管片生产技术及常见问题分析

管片生产技术及常见问题分析管片生产技术及常见问题分析 一 一 国内管片生产概况国内管片生产概况 1 管片分类简介管片分类简介 盾构法隧道的衬砌一般有预制混凝土管片和挤压混凝土衬砌两种形式 采 用预制混凝土管片组装隧道衬砌具有质量易于保证 便于机械化操作等优点 因而得到广泛应用 管片又称为隧道的一次衬砌 最常用的管片有钢筋混凝土管片 RC 管片 复合管片和铸铁管片 DC 管片 钢筋混凝土管片又有两种形式 箱形和平板 形 最常用的是平板形管片 管片作为隧道的衬砌 是隧道的临时支护或永久 支护的一部分 因而管片的生产就成为盾构法施工的一个重要环节 2 目前管片生产状况及前景目前管片生产状况及前景 盾构法目前在国内已经日趋成熟 随着技术进步 认识提高 综合国力的 增强 特别是采用盾构施工的明显优势 盾构法越来越多的被国内地铁界所接 受 加上山岭硬岩掘进机 与盾构同属 TBM Tunnel Boring Machine 系列 国际上比较流行的 最先进的 一次成型设备在国内大面积开始使用 目前国内已经使用盾构法的城市地铁有上海 广州 南京 北京 深圳 重庆 成都等 另外有天津 西安 沈阳 杭州 青岛等城市都在紧锣密鼓地 筹建 另外 由于盾构施工在工期 质量 安全等诸多方面的优势 一些城市 的其它地下工程 过江隧道 输水管道等 也越来越多的采用盾构施工 但是 由于盾构在隧道内拼装的钢筋混凝土管片需要提前预制 且在我国大多数地方 还是首次使用盾构法施工 没有完善的管片生产厂 对管片的生产工艺了解不 是太深 只有从较远的地方生产管片 但笨重而庞大的管片的运输将是一件极 其费力的事 而且运输过程中管片的损伤 以及客观因素造成管片的供应不及 时等都会影响工程的质量和进度 因此 管片的生产在未来一个阶段将成为很大的热门产业 对管片厂的筹建 和管片生产工艺的探讨将十分必要 二 二 管片生产前期筹备管片生产前期筹备 对于一个新开工的工程 如何根据现场的实际情况来组建一个管片厂 使 其既经济又合理呢 主要有两种方式 一是根据现场条件 由本工程施工单位 自组设备和进行场地建设 建造一个新的管片厂 二是在原有的混凝土预制厂 利用原拥有的资源进行的改造 改造一个可满足施工需要的管片厂 究竟采用 何种方式生产要考虑工程的施工规模 如果规模较小 采用与当地预制厂进行 合作改造厂房较为经济 1 技术方案及生产计划编制技术方案及生产计划编制 无论采用何种方式进行管片生产 技术方案和生产计划的合理编制都是生产 获得成功的重要方面 由于各地的施工条件 气候条件等不尽相同 因此生产控 制措施也存在很大的差异 需要在施工前熟悉复核设计图纸 资料 熟悉管片项 目有关技术标准 规范的要求 在此基础上编制管片生产实施性施工组织设计 并对施工方案进行充分论证和优化 管片生产后需要较长的养护周期 规范要求 28 天 而且各个项目盾构施工 进度和对管片生产能力的投入也各不相同 合理的计划编制是保证整个工程顺利 进行的前提条件 2 场地布置场地布置 管片厂的组建主要是将钢筋车间 生产车间 养护池 拌和站等一个个单 体修建起来 决定它们的空间大小和按照管片的生产工艺流程来布置厂房内的 设备 同时将它们组合成一个有机的整体 使之能够生产合格的管片 A 钢筋车间的组建 钢筋车间主要是将检查合格的钢筋经过调直 切断 弯曲 弯弧 焊接等 一系列操作后 制作成管片生产所用的合格的钢筋笼 钢筋车间内机械设备多 用电量大 布置复杂且多变 可根据现场的实际情况灵活处理 主要包括以下 使用场地及设备的布置 1 原材料堆场 2 钢筋的调直切断 3 主筋弯弧 弯曲 4 分部筋 箍筋的弯曲 5 半成品的堆放和制作 6 