低負(fù)溫壓漿材料在連續(xù)梁冬施中的應(yīng)用

趙錦團(tuán)，楊富民

(1.中交第三航務(wù)工程局寧波分公司，浙江寧波 315200;2.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京 100081)

1 工程概況

根據(jù)施工進(jìn)度計(jì)劃安排，新建大西鐵路客運(yùn)專線4標(biāo)段祁縣跨208國(guó)道特大橋和祁縣跨南同蒲鐵路特大橋的現(xiàn)澆連續(xù)梁施工中，縱向預(yù)應(yīng)力管道壓漿施工工期需要安排在2011年11月中下旬及12月中上旬進(jìn)行。按照當(dāng)?shù)貧v年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及往年施工經(jīng)驗(yàn)，此期間已進(jìn)入冬期施工，預(yù)應(yīng)力管道壓漿為關(guān)鍵性工序，為確保施工質(zhì)量，需按冬季施工處理。100m長(zhǎng)的連續(xù)梁主跨采用掛籃施工，按“冬季施工梁體溫度在壓漿時(shí)及壓漿結(jié)束完畢后3 d內(nèi)不應(yīng)低于5℃”的原則，3#塊完成后需停工，設(shè)備不能周轉(zhuǎn)，將導(dǎo)致施工成本增加;支架施工的48 m主跨和64 m連續(xù)梁，因地表土最大凍結(jié)深度為0.77 m，存在地表土凍脹問題，危害梁體結(jié)構(gòu)安全，必須年前完工，而且因支架模板租賃費(fèi)用問題使施工成本大大增加。

《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》(TB 10424—2010)規(guī)定梁體壓漿時(shí)，漿體溫度應(yīng)在5℃ ～30℃之間，梁體溫度在壓漿時(shí)及壓漿結(jié)束完畢后3 d內(nèi)應(yīng)不低于5℃。如采用普通壓漿劑進(jìn)行壓漿施工，漿體和梁體需采取保溫加熱措施，在質(zhì)量、工期和施工成本等方面存在諸多不利，且相應(yīng)的溫度要求也難以達(dá)到。本工程采用由中國(guó)鐵道科學(xué)研究院研發(fā)的TK-G-4型低負(fù)溫壓漿新材料，順利完成了連續(xù)梁長(zhǎng)管道壓漿冬期施工任務(wù)。

2 低負(fù)溫壓漿材料的應(yīng)用

現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外在低負(fù)溫條件下不用任何措施而進(jìn)行預(yù)應(yīng)力管道壓漿施工還未有報(bào)道。TK-G-4低負(fù)溫壓漿材料曾在哈大鐵路客運(yùn)專線的I標(biāo)長(zhǎng)春制梁廠2片長(zhǎng)32 m預(yù)制T梁，以及京哈直通線財(cái)落特大橋一聯(lián)8跨20m框架墩橫梁中應(yīng)用，但這兩項(xiàng)工程預(yù)應(yīng)力管道長(zhǎng)度不大。如果應(yīng)用到具有長(zhǎng)管道的工程中，需通過試驗(yàn)確定流動(dòng)性、初凝時(shí)間和硬化強(qiáng)度等施工參數(shù)。

2.1 本工程壓漿冬施主要特點(diǎn)

工程施工預(yù)應(yīng)力管道最長(zhǎng)可達(dá)145.2 m，具體需要壓漿的預(yù)應(yīng)力管道情況詳見表1。單根長(zhǎng)管道壓漿施工耗時(shí)30min以上。施工周期內(nèi)，壓漿操作時(shí)環(huán)境溫度為 -5℃～10℃，壓漿完畢 24 h內(nèi)要經(jīng)受-10℃ ～-15℃的環(huán)境溫度變化。

表1 3座連續(xù)梁預(yù)應(yīng)力管道壓漿冬施工程量統(tǒng)計(jì)

2.2 應(yīng)用前的試驗(yàn)研究

根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，長(zhǎng)度為150m的連續(xù)梁長(zhǎng)束管道壓漿完畢需要25～35min。要充分考慮低負(fù)溫壓漿劑30min流動(dòng)度保留值不大于25 s，45min流動(dòng)度不大于30 s，且具有良好的流動(dòng)性。由于TK-G-4低負(fù)溫型壓漿材料是滿足 -10℃施工環(huán)境要求的定型產(chǎn)品，施工條件不同時(shí)，需要對(duì)工作性和凝結(jié)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)本工程使用特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的氣溫環(huán)境條件、壓漿設(shè)備、最長(zhǎng)束管道的壓漿能力和操作時(shí)間，摻加緩凝劑對(duì)漿體流動(dòng)度保留值和凝結(jié)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到低負(fù)溫條件下的抗凍強(qiáng)度要求。分0～10℃，0～-5℃，-5℃ ～-10℃3個(gè)壓漿操作時(shí)的氣溫段，測(cè)試不同摻量緩凝劑的漿體流動(dòng)度、凝結(jié)時(shí)間和抗壓強(qiáng)度，試驗(yàn)數(shù)據(jù)詳見表2～表4。

