港珠澳大橋清水混凝土越浪泵房精細(xì)化施工工藝

宋奎，呂迪，王柳

（中交三航局第二工程有限公司，上海 200122）

1 工程概況

港珠澳大橋島隧工程?hào)|人工島屬于外海孤島，施工難度大，氣候環(huán)境復(fù)雜，經(jīng)常受到臺(tái)風(fēng)暴雨的襲擊，對(duì)工程質(zhì)量和進(jìn)度帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)。為保證該工程后期的安全運(yùn)營(yíng)，在人工島的南北兩側(cè)各設(shè)置2座越浪泵房，作為由島內(nèi)向島外排水的主要設(shè)施，具體平面位置如圖1所示。

越浪泵房分為2層，地上一層采用清水混凝土工藝[1-2]，建筑高度為4.85 m，平面尺寸為20.0 m×7.5 m，墻身厚度僅35 cm，且預(yù)埋件和預(yù)留洞比較多，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，施工時(shí)將其作為精細(xì)化施工的重點(diǎn)區(qū)域，越浪泵房墻身具體結(jié)構(gòu)形式如圖2所示。

2 精細(xì)化施工目的

1）針對(duì)薄壁結(jié)構(gòu)制定鋼筋、模板、混凝土標(biāo)準(zhǔn)化的施工工藝；

2）確保成品混凝土的質(zhì)量和美觀；

3）掌握施工工效，確定標(biāo)準(zhǔn)化施工流程，合理安排施工順序。

3 施工工藝

3.1 鋼筋工程

圖1 東人工島清水混凝土越浪泵房平面布置示意圖Fig.1 Plane layout of fair-faced concrete pump house in the east artificial island

圖2 東人工島清水混凝土越浪泵房斷面示意圖Fig.2 Cross-sectional sketch of fair-faced concrete pump house in the east artificial island

越浪泵房墻體寬度35 cm，保護(hù)層厚度7 cm，采用雙排雙向的綁扎方式，嚴(yán)格控制扎絲頭一直朝內(nèi)，確保保護(hù)層厚度滿足設(shè)計(jì)要求，其綁扎工藝流程：彈墻體線→清理墊層雜物→綁扎墻體立筋→綁扎墻體水平筋→綁扎拉鉤或支撐筋→安設(shè)混凝土墊塊。

本工程混凝土強(qiáng)度為C50，抗震等級(jí)為三級(jí)，采用的鋼筋基本錨固長(zhǎng)度為28d，鋼筋綁扎搭接長(zhǎng)度為39d。

3.2 模板工程

越浪泵房門(mén)、窗在結(jié)構(gòu)施工時(shí)須預(yù)留孔洞，本工程主要按設(shè)計(jì)尺寸預(yù)留木盒，木盒四周用限位鋼筋和墊塊固定，在滿足鋼筋保護(hù)層厚度的同時(shí)，還要確?；炷翝仓r(shí)木盒穩(wěn)定無(wú)位移。

3.2.1 模板拼裝

越浪泵房地上一層為清水混凝土結(jié)構(gòu)，該模板體系[3-4]采用面板與襯板疊拼的方式，緊貼混凝土構(gòu)件的是高密度均勻性較好的PERI面板，外層是普通的膠合板。內(nèi)背楞（龍骨）為PERI GT24木工字梁，貼襯板橫向放置，間距不大于300 mm；外背楞為雙拼14號(hào)槽鋼，豎向放置，間距不大于1 200 mm，與木工字梁使用專用連接器固定，墻身模板拼裝如圖3所示。

每拼裝完成一塊后需要進(jìn)行編號(hào)，確保安裝順利進(jìn)行，拼裝流程為：架設(shè)模板拼裝平臺(tái)→布置鋼梁→布置GT24木工字梁→連接鋼梁與木梁→安放襯板并與木梁固定→安放面板與襯板固定。