螺旋钢筋的制作 7 胎模 电焊机 8 钢筋笼成品的检查与堆放 9 钢筋车间的起吊设备 B 生产车间的组建 生产车间是将钢筋车间生产的合格钢筋笼放入相应的合格的组装好的模具 内 浇入新鲜的符合要求的混凝土 振动成型 经过三次收面 蒸养 脱模 检查 修补 标识后 生产出合格的管片 主要包括 1 模具的堆放 2 水 风 汽 电管线的分部与排列 3 管片成品的临时堆放场地 4 运输车和行车路线及起吊设备 5 各种试验 C 拌和站的组建 拌和站就是根据实验室提供的施工配合比 选择合格的各种原材料 准确 的控制各种材料的量 生产出各项指标都符合要求的混凝土 1 砂石料堆场 2 根据使用的水泥的形式确定水泥存放场 3 供水箱的布置 4 搅拌机和搅拌机操作台 D 养护池的组建 为了防止混凝土的干缩裂纹的出现和有利于管片混凝土的后期强度的发展 必须对标识后的管片进行养护 我们可以选择水池养护和喷淋养护 但是由于 喷淋养护存在养护后的管片表面颜色不一致和养护效果不明显等缺点 现在已 经慢慢的被水池养护所取代 虽然水池修建和养护比较麻烦 但是其效果非常 的明显 池底要有 200mm 高的柔性木条 以保证管片尤其是邻接块在出入养护池 时边角不被损坏 并且要每一块管片的底部都有两条 它的位置在管片的三分 之一处 保证管片在侧立时不会倒 养护池的深度要比管片侧立时至少高 300mm 保证管片能够充分的被水 养护 养护池要分区标识 使管片出入养护池时不乱 养护池要预先留有排水口和进水口方便养护池中的水随时更换 养护池的池底和边墙要经过特别的处理 尽可能的做成钢筋混凝土联体 浇筑 并且边墙的内外都要粉刷 防止水池渗水以及边墙由于内外压力差而倒 塌 池底要能够承受足够的压力 因为混凝土管片特别重 防止因此压的地面 下陷或者边墙开裂 E 管片的存储 生产的管片经过养护后还必须等到 28 天后 用于生产管片的混凝土的抗压 强度和其它试验的报告合格后才能使用 并且要保证管片要有足够的存储量 因此需要一个很大的管片存储场 存储场的地面要硬化 堆放的管片每堆不超 过四块 管片之间要用 100 150mm 厚的方木隔开 并且预留有叉车的双向作业 通道 根据现场的施工情况和施工需要堆放的管片的环数在决定需要的场地的 大小 3 生产设备配备生产设备配备 管片生产是一个系统工程 有其自身特殊配备的设备 如管片钢模等 但是 总体上近似于其他比较成熟的砼预制工艺需要的设备 管片生产需要的主要设备有 序序 号号 设设 备备 名名 称称用途用途备注备注 1 管片模具管片成形 2 钢筋笼加工胎 膜 预制钢筋笼 3 管片生产附设 工具 开关模具等 4 全自动混凝土 搅拌站 砼搅拌 5 锅炉蒸养蒸汽提供 6 门式吊车管片吊运 8 桥式吊车管片吊运 序序 号号 设设 备备 名名 称称用途用途备注备注 9 2 钢筋切断机钢筋笼制作 1 4 钢筋弯曲机钢筋笼制作 1 5 钢筋调直机钢筋笼制作 1 6 CO2保护焊机钢筋笼制作 1 7 电弧焊机钢筋笼制作 1 8 翻片机90 翻转 1 9 厂内管片运输 平板车 或叉 车 2 0 管片水平拼装 平台 三环拼装实验 2 1 管片抗弯试验 机 抗弯试验 2 2 管片抗渗试验 机 抗渗试验 2 3 管片吊具 2 4 装载机搅拌站使用 2 5 蒸汽养护罩保温 2 6 闪光对焊机钢筋笼制作 2 7 温度自动补偿 装置 蒸养 2 8 混凝土料斗 2 9 混凝土运输车 3 0 配电房 3 1 发电机组临时供电 3 2 高频振动棒砼震捣 三 管片生产基本技术管片生产基本技术 1 1 管片生产施工流程管片生产施工流程 见图 1 管片生产制作工艺流程图 2 模具组装及调校模具组装及调校 A 模具组装 