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技术成果

干硬性混凝土挤压成型开孔垂直联锁块制作及施工工法

信息来源:   作者:   点击数:420  更新时间:2016-12-23

一、前言
   随着国家对水利建设投资日益增加,越来越多的水利工程开工建设,大量的病险水库除险加固,以提高防洪标准。普通的混凝土预制块和现浇混凝土块护坡易出现稳定性、整体性、耐久性差,抗风浪及抗冲刷能力低,施工受天气等环境影响大,已不能满足当今水利工程护坡需要。
    河南省鸭河口水库除险加固工程,由天津大学水力学所、河南省水利勘测设计研究有限公司、南阳市鸭河口水库工程管理局,通过多次水力试验,反复比较,优化设计,确定上游迎水面护坡采用开孔垂直联锁块护坡方案。
河南水利建筑工程有限公司利用自身拥有多年承包大中型水利工程的优势,通过在河南省鸭河口水库除险加固工程中的工程实践,探索出干硬性混凝土挤压成型开孔垂直联锁块制作及施工工艺,取得了较好的经济效益和社会效益,并由此总结形成本工法。
河南省鸭河口水库除险加固工程,上游迎水面护坡采用开孔垂直联锁块方案,联锁块细部结构详图如下:

连 锁 块 详 图

二、工法特点
1、减少因风、波浪作用产生浮托力和碎石垫层冲蚀流,以及波浪自静水位上爬至胸墙但无涌浪。联锁结构提高抗波浪作用效果,较普通混凝土砌块能减少30%-50%护砌厚度,节省工程投资。通过抗风、抗浪模型试验,确定了满足稳定性要求的护坡砌块型式及厚度为正常蓄水位以下采用500*400㎜尺寸,厚240㎜砌块,正常蓄水位以上采用加消浪坎砌块护坡形式。开孔垂直联锁砼砌块护坡在鸭河段大坝和白河段大坝的应用使该砌块得到进行进一步改进和推广。
2、开孔垂直联锁块是一种新型护坡形式,具有稳定性、整体性、耐久性好,抗风浪及抗冲刷能力高等特点。
3、干硬性混凝土挤压成型施工工艺与普通混凝土施工工艺相比较,优点有:
1)由于砌块在竖直方向存在联锁面,需要改变传统的竖直脱模方式,改为“定制定型模具,上模提升,再下模推顶定后水平传出”的过程,生产线需要添加专门的下模顶推脱模设备。工艺上需要控制顶推、脱模前进的配合和设备调整。
2)施工工效高,能大规模大批量施工。
3)节能减排。用水量小,水灰比小,对节约水泥,减少钢材使用量效果显著。
4)质量能保证,密实性好、外观质量好等特点能满足大坝护坡的要求。
5)降低成本,材料、人工投入少,成本低。
6)施工简易,工序少,易操作,易推广。
7)运输方便,施工设备投入少、施工工艺简单、施工速度快、受天气影响少、便于野外施工和质量控制。
8)施工时基本不需要现场拌制混凝土、砂浆,污染少、减少运输浪费。
三、适用范围
大坝坡面防护,河道堤防工程坡面防护等水利工程。特别是对工期紧,现场混凝土浇筑困难,有景观要求的坡面防护工程。
四、工艺原理
通过试验确定符合C20强度要求的低用水量,合理水灰比的干硬性配合比,拌制出的混凝土,采用改造定制的液压、气动系统的联锁块挤压机,并对其预震和主震时间及震动频率和辅震时间确定,利用震动、挤压原理,达到挤压密实混凝土的目的。使干硬性混凝土在模具内快速成型,快速出模,且出模后不变形无缺陷,外观平整,楞角完整,达到生产量满足养护和施工强度需求,模具定型和脱模达到联锁外形设计标准和批量生产需要,可连续生产的联锁块生产设备。
联锁块运输采用翻斗车运输装卸时铺设滑竿,制作厂与施工场地尽量接近,运输道路短和安全行走装卸。基础垫层施工按设计石料粒径和厚度,严格把关,平整度满足铺设联锁块要求,施工完成面要避免挠动。施工砌块时以锚固梁内空间为施工单元,使用专用辅助工具耙钩、撬杠等合理安排班组,人力分配,连续施工。
五、施工工艺流程及操作要点
干硬性混凝土拌制成型及铺设图:

联锁块制作流程图

联锁块铺设程序图


 
注:纵向锚固梁两道,最底处和变坡处各一道,横向锚固梁均50m一道。

1、干硬性混凝土原材料选用
干硬性混凝土所用水泥应优先选用普通硅酸盐水泥;粗骨料宜选用碎石,碎石粒径应控制在5-10mm之间,应连续级配。细骨料应采用中砂、粉煤灰不低于II级,
2、混凝土配合比配制
维勃稠度为15-30s,水灰比:0.40-0.45,砂率:35-40%,水泥PO42.5,砂:中砂(细度模数在2.4-2.7之间),碎石:5-10mm. II级粉煤灰。
3、干硬性混凝土的拌制                               
1)、混凝土的各种原材料、掺合料、外加剂的质量应通过抽样检确认达到配合比要求。                                   
2)、应根据气候、原材料的变化及时调整施工配合比;
3)、定期、不定期检查、校验计量设备,开始拌制前按照操作规程检查机械设备、输送料口的运转情况。
4)、混凝土的投料次序按操作规程进行。
5)、对掺加外加剂的混凝土拌制时间要延长30-60s。
4、存放场地
场地要平整,要10000㎡,每天生产的分别存放,中间留有运输通道。设有产品标识牌,内容有班组名称、当班生产量、生产日期、外观检查和取芯检验情况等.
5、混凝土联锁块铺设方案
1)、测量放样
铺筑前应首先测放出坡脚起坡线及起坡线高程,然后确定坡顶线高程,每一纵坡线、横坡线均应挂线铺设。
2)、锚固梁施工:
a、纵向锚固梁截面尺寸400*400mm,分底处一道河静水面正常蓄水位处一道,如间距大于20m加设一道纵向锚固梁,延长度方向每20m一道泡沫板伸缩缝。基础在垫层碎石上,强度与砌块相同,施工时上部高程和纵向顺直应严格控制以保证与铺设石砌块一致,并提前施工,强度达到设计强度50%后再进行砌块施工。
b、横向锚固梁截面尺寸及基础强度与纵向锚固梁同,无伸缩缝。两边单元砌块验收后施工,马牙槎退出部分浇筑后按砌块中间垂直缝位置用专用工具做缝,以保证外观,纵向转弯,变向部分,根据变向弧面角度情况,横向锚固梁加密至5~10m间距。

 

联锁块与横向锚固梁布置示意图
3)、铺设
a、坡面上的联锁块铺设前,应根据测量人员放的坡脚线及坡顶线,进行加密控制,使铺设部位形成纵横斜控制线,便于质量控制。
b、从施工便道向下运送预制块时采用特制钢管梯的方式,在钢管梯上往工作面下滑,功效可以比人工搬运提高,也避免了扰动反滤层。
c、联锁块铺设时,以一层与一层错缝锁结方式铺砌,同时应注意不得扰动反滤层,自下而上进行铺筑,做到表面平整,砌缝紧密,整齐有序,预制块底部应垫平填实,严禁架空。
d、搬动砌块用专用耙钩。耙钩杆长50~70cm,顶焊砌块缝等长垂直扁钢用双钩即可提起。撬动砌块铺助工具用撬杠,长100m,头扁,直径14~16cm用以调整板缝宽度,使板缝均匀。
e、反滤层按设计厚度铺设,压实后进行压实度检测,合格后再进行下道工序施工。
f、联锁块铺设成型后,按单元进行外观质量、平整度以及缝宽检查,满足设计和施工规范要求。
g、正式铺设前应试铺一单元样板。
4)、质量控制措施
a、向各施工班组做好预制块铺设技术交底,明确施工质量标准。
b、在正式铺设前加强基层验收,反滤层厚度和压实度以及坡度符合设计要求,经监理工程师验收合格后,并做出一段样板,便于各施工班组心中有数,有利于保证施工质量,加快施工进度。
c、每两道横向混凝土锚固梁之间(50米)为一工作面,便于现场协调和管理。同时明确奖惩,加强各施工队评比、展开内部竞赛,以利于提高铺设质量和加快施工进度。
d、混凝土联锁块铺设重点是控制好两条线和一个面,两条线是坡顶线和底脚线,一个面是铺设面。保证两条线的顺畅和铺设面的平整,对整个护坡的外观质量至关重要。
e、反滤层验收是保证大坝联锁块稳定的重要条件,反滤层的压实质量至关重要,必须保证压实度合格,否则遭受波浪冲击时,容易造成反滤层流失,导致联锁块垮塌。
f、联锁块铺设后的质量标准是
(1)、反滤层验收情况合格
(2)、联锁块外观尺寸准确、整齐统一、表面清洁平整
(3)、护坡坡度符合设计值
(4)、表面平整度不大于10mm,(2m靠尺水平、垂直方向检测)
(5)、砌筑缝宽不大于5 mm
g、铺设单元划分是以50m为一个单元,即两个横向锚固梁之间的长度,铺设时,留出横向锚固梁的位置,本单元的联锁块铺设完毕验收合格后,再进行横向锚固梁混凝土浇筑,即形成现浇的联锁块尺寸形式。锚固梁混凝土施工时严格按混凝土施工规范进行操作施工。
5)劳动组织 