表2 0～10℃壓漿氣溫段的試驗(yàn)數(shù)據(jù)

根據(jù)以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)，當(dāng)施工環(huán)境溫度在0～10℃時(shí)，選用緩凝劑0.6%的摻量;當(dāng)施工環(huán)境溫度在0～-5℃時(shí)，選用緩凝劑0.4%的摻量;當(dāng)施工環(huán)境溫度在-5℃～-10℃時(shí)，選用緩凝劑0.2%的摻量。適宜的緩凝劑摻量保證了合理的可施工時(shí)間，同時(shí)不影響漿體強(qiáng)度的發(fā)展。

2.3 壓漿施工

2011年11月23日—12月18日使用TK-G-4型低負(fù)溫預(yù)應(yīng)力管道壓漿材料順利完成了3座連續(xù)梁冬施壓漿施工。壓漿施工時(shí)應(yīng)用技術(shù)要求如下:

1)壓漿設(shè)備選用吳橋GSZW-700型高速自動(dòng)壓漿臺(tái)車、SQG45A壓漿泵(螺桿式)。該壓漿臺(tái)車設(shè)備配有自動(dòng)上料、自動(dòng)稱重(計(jì)量精度±1 kg)、高速攪拌(1 000轉(zhuǎn)/min，單次攪拌量 450 kg)、低速攪拌桶(70轉(zhuǎn)/min，容量900 kg，可容納高速攪拌桶攪拌后過濾的漿液，防止沉淀，滿足連續(xù)供漿)。因天氣寒冷，使用過程中注意設(shè)備覆蓋保溫及維修保養(yǎng)。

表3 0～－5℃壓漿氣溫段的試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表4 －5℃～－10℃壓漿氣溫段的試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2)壓漿前采用高壓通風(fēng)檢查管道是否暢通(不能通水，防止結(jié)冰)。

3)攪拌用水采用自然常溫水(為直接抽取10℃左右的井水)，無需加熱。

4)自然條件下施工，無需對(duì)梁體采取保溫措施。

5)壓漿材料為TK-G-4型低負(fù)溫壓漿劑加水構(gòu)成，水料比按0.32控制，緩凝劑摻量按壓漿施工時(shí)實(shí)測(cè)氣溫確定(0～10℃時(shí)摻0.6%;0～-5℃時(shí)摻0.4%;-5℃ ～-10℃時(shí)摻0.2%)。現(xiàn)場(chǎng)配置電子稱準(zhǔn)備控制緩凝劑稱量。

6)每盤拌合量不宜超過0.15m3，確保45min內(nèi)用完?？蛇x用每盤200 kg壓漿劑的配料。如若使用400 kg配料，可能會(huì)出現(xiàn)漿體因攪拌或滯留時(shí)間過長(zhǎng)(超過30min)出現(xiàn)因水化熱聚集而爆凝現(xiàn)象。攪拌前，應(yīng)先清洗施工設(shè)備，不得有殘?jiān)?，并檢查攪拌機(jī)的過濾網(wǎng)，在壓漿料由攪拌機(jī)進(jìn)入儲(chǔ)料罐時(shí)，必須經(jīng)過過濾網(wǎng)。每工班壓漿施工完隨即清洗設(shè)備和機(jī)具。

7)漿體攪拌操作順序?yàn)?首先在攪拌機(jī)中先加入實(shí)際拌合水用量的80%，開動(dòng)攪拌機(jī)，均勻加入全部壓漿劑，邊加入邊攪拌;全部粉料加入后再攪拌2 min;然后加入剩下的20%拌合水，繼續(xù)攪拌2 min?？倲嚢钑r(shí)間一般不宜超過5min。

8)攪拌均勻后，檢驗(yàn)攪拌罐內(nèi)漿體流動(dòng)度，頭3盤每盤檢測(cè)1次，之后每10盤進(jìn)行1次檢測(cè)，其流動(dòng)度在規(guī)定范圍內(nèi)(按14～22 s控制，以偏下限為宜)即可通過過濾網(wǎng)進(jìn)入儲(chǔ)料罐。漿體在儲(chǔ)料罐中繼續(xù)攪拌，以保證漿體的流動(dòng)性。禁止在施工過程中由于流動(dòng)度不夠額外加水。

9)準(zhǔn)備壓漿前，應(yīng)開啟漿泵，使?jié){體從壓漿管中排出，以排出壓漿管中的空氣、水和稀漿。當(dāng)排出的漿體流動(dòng)度和攪拌罐中的流動(dòng)度一致時(shí)，可以開始?jí)喝肓后w管道。