严格按照先内后外 先中间后四周的顺序 用干净的抹布彻底清理模具内 表面附着杂物 关键部位吊装孔座 手孔座必须采用专用工具清除孔内积垢 最后利用压缩空气吹净模具内外表面的附着物 由专人负责涂抹脱模剂 涂抹前先检查模具内表面是否清理干净 不合格 者立即返工清理 涂抹时使用干净抹布均匀涂抹 不得出现流淌现象 如出现 则采用棉纱 清理干净 将端模板向内轻轻推进就位 用手旋紧定位螺栓 使用端模的推上螺栓将 端模推至吻合标志 把端模板与侧模板连结螺栓装上 用手初步拧紧后用专用 工具 图 1 管片生产制作工艺流程图 均衡用力拧至牢固 特别注意严格使吻合标志完全对正位 并拧紧螺栓 不得用力过猛 把侧模板与底模板的固定螺栓装上 用手拧紧后再用专用工具从中间位置 向两端顺序拧紧 严禁反顺序操作 以免导致模具变形 B 模具调校 组装好模具后 由专职模具检测人员对其宽度 弧长 手孔位进行测量 不合格者进行及时调校 必须达到模具限定公差范围 以保证成品精度 检测方法为 用 0 2300mm 量程 根据不同工程设计的管片宽度确定 的内径千分尺复 核检测钢模的宽度 误差为 0 3 0 3mm 利用 0 5m 量程的钢卷尺复核检测钢 模底板的弧长 误差为 4mm 调较注意事项 a 检测宽度时 内径千分尺的测头必须在指定检测点方能进行 b 检测弧长时 钢卷尺必须紧密贴附在钢模底板上 且对准钢模的边线 c 在模具投入生产后 每天必须对产品进行宽度 对角线的测量 如发现尺寸有超差 马上对钢模进行检测 校正 钢模橡胶防水密封条属易损件 应每天检查并有足够的备用件 检查方法 是 每个工作日由组模人员目视检查是否有发生破损现象 如有立即调换新的 防水密封条 避免因防水密封条破损而引起漏浆现象发生 3 钢筋笼制作与运输钢筋笼制作与运输 1 钢筋笼制作工艺流程 钢筋原材料检验 调直 断料 弯弧 弯曲 部件检查 部件焊接 钢筋骨架成型焊接 钢筋笼检验 2 钢筋笼制作工艺要点 严格控制钢筋的原材料质量 未经检验和试验合格的钢筋不使用 钢筋的调直 下料 弯弧 弯曲 均采用人工配合钢筋加工机械完成 然后进行部件检查 对不合格的钢筋部件进行清理出 合格部件可用于钢筋笼 加工 钢筋先在小模型架上焊接成片 然后将成片的部件放在钢筋笼加工模型 上用 CO2 保护焊机焊接成型 成型后由检验员进行检查 针对管片的块号检查钢筋直径 数量 间距 焊接牢固情况 焊接烧伤情况 钢筋笼加工应严格按照表 1 进行自检和监理检 查 检查后进行标识 不合格的钢筋笼报废不用于管片生产中 钢筋笼检验 合格后 用门吊将钢筋笼放置在存放区 使用时用桥吊将钢筋笼装入车间内的 轨行平板运输车 运到砼车间使用 钢筋笼存放时注意采用防锈防蚀措施 检查项目 允许误差 网片长 宽 10 10 主筋间距 10 10 弯起钢筋的弯 折点 10 10 箍筋的部位长 度 5 分布筋长度 10 10 分布筋间距 5 5 骨架长 宽 高 5 10 主筋保护层 5 3 箍筋间距 10 10 环纵向螺栓孔 畅通 内表面 平整 表 1 成品允许误差表 4 钢筋笼骨架入模及预埋件安装钢筋笼骨架入模及预埋件安装 1 由专人按模具的型号规格将钢筋骨架 预埋件 螺旋构造钢筋 弯曲 螺栓分别摆放在模具附近指定位置 2 检查钢筋骨架是否具备绿色合格标识牌 合格后安装上保护层垫块 垫块根据不同部位分别选用齿轮形和支架形两种 其中支架形用于底部支撑 齿轮形用于侧面支撑 3 检查脱模剂涂抹是否均匀 应尽量使模具内表面均匀分布脱模剂 4 四点吊钩将钢筋骨架按模具规格对号入模 起吊过程必须平稳 不得 使钢筋骨架与模具发生碰撞 5 安放预埋管时 先将管套上螺旋钢筋 将螺杆插入模具后进入预埋管 管内 