3.2.2 模板安裝

模板安裝前先檢查模板清潔度，然后復(fù)核內(nèi)外側(cè)控制線，保證龍骨間距符合要求。在新舊結(jié)合面處應(yīng)采用止?jié){條，確保拼縫止?jié){效果，保證明縫、禪縫的垂直度及水平交圈。對(duì)拉螺栓采用D15拉桿，螺栓套管為內(nèi)徑20 mm的PVC管，安裝時(shí)保證每個(gè)孔位都加塑料墊圈，避免螺紋損傷穿墻孔眼。模板安裝平面圖如圖4所示，模板安裝橫斷面圖如圖5所示。

圖3 越浪泵房墻身模板單元拼裝Fig.3 Template unit assembly of pump house wall

圖4 越浪泵房墻身模板安裝平面圖Fig.4 Plane plan of wall formwork installation for pump house

圖5 越浪泵房墻身模板安裝斷面圖Fig.5 Section diagram of pump house wall formwork installation

由于墻體結(jié)構(gòu)屬于薄壁結(jié)構(gòu)，施工高度大，泵管無(wú)法插入墻體底部，混凝土澆筑時(shí)會(huì)污染模板，嚴(yán)重影響清水混凝土的質(zhì)量和美觀。因此，預(yù)留木盒上需布置孔洞，在合模前對(duì)于鋼筋加密區(qū)或泵管無(wú)法滿足澆筑高度的情況時(shí)，需要插入1根長(zhǎng)約4 m的PVC導(dǎo)管，確保混凝土能夠順利下入底部，如圖6所示。

3.2.3 模板受力分析

越浪泵房墻身模板體系與敞開(kāi)段墻身一致，但本工程墻身高度僅 4.85 m，厚度35 cm，遠(yuǎn)小于敞開(kāi)段墻身，故墻體模板面板、背楞受力均滿足要求，不再進(jìn)行計(jì)算，僅對(duì)對(duì)拉螺栓進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)算。

混凝土作用于模板的側(cè)壓力，根據(jù)測(cè)定，隨混凝土的澆筑高度增加而增加，當(dāng)澆筑高度達(dá)到某一臨界時(shí)，側(cè)壓力就不再增加，此時(shí)的側(cè)壓力即為新澆筑混凝土的最大側(cè)壓力。側(cè)壓力達(dá)到最大值的澆筑高度稱為混凝土的有效壓頭。通過(guò)理論和實(shí)踐，可按下列二式計(jì)算，并取其最小值：

取二者中的較小值，F(xiàn)=69.58 kN/m2作為模板側(cè)壓力的標(biāo)準(zhǔn)值，并考慮振動(dòng)荷載4 kN/m2，則作用于模板的總側(cè)壓力設(shè)計(jì)值：

墻身對(duì)拉螺栓采用D15螺桿，取最不利間距：縱向?yàn)? 150 mm，橫向間距為1 500 mm。

對(duì)拉螺栓的拉力：

對(duì)拉螺栓所承受的拉力設(shè)計(jì)值：

N=A[f]=0.2×600×4=480＞FL=127 kN，故滿足要求。

3.3 混凝土工程

3.3.1 混凝土配合比控制

越浪泵房墻身采用強(qiáng)度等級(jí)為C50的清水混凝土，在攪拌前測(cè)定中砂含水率為4.6%，大小石子含水率為0.3%，根據(jù)原材料狀態(tài)及天氣情況適當(dāng)上調(diào)外加劑摻量，經(jīng)過(guò)試拌最終的實(shí)際配合比如表1所示。

表1 越浪泵房C50清水混凝土實(shí)際配合比Table 1 Actual mix ratio of C50 fair-faced concrete

為了確?；炷凉?yīng)及時(shí)，澆筑使用1臺(tái)攪拌機(jī)攪拌混凝土，1臺(tái)泵車(chē)泵送澆筑，2輛罐車(chē)運(yùn)輸，充分考慮每層澆筑厚度和意外出現(xiàn)的情況，每車(chē)運(yùn)輸量為4 m3。