六、材料与设备
1、材料
混凝土材料按设计配合比计算,现场测定实际砂石含水率后,确定现场施工配合比,模具采用定型模具,按设计尺寸500×400×240mm加工,养护时间不宜少于14d,以再生棉覆盖,在开始养护的7d内,昼夜派专人洒水并时刻保持再生棉湿润,以后养护时间里每天洒水4次左右,并保持再生棉湿润。覆盖毡布,洒水养护。
2、机具设备

七、质量控制
本工法除执行施工设计图纸等文件的有关技术要求,执行《水工混凝土施工规范DL∕T5144-2001》外,还应注意以下质量要求:
1、原材料必须经过试验复检,合格后方可使用,严格按照配合比生产。
2、施工前对所有钢模的外形尺寸予以检查,合格后方准使用。同时在混凝土预制块的生产过程中,定期检查模具外形尺寸及形状有无变化,并及时校正或更换,避免出现不合格的产品,造成浪费。
3、混凝土预制块外观质量平整,光滑、拆模后外露面不允许有蜂窝等缺陷,外形尺寸应符合设计要求,尺寸偏差在容许偏差范围以内,禁止用砂浆刮抹预制块表面。
4、在挤压设备一次振捣后,采用二次布料撒布面料,这样进行二次振捣后,挤压出来的预制块表面整洁美观,能满足设计要求,
5、成品出口有专人拿有毛刷和抹灰刀,及时修整清理表面,确保产品外观质量合格。
6、挤压模具每生产10000块左右就需要更换,要备有足够的模具和其他易损件,便于及时更换,以免影响质量和生产。
7、混凝土联锁块成型后要及时养护,要求在混凝土联锁块生产过程中,一般情况下采用自然养护。当夏季气温高、湿度低、混凝土预制块浇筑初凝后立即养护。养护时间不宜少于14d,以再生棉覆盖,在开始养护的7d内,昼夜派专人洒水并时刻保持再生棉湿润,以后养护时间里每天洒水4次左右,并保持再生棉湿润。当冬季日最低气温低于3℃时,除加入防冻剂外,在混凝土预制块初凝后,用塑料薄膜和再生棉覆盖于预制块上,利用地温进行养护,或者采用在现场搭设温棚进行养护,养护时间不宜少于14d.
八、安全、环保措施
1、认真贯彻“安全第一,预防为主”的方针,建立健全安全管理体系,设专职安全员和班组兼职安全员,安全责任落实到人,做到人人懂安全,人人抓安全。
2、机械设备加强维护保养工作,严格执行操作规程,非专职操作人员不得操作机械设备。
3、施工人员必须把安全防护用品佩戴齐全。
4、所有机械操作之前,应先进行空载试验,检查运转中安全防护措施、机具件是否牢固、正常。操作人员应做好自我劳动保护。
5、施工现场用电必须有电工作业,严禁无证人员作业。
6、安全员经常巡视现场安全状况,尤其是阴雨天施工,应巡视施工现场,检查施工设备有无漏电现象。
7、混凝土搅拌站在上料、搅拌要有防尘措施。
8、锚固梁施工现场设置沉淀池,现场产生的废水要经过沉淀后再排放至指定地点。
9、砌块运输要安全行驶,堤顶车速不宜超过20m/h,装卸要用专用工具,不能直接倾倒。
九、环保节能措施
1、沙石料场堆放整齐,取用要尽量避免扬尘。
2、压制操作要有防尘措施,操作人员应佩戴口罩,戴好手套。
3、材料堆放要按生产批次,分类堆放、养护,方便取用。
4、运输道路应经常洒水,避免扬尘。