对准手孔座孔位处事先安放的垫圈 固定螺杆 6 螺杆头部必须全部插入到手孔座的模孔内 防止连接不紧出现缝隙造 成漏浆现象 7 专人检查各附件是否按要求安放齐全 牢固 不符合要求必须进行修 正 8 检查钢筋骨架保护层垫块是否安放正确 保证主筋保护层为 50mm 30mm 9 对手孔垫圈锚固脚与钢筋骨架进行焊接 焊口要牢固 如附件 附筋 与骨架碰不上 可加焊短钢筋连接 焊接同时要用特殊纸皮承接掉落的焊渣 以免烫伤模具内表面 降低光洁度 5 砼搅拌与运输砼搅拌与运输 1 混凝土配合比必须进行试配 并进行试验以获取正确的养护时间和抗 压强度 并符合如下要求 混凝土立方休强度及抗渗试验 检验混凝土配合比 能否满足抗渗和设计强度的要求 管片吊装孔抗拔试验 检验吊装孔最大抗拔 能力以确保管片二次注浆时的安全 2 混凝土现场采用砼搅拌站拌合生产 为保证砼性能的稳定 定期检验 混凝土搅拌站上料系统和搅拌系统电子称量系统 保证机器运行精度 砼拌制 后由试验工程师负责检查混凝土的搅拌质量 坍落度值一般控制在 30 70mm 为 佳 3 冬季施工时 为保证砼的性能 采用 45 度的温水搅拌 搅拌时先加 砂 碎石 后加入水泥 外加剂搅拌 且保证搅拌时间不少于 1 分钟 砼拌制 后及时运入砼车间灌筑砼 砼应随拌随用 4 砼拌制好后 放入料斗 用平板车运到砼车间使用 6 砼灌注 震捣砼灌注 震捣 1 浇筑前必须按规定对组装好的模具进行验收 发现任何不合格项目应通 知上工序返工 经验收合格后取走挂在钢筋笼上的标志牌表示可以浇筑 2 只有被确认坍落度在设计配合比范围内才可使用 否则要废弃 3 混凝土要分层次灌注 铺料按先两端后中间进行 灌注时注意使砼在模 具内匀布 4 混凝土振捣由专业混凝土工进行 振动至砼与侧板接触所处不再有喷射 状气 水泡 并均匀为止 若采用高频震捣棒震捣 每个振动点振动时间控制在 10 20 秒内 振动实后振棒必须慢慢拨出 振捣过程中须观察模具各紧固螺栓 螺杆以及其它预埋件的情况 发生变形或移位 立即停止浇筑 振捣 尽快在 已浇筑混凝土凝结前修整好 5 全部振动成型完成后 抹平上部中间多余处混凝土 7 管片抹面管片抹面 打开顶板的时间一般在混凝土浇筑后 45 分钟左右 具体时间随气温及砼凝 结情况而定 打开顶板时注意插牢顶板插销 以防顶板落下伤人 粗抹面 使用铝合金压尺 刮平去掉多余砼 或填补凹陷处 使混凝土 表面平顺 中抹面 待混凝土表面收水后使用灰匙进行光面 使管片表面平整光滑 精抹面 以手指轻按混凝土有微平凹痕时 用长匙精工抹平 力求使表面 光亮无灰匙印 在混凝土浇筑完 1 小时左右拔出螺杆并及时清洗干净 涂抹黄油后放在模 具的指定位置 8 管片蒸汽养护管片蒸汽养护 采用蒸汽养护达到提高混凝土脱模强度 缩短养护时间 为加快模具周转 创造条件 养护一般分两班进行 每班 12 小时 设专人负责 混凝土初凝后合上顶板 不用拧紧螺栓 在模具外围罩上一个紧密不透 气的养护罩 进行蒸汽养护 混凝土浇注完成后静置约 2h 加盖养护罩 引入饱和蒸气进行养护 升温 时间控制在 2 3 小时 为防止温度升高过快造成混凝土膨胀损害内部结构 在 自然温度下 每小时升温 10 15 不得超过 20 恒温阶段一般在 1 5 小时 左右 蒸养温度为 50 60 最高不超过 60 降温时间必须控制在 1 5 小 时以上 到达规定的蒸养时间后关上供汽阀 部分掀开养护罩 让模具和混凝 土自然冷却 1 小时后再全部揭走养护罩 半小时后开始脱模 表表 2 管片蒸汽养护制度表管片蒸汽养护制度表 项项 目目 参参 数数 管片静停时间 2h 升温梯度 10 15 h 蒸养最高温度 60 恒温时间 1 5h 