澆筑期間環(huán)境溫度在14～16℃之間，各原材料的溫度如表2所示。

表2 原材料溫度Table 2 Temperature of raw materials

新拌混凝土出機(jī)溫度在15.3～16.8℃之間，入模時(shí)溫度在16.6～19.2℃之間，如表3所示。

表3 環(huán)境溫度和新拌混凝土溫度Table 3 Ambient temperature and temperature of fresh concrete

考慮到越浪泵房墻體寬度較小、鋼筋密集的情況，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置坍落度測(cè)試點(diǎn)，確保入?；炷练弦?guī)范要求外，將新拌混凝土的坍落度擴(kuò)展到400 mm。

3.3.2 混凝土下料工藝

越浪泵房墻體屬于薄壁結(jié)構(gòu)，單層澆筑高度無(wú)法滿足規(guī)范的要求，通過(guò)多次方案討論與技術(shù)交流，最終確定預(yù)留澆筑孔洞和導(dǎo)管下料的施工方案。

首先根據(jù)結(jié)構(gòu)的平面尺寸按照?qǐng)D7布置下料點(diǎn)，將導(dǎo)管從下料點(diǎn)處插入模板內(nèi)的鋼筋骨架中，并伸入距離澆筑最低面小于100 cm的位置；澆筑混凝土采用分層下料方式，每層高度約50～60 cm，下料高度小于100 cm。當(dāng)一處下料點(diǎn)的分層高度達(dá)到要求之后，提起導(dǎo)管并移動(dòng)至下一處下料點(diǎn)，移動(dòng)過(guò)程中用吊桶接住導(dǎo)管下端口，以免混凝土濺出污染模板，每層的方量約為9 m3，澆筑時(shí)間約60 min。

圖7 下料點(diǎn)平面布置示意圖Fig.7 Schematic layout of discharge points

3.3.3 振搗和養(yǎng)護(hù)工藝

混凝土澆筑過(guò)程嚴(yán)格采用棒頭直徑為50 mm的高頻振搗棒，在無(wú)法插入時(shí)可采用棒頭直徑為30 mm的高頻振搗棒。振搗點(diǎn)設(shè)置在墻體中心位置，相鄰振搗點(diǎn)間的距離控制在50 cm左右，每振搗一層時(shí)，振搗棒需向下插入前一層約10 cm的位置，并留振15 s左右，再以1～2 cm/s的速率向上緩緩拔出。在混凝土澆筑振搗完成1 h后，開(kāi)始頂部二次振搗，振搗深度約為1 m，間距為50 cm，如圖8所示；然后進(jìn)行收面，確保頂面的平整度；最后覆蓋土工布+油布養(yǎng)護(hù)，并防止流水對(duì)頂面的影響。

圖8 振搗點(diǎn)示意圖Fig.8 Vibration tamping point diagram

由于墻體中預(yù)留有許多大尺寸木盒，該區(qū)域下方的混凝土較難澆筑和振搗，因此可以通過(guò)在預(yù)埋木盒中預(yù)留的通道進(jìn)行振搗密實(shí)，確保外觀質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3.4 溫度監(jiān)測(cè)

由于越浪泵房墻體屬于薄壁結(jié)構(gòu)，溫度下降過(guò)快極易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)體開(kāi)裂，因此在模板安裝前需要放入溫度檢測(cè)設(shè)備，嚴(yán)格控制拆模時(shí)間，養(yǎng)護(hù)期間結(jié)構(gòu)體的溫度走勢(shì)如圖9所示。

圖9 越浪泵房局部溫度監(jiān)測(cè)Fig.9 Local temperature monitoring of pump house

由圖9可知，在澆筑后的前30 h內(nèi)混凝土溫度上升較快，接近40～45 h時(shí)達(dá)到了最高峰，約為56℃，并且整個(gè)墻體溫度相差不大。墻體模板拆除之前（45～65 h），混凝土溫度以0.3℃/h的平均速率下降；墻體拆模之后（65 h以后），在外界溫度與風(fēng)力影響下，通過(guò)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)得出混凝土溫度以0.95℃/h的平均速率下降，直到與外界溫度相同。在施工中，由于下降速率較快，可能會(huì)致使在混凝土表面出現(xiàn)細(xì)微的溫度裂縫。

