然后將工作平臺升至高程957.00m處,將工作平臺的四邊槽鋼框架與井壁已焊接錨固好的25號槽鋼焊接牢固,工作平臺安裝完成,與下部涵洞過水空間隔開封閉,井筒加固施工不受涵洞過水影響,高空施工作業(yè)有了基礎(chǔ)平臺。

3.2 升降機制作安裝

在涵洞事故門井筒上口處制作安裝2臺升降機。升降機用25號槽鋼焊制成鋼籠,施工人員所乘升降機尺寸為1m(長)×0.5m(寬)×1.85m(高),鋼籠上部遮板封閉,防墜物,保證人員安全[4]。材料運輸升降機尺寸為0.8m(長)×0.5m(寬)×1.85m(高),可供200kg材料運輸,鋼籠上部敞口,利于長尺寸材料運輸。利用原涵洞事故門卷揚啟閉機的鋼纜作為升降機的牽引吊纜,鋼纜與升降機頂部吊耳連接。在升降機進出口處制作鋼圍欄保證施工作業(yè)安全,施工人員手持有線控制器,根據(jù)需要可隨時分別操控2臺升降機在井筒內(nèi)進行上下垂直運動或停留[5]。

3.3 腳手架搭設(shè)

腳手架用5m長的鋼架桿在工作平臺上豎向用腳手架扣連接,橫向間距1 m用短鋼架桿與四邊鋼架桿連接,橫向鋼架桿上面鋪設(shè)木板或竹夾板形成工作面供施工人員方便施工,隨施工高度需要,一層一層往上搭設(shè)直至混凝土最高澆筑高程987.50m。在搭設(shè)過程中,每2m高度腳手架水平桿與井壁錨桿焊接牢固,腳手架與井壁之間留足混凝土澆筑空間(約0.6 m)[6]。

3.4 井壁混凝土鑿毛

為保證新老混凝土獲得良好的結(jié)合面,將原混凝土表面破碎、老化、空蝕、裂紋和脫落的混凝土徹底清除,露出新鮮混凝土,并清除浮渣和碎塊。原井壁混凝土鑿毛施工采用風(fēng)鎬和電鉆,鑿毛達到要求后用鋼刷和壓力管水隨刷隨清洗達到驗收要求。

3.5 砂漿錨桿植入

3.5.1 材料

a.砂漿錨桿布置形式:高程957.50～978.50m范圍采用Ⅱ級鋼筋直徑20mm的插筋,伸入原井壁40cm;高程978.50～987.50m范圍采用Ⅱ級鋼筋直徑18mm的插筋,伸入原井壁35cm。

b.水泥砂漿采用高抗硫酸鹽硅酸鹽水泥。

c.水泥砂漿強度等級不得低于20mPa,摻入UEA型膨脹劑及早強劑等,UEA膨脹劑的摻入量為水泥質(zhì)量的10%。砂漿配合比:水泥與沙之比(質(zhì)量比)為1∶1.5;水灰比為 0.40。施工時通過試驗選擇合適的配合比,使?jié){液的稠度及流動性滿足漿液既不會從錨桿中自動流出,又不易堵塞注漿管的要求。

d.砂子采用中、細沙,最大粒徑不超過2.5mm。

3.5.2 植入砂漿錨桿施工流程

在施工前先進行現(xiàn)場工藝試驗,然后確定采用“先注漿后安裝錨桿”程序施工,施工工藝流程:施工準備→鉆孔→清孔→注入水泥砂漿→插入錨桿→驗收。

a.鉆孔。注漿錨桿的鉆孔孔徑大于錨桿直徑,鉆頭直徑大于錨桿直徑15mm以上。

b.清孔。采用高壓水清孔。

c.注漿后插入錨桿。在注漿端部加工一直徑略小于錨孔的活塞(用橡膠類材料),使之與注漿管固定為一整體,將注漿管送入孔底,然后退回5～10cm開始注漿,隨著注漿的進行,通過有壓的漿液將注漿管緩慢推出孔外。為防止堵管,將注漿管端頭管口鋸成45°坡口,注漿時孔內(nèi)必須是干孔,用高壓風(fēng)吹孔,注漿管通過注漿壓力緩慢推出孔外,一般不能人為拔出。

3.6 水泥凈漿噴涂和測量放樣

井壁清洗干凈后,施工人員用毛刷在鑿面上均勻噴涂水泥凈漿覆蓋至整個澆筑面上。水泥凈漿表面微干后,根據(jù)施工詳圖,用水準儀、鋼卷尺、測繩進行測量放線,確定結(jié)構(gòu)物邊線、混凝土面高程,并定出鋼筋綁扎和立模邊線,做好標記。