5、施工现场应提前计划每单元场地堆放数量,尽量卸至堤顶最近处,避免二次搬运。
6、废弃材料集中堆放,定期弃置指定地点。
十、效益分析
1、质量
干硬性砼挤压成型工艺,简化传统砼施工工艺,从砼拌制到联锁块成型全部机械化,避免了传统人工生产的过程中,因人为原因的质量隐患发生,例如因人工操作不当产生的表面气泡、混凝土振捣不密实等现象得到了杜绝。
2、工期
利用振动挤压成型工艺,机械化施工减少了传统工艺生产因工序复杂、衔接不到位造成的时间浪费,同时可以大批量生产,在相同的人力物力条件下,施工面积比传统工艺成倍提高。
干硬性砼初凝强度高,在同条件养护下能够提前数天达到设计强度要求。
3、成本
挤压成型工艺相比普通工艺减少了模具使用量,减少了人工使用。干硬性混土凝挤压成型工艺与普通混凝土工艺相比每立方米节省约80元。
4、社会效益:干硬性砼联锁块改变了传统干砌石护坡,减少了对石材的需求,保护了生态环境,避免了资源浪费。
干硬性砼联锁块从生产、运输到铺设的施工周期短,加快了工程施工进度,对重要水利工程的防汛度能起到重要的保证。
干硬性砼联锁块铺设外观效果好,对美化环境、对旅游资源开发项目有着良好前景。
5、经济效益:
1) 该工法的成功运用,保证了既有水库的结构安全和运营安全,在施工期间,水库可以正常运营,创造经济效益。
2) 该工法施工设备简单,使用维护较容易。
3) 该工法施工进度快,辅助设施很少,节约了工期和大量的辅助技术措施的投入。
十一、工程实例
河南省鸭河口水库除险加固工程大坝施工由河南水利建筑工程有限公司承建。该工程位于长江流域汉江支流白河的上游,河南省南阳市南召县境内,是白河上唯一防洪控制性工程。
河南省鸭河口水库除险加固工程,由天津大学水力学所、河南省水利勘测设计研究有限公司、南阳市鸭河口水库工程管理局,通过多次水力试验,反复比较,优化设计,确定上游迎水面护坡采用开孔垂直联锁块护坡方案。
河南水利建筑工程有限公司利用自身拥有多年承包大中型水利工程的优势,通过在河南省鸭河口水库除险加固工程中的工程实践,探索出干硬性混凝土挤压成型开孔垂直联锁块制作及施工工艺,该工程联锁块约有50万块,混凝土有24457m3。经过实践证明,内在质量和外观质量都能满足设计要求 。
该施工工艺制作出的联锁块混凝土强度及外观尺寸符合要求,美观无瑕疵;铺筑表面平整度,缝宽,砌块之间稳定紧密,没有松动现象;稳定性、整体性、耐久性,抗风浪及抗冲刷能力等符合要求。经多方检查验收,该分部质量等级评定为优良。
利用该施工工艺从2009年11月至2010年5月,大批量规模化生产及铺筑,提前完成了汛期前的施工任务,大大缩短了工期,确保了工程安全度汛,使下游三千万人民生命及财产安全得到了保证。
该工艺施工因用水量小,水灰比小,节约水泥,减少钢材使用量,有效降低了成本,对节能减排及环境保护有积极作用。联锁块铺设外观效果好,对美化环境、对旅游资源开发有显著效果。

工程技术

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