通過(guò)本次精細(xì)化施工，確定了最佳的拆模時(shí)間（72～96 h）和養(yǎng)護(hù)方式。嚴(yán)格控制混凝土溫度下降的速率，確保外界溫度與混凝土內(nèi)部溫度相近時(shí)拆模，過(guò)早容易導(dǎo)致開(kāi)裂，過(guò)遲會(huì)影響清水混凝土的美觀。清水模板拆除之后，應(yīng)迅速進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，先后覆蓋塑料布和土工布，用于防雨、保濕及保溫，土工布的厚度應(yīng)根據(jù)外界溫度的情況而定。

4 精細(xì)化施工結(jié)論及技術(shù)改進(jìn)措施

在越浪泵房清水結(jié)構(gòu)的精細(xì)化施工完成后，經(jīng)過(guò)不斷地探討和分析，針對(duì)施工過(guò)程中存在的具有代表性的問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)和改進(jìn)。

1）綁扎洞口處的鋼筋時(shí)，在洞口四角處綁扎45°斜筋，防止由于洞口處應(yīng)力集中而產(chǎn)生的裂縫。鋼筋綁扎完成后，若表面存在銹蝕，要先徹底的清除干凈，并及時(shí)安裝模板。

2）在模板拼裝和安裝的過(guò)程中，加強(qiáng)對(duì)預(yù)埋管和預(yù)留盒子的保護(hù)工作，進(jìn)一步規(guī)范止?jié){條的安裝，嚴(yán)格按照清水規(guī)程進(jìn)行擠縫處理。模板切割處的防水漆需提前涂刷，要保證防水漆的稠度和涂刷的均勻性，避免防水漆涂刷或滴落在模板表面上。

3）混凝土澆筑前，應(yīng)準(zhǔn)備好預(yù)留孔洞的封堵材料，澆筑振搗完成后讓由經(jīng)驗(yàn)豐富的木工及時(shí)封堵。在預(yù)留洞口澆筑混凝土?xí)r，要嚴(yán)格控制分層，加強(qiáng)振搗時(shí)間和振搗頻率，確保混凝土與外界有足夠的通道，使氣泡完全排除。

4）模板拆除時(shí)間應(yīng)根據(jù)墻體自身和外界的溫度情況而定，確保外界溫度和混凝土內(nèi)部溫度相差不大時(shí)方可拆除，并在拆模之后迅速覆蓋油布和土工布保溫保濕。當(dāng)外界溫度太低時(shí)，應(yīng)使用較厚的工程棉被包裹覆蓋。

5）由于越浪泵房墻體較薄，鋼筋綁扎時(shí)要嚴(yán)格控制間距，合理布置下料點(diǎn)，進(jìn)一步優(yōu)化預(yù)留施工通道，使施工器具能夠自由伸入鋼筋骨架中。使用2臺(tái)泵車(chē)同時(shí)澆筑，減少每層的澆筑時(shí)間，防止產(chǎn)生冷縫?；炷翝仓^(guò)程中，移動(dòng)導(dǎo)管時(shí)須封堵端口，防止混凝土濺至模板影響外觀質(zhì)量。

通過(guò)本次精細(xì)化施工，確定了東人工島附屬建筑越浪泵房清水混凝土工程的施工控制參數(shù)；使施工人員對(duì)施工方法、操作要點(diǎn)、施工現(xiàn)場(chǎng)的部署及施工中的難點(diǎn)都有了比較全面的掌握；對(duì)存在的問(wèn)題進(jìn)行了調(diào)整和改正，優(yōu)化了施工工藝，證明了總體施工工藝合理，達(dá)到了精細(xì)化施工目的，對(duì)后續(xù)清水混凝土在薄壁結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用起到較大的指導(dǎo)意義。改進(jìn)后的成品效果圖如圖10所示。

圖10 改進(jìn)工藝后的成品效果Fig.10 The finished product effect diagram after the improved process