3.7 鋼筋及模板制作安裝

3.7.1 鋼筋制作安裝

鋼筋運入工地時,每批60 t鋼筋抽檢一次,合格后進行加工。鋼筋在加工廠按設(shè)計要求制作,分類編號,通過升降機運送至工作倉面。根據(jù)測量放線標記,焊接鋼筋樣架。按照配筋施工詳圖,核實鋼筋的數(shù)量、型號等,按由低到高、由內(nèi)向外的原則,人工進行鋼筋綁扎和焊接。鋼筋接頭錯開焊接,同一截面處的接頭數(shù)不超過總鋼筋數(shù)的50%[7]。為保證垂直輸送混凝土?xí)r鋼筋骨架不變形及固定模板,把已插入井壁錨固好的錨桿與鋼筋網(wǎng)綁扎在一起。為保證混凝土保護層的厚度,在鋼筋與模板之間設(shè)置強度不低于結(jié)構(gòu)設(shè)計強度的混凝土墊塊,墊塊埋設(shè)鐵絲并與鋼筋扎緊,墊塊相互錯開,分散布置。為保證鋼筋位置準確,鋼筋安裝均采用架立筋輔助定位。鋼筋接頭采用綁扎接頭。

3.7.2 模板制作安裝

采用鏡面模板,施工時對模板進行檢查,發(fā)現(xiàn)損壞或變形立即修補、校正或更換。模板表面涂刷水溶性脫模劑。上下層混凝土模板接縫處用雙面膠帶等進行堵塞,防止漏漿。模板加固采用方木及鋼架桿,方木縱向布置間距20cm,貼緊模板,橫向鋼桿間距40cm,為避免模板位移,于模板內(nèi)布置鋼筋支撐。澆筑前用高壓風(fēng)、水沖洗倉面。

3.8 混凝土澆筑

3.8.1 混凝土配合比

水泥采用新疆屯河生產(chǎn)的42.5R普通硅酸鹽水泥,采用C25F200W6二級配混凝土,摻25%的Ⅱ級粉煤灰和25%的礦渣粉,含氣量5.7%,水膠比0.4,坍落度57mm,含砂率29%,各材料用量見表1。

表1 每立方米混凝土各項材料用量 kg

3.8.2 混凝土拌制

采用HZS-60型拌和設(shè)備建立混凝土拌和站,配料機為磁鐵式自動計量裝置,料斗為JS-1000型,用JS-2000自動計量強制式攪拌機拌制混凝土。混凝土配料機與攪拌機配合使用,理論生產(chǎn)能力為25～30m3/h。水泥、粉煤灰、礦渣粉、外加劑采用人工上料,其中砂、石骨料使用ZL30裝載機上料至配料機。嚴格按照設(shè)計配合比并采用質(zhì)量法配置混凝土,混凝土攪拌時間不少于3 min,在機口每4 h檢測一次混凝土拌和物的坍落度,每2 h檢測一次含氣量[8]。

3.8.3 混凝土運輸及入倉

將長5m、直徑200mm、厚1mm的輕質(zhì)鐵皮管在地面上兩頭焊接法蘭,共5節(jié)管,管與管之間的法蘭用螺栓上緊。在井筒上口緊挨井壁地板的適宜位置鑿一直徑40cm的孔洞,用木板圍護作為混凝土入料口,鐵皮管用安全繩系好從孔洞往下放。離澆筑層最近的鐵皮管末端和長4m、直徑200mm的鋼絲軟膠管連接,軟膠管方便在澆筑倉面上方來回移動控制混凝土入倉量和高度,鐵皮管和軟膠管共同組成混凝土輸料管。為保證鐵皮管在垂直運輸混凝土?xí)r不來回擺動,在鐵皮管靠近井壁適宜位置上用鐵卡把鐵皮管固定在井壁上,并在井筒上口地板適宜位置用兩條安全繩固定好。隨著澆筑層上升,隨時解開安全繩提升一段鐵皮管來保證對澆筑高度的控制。

混凝土拌制好后,用一輛4 t自卸車運送至工作閘井門口處,人工用手推車轉(zhuǎn)運至入料口。澆筑時,先輸送一定數(shù)量的水泥砂漿潤滑鐵管,在倉面底部形成墊層,稀釋鐵皮管里發(fā)生離析的砂石骨料。開始輸送時,先慢后快,再勻速入料。當輸送混凝土出現(xiàn)堵塞時(容易在軟膠管折彎處堵塞),停止入料,用木槌敲擊等辦法,查明堵塞部位,將混凝土擊松后,卸完管內(nèi)混凝土,排除堵塞,再接好軟膠管繼續(xù)輸送混凝土。