10)壓漿應(yīng)達(dá)到管道另一端飽滿均勻出漿，并應(yīng)達(dá)到排氣孔出漿與規(guī)定流動(dòng)度相同的漿體為止。關(guān)閉出漿口后，應(yīng)保持0.5～0.6 MPa且3～5min穩(wěn)壓期。

11)水泥漿攪拌結(jié)束至壓入管道的時(shí)間間隔不宜超過40min。自封閉進(jìn)漿管起，4 h后才能撤除壓漿筒，并檢查確認(rèn)無漏漿。

12)壓漿作業(yè)應(yīng)安排在白天進(jìn)行，杜絕夜間作業(yè)，做好相關(guān)準(zhǔn)備工作。

13)低負(fù)溫壓漿劑嚴(yán)禁和普通硅酸鹽水泥等混合使用。

14)TK-G-4型低負(fù)溫壓漿劑每袋凈重40 kg，采用雙層自防潮包裝，保質(zhì)期為3個(gè)月。注意儲(chǔ)存在干燥、陰涼的地方，下墊上蓋，防止日曬、雨淋、受潮、降雪等。

2.4 質(zhì)量檢驗(yàn)

壓漿施工嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，詳細(xì)記錄施工過程和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，記錄項(xiàng)目包括:壓漿日期、氣溫、水溫、水料比、緩凝劑摻量、攪拌時(shí)間、漿體溫度、流動(dòng)度、保壓壓力及時(shí)間、抗壓強(qiáng)度等，主要情況可見表5。由表5可知，1 d同條件抗壓強(qiáng)度均＞25mPa，強(qiáng)度正常且快速發(fā)展;R-7+28/R28強(qiáng)度比值均＞80%，抗壓強(qiáng)度評(píng)定合格。

每工班制作5組標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件(40mm×40mm×160mm)，其中3組分別進(jìn)行抗折和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)同條件試件留置2組(用于檢驗(yàn)-1 d及-7 d+28 d強(qiáng)度)。

表5 壓漿施工情況匯總

2.5 施工成本對(duì)比

將管道壓漿分別采用負(fù)低溫壓漿劑與普通壓漿劑對(duì)其施工成本進(jìn)行比對(duì)計(jì)算。

1)采用負(fù)低溫壓漿劑時(shí)，正常實(shí)施壓漿工藝，無需對(duì)梁體保溫加溫等措施，簡(jiǎn)單易行，質(zhì)量有保障。增加的成本僅為壓漿劑本身，詳見表6。每方單價(jià)增加3 540元/m3，共33 m3(按10%損耗計(jì))計(jì)增加成本116 820元。

表6 兩種壓漿劑成本比對(duì)計(jì)算

2)采用普通壓漿劑時(shí)，為滿足規(guī)范對(duì)漿體及施工環(huán)境的溫度要求，需采取壓漿劑保溫、水加溫、壓漿設(shè)備保溫、連續(xù)梁梁體全斷面整體性覆蓋包裹保溫及梁體體內(nèi)體外加熱保溫等措施。經(jīng)測(cè)算，以上施工成本約為60萬元，見表7。采用普通壓漿劑延長(zhǎng)了支架租賃期限，約為5 000元/天，這項(xiàng)費(fèi)用也是可觀的。

表7 梁體保溫加溫施工成本測(cè)算

通過對(duì)比，采用低負(fù)溫壓漿材料的綜合施工成本明顯低于采用普通壓漿劑的成本。

3 結(jié)語

1)低負(fù)溫壓漿材料首次在本工程連續(xù)梁施工中的成功應(yīng)用，解決了連續(xù)梁冬施長(zhǎng)管道壓漿難題，從而保證了低溫施工質(zhì)量，在大西線得到了推廣應(yīng)用，施工經(jīng)驗(yàn)可為類似工程借鑒。

2)根據(jù)低負(fù)溫壓漿劑壓漿施工時(shí)的氣溫確定緩凝劑摻量，0～10℃為0.6%、0～-5℃為0.4%、-5℃～-10℃為0.2%。

3)攪拌設(shè)備應(yīng)選用配有儲(chǔ)料罐(具有攪拌功能)的壓漿臺(tái)車，以使?jié){體連續(xù)供應(yīng)。

4)初始流動(dòng)度宜按規(guī)定范圍內(nèi)的低限控制。

5)非極寒氣溫，低負(fù)溫壓漿材料可在自然條件下施工，無需對(duì)梁體采取保溫措施。

6)低負(fù)溫壓漿材料在連續(xù)梁冬施中的應(yīng)用，大大降低了綜合施工成本。

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