3.9 混凝土振搗、拆模及養(yǎng)護

采用ZX-30和ZX-50型插入式振搗器振搗。每層鋪漿厚度不超過50cm,振動棒間距為250～300mm,振動時間不小于30 s,混凝土搗實至表面呈現(xiàn)浮漿和不再出現(xiàn)氣泡為止,從而保證振搗效果。

混凝土澆筑完成后,待混凝土強度達到設(shè)計強度的70%時拆模。拆模時輕敲輕放。拆模后,對混凝土進行灑水養(yǎng)護,局部邊角用噴霧器灑水,以利于混凝土表面長時間保持濕潤狀態(tài),直至養(yǎng)護齡期。

4 施工質(zhì)量控制

本次涵洞閘井事故門井筒加固施工中,新老混凝土之間的結(jié)合是質(zhì)量控制要點。采取了以下處理措施:

a.用電錘鉆鑿除原井壁老混凝土表面碳化層、質(zhì)地疏松層以及裂縫、孔洞等局部缺陷部位,露出新鮮完整的混凝土。為確保施工質(zhì)量,用鋼絲刷刷毛后,用高壓水沖洗。

b.在水平方向或垂直方向的插筋位置按設(shè)計圖紙嚴格放線,做好鉆孔標記。用電錘鉆鉆孔,孔徑比插筋直徑大4～8mm,孔深比設(shè)計的插筋錨固長度略深。鉆孔遇到原涵洞內(nèi)鋼筋時可稍偏移繞過。灌注錨固材料前,對鉆孔用清水沖洗干凈。從鉆孔底部開始灌注錨固材料,以確保鉆孔完全填充。灌注錨固材料采用膨脹砂漿,增加插筋與老混凝土之間的黏結(jié)強度。在植入鋼筋時使一些漿液溢出,24 h內(nèi)不準觸動錨固筋。植入的錨固筋與新的鋼筋網(wǎng)焊接,保證共同受力。

c.井壁采用凈漿噴涂。水泥凈漿的配合比根據(jù)試驗結(jié)果嚴格控制。水泥凈漿采用涂刷的方法進行施工,由專業(yè)人員操作,以保證施工質(zhì)量。水泥凈漿厚度控制在3mm以上,施工單位設(shè)專人負責(zé)施工質(zhì)量管理和控制。

d.選擇低溫時間澆筑混凝土,減少新老混凝土的溫差應(yīng)力,澆筑后加強混凝土養(yǎng)護。

5 施工質(zhì)量驗收評定

涵洞事故門井筒加固工程共分為14個單元工程,經(jīng)現(xiàn)場實際檢測評定,合格率100%;其中12個單元工程為優(yōu)良,優(yōu)良率85.7%,工程質(zhì)量優(yōu)良[9-11]。

6 結(jié) 語

涵洞事故門井筒加固工程在施工方案上首先要考慮施工安全,在45m高的封閉懸空空間,制作安裝了一個能夠承載一定高度腳手架的施工作業(yè)平臺,并在此基礎(chǔ)上搭設(shè)腳手架,解決了高空垂直施工作業(yè)問題;制作安裝了升降機,解決了施工人員和材料在井筒內(nèi)垂直輸運問題。在施工中采取了有效的措施解決了新老混凝土結(jié)合的問題。在以后的工程實踐中,可進一步優(yōu)化施工方案和施工技術(shù),不斷完善和發(fā)展此技術(shù)在類似工程中的應(yīng)用。

[1]GB50367—2006 混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范[S].

[2]SL303—2004 水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范[S].

[3]JGJl45—2004 混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程[S].

[4]SL399—2007水利水電工程土建施工安全技術(shù)規(guī)程[S].

[5]SL401—2007 水利水電工程施工作業(yè)人員安全操作規(guī)程[S].

[6]SL400—2007 水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)與機電設(shè)備安裝安全技術(shù)規(guī)程[S].

[7]DL/T5169—2002 水工混凝土鋼筋施工規(guī)范[S].

[8]SL352—2006 水工混凝土施工規(guī)范[S].

[9]GB50204—2002 混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S].

[10]SL223—2008 水利水電建設(shè)工程驗收規(guī)程[S].

[11]SL176—2007水利水電工程施工質(zhì)量檢驗與評定規(guī)程[S].