根据季节温度定 降温梯度 10 h 脱模时与外界的温差 20 管片出模后要加强水养护 以提高混凝土后期强度 9 管片脱模管片脱模 混凝土降温后将混凝土试块送试验室进行试压 强度达到设计强度 40 以 上或 20MPa 以上时 接试验室通知后开始脱模 在管片脱模时 用温度计测量管片螺栓孔内的温度 其温度相差不超过 20 度方可脱模 脱模顺序 松开灌浆孔固定螺杆 打开模具侧模板 打开模具端板 将吊 具连上管片 振动脱模 脱模必须使用专用吊具 地面操作四人配合进行 将吊具固定在管片的指 定位置 由专人向桥吊司机发出起吊信号 如果使用真空吸盘机则必须保证脱 模的垂直角度以及起吊的重心位置 将管片吊至翻片机上进行 90 翻转 再换专用吊具将侧立的管片吊至临时 存放场 脱模过程中严禁锤打 敲击等野蛮操作 10 管片水池养护及喷淋养护管片水池养护及喷淋养护 将放置管片的轨行平板车牵引到养护池边 用走行式门吊起吊管片 将管 片放置于水池中进行养护 管片在水池中养护时 应经常检查水温 防止水温 过高和过低影响管片的强度增长 在水池中养护 7 天后 用门吊起吊管片 放 置在翻转架翻转后用吊车转运到临时堆放厂的喷淋养护区 管片转运过程应轻吊轻放 防止损坏管片边角 喷淋养护时应设专人经常 喷淋养护 避免管片表面出现干燥无水 冬季时应采取保温措施 防止养护池 和管片表面结冰 对砼产生不良影响 11 管片最终检验管片最终检验 1 成品尺寸检验 用 0 2100mm 和 0 510mm 量程 根据管片设计尺寸配置 的游标卡尺分别测 量管片的宽度和厚度 用 5m 规格的钢卷尺测量管片弧长 用直径为 1mm 长 度为 7m 的尼龙线对扭曲变形情况进行检验 每块管片都进行外观质量检验 管片表面应光洁平整 无蜂窝 露筋 无裂纹 缺角 轻微缺陷进行修饰 止 水带附近不允许有缺陷 灌浆孔应完整 无水泥浆等杂物 表表 3 单块管片成品质量标准单块管片成品质量标准 序序 号号 内内 容容 检检 测测 要要 求求 允许误差允许误差 mm 宽 度 测三点 0 5 弦长 弧长 测三点 1 1外型尺寸 厚 度测三点 3 1 2 混凝土强 度 设计标号 3 混凝土抗 渗 设计标号 说明 设计标准 2 混凝土强度实验 每循环生产至少作 2 次坍落度试验 强度试验须分 三次投料 每次投料需捣实 25 次 样品应与制品条件完全相同情况下进行养护 施工时每 5 环应制作四组 12 块 分别为六小时试验一组 7 天试验一组 标 养 同条件养护 28 天各试验一组 强度试验样品尺寸为 100mm 100mm 100mm 于正式生产前至少提供 2 组测试资料 管片生产每 30 环做抗渗试块一组 3 管片抗弯试验 管片正式生产前进行一次抗弯试验以检验管片的抗弯能力 采用千斤顶分 配梁系统加荷点标距约 1000mm 支承管片两瑞的小车可沿地面轨道滑动 采取 分级加荷载值 加荷完成后 静停 1min 记录压力表读数及中心加荷点及水平位 置变量 该试验为检验设计值 试验中各项数据指标由设计提供 最终管片抗 弯试验参数需与设计确定 4 管片检漏试验 方法和标准按相关规定进行 一般每生产 50 环抽查 1 块做检漏试验 连续 三次达到检测标准则改为 100 环抽检 1 块管片 再连续三次达到检测标准 最 终检测频率为每生产 200 环抽查 1 块做检漏试验 若出现一次检测不合格 则 恢复每生产 50 环应抽查 1 块做检漏测试频率 再按上述要求进行抽检 将标准片通过螺杆夹紧固定在支承架上 通过手动加压泵进行加压 分 4 级进行加压 第一级从 0 加至 0 2MPa 第二级从 0 2 加至 0 4MPa 第三级从 0 4 加至 0 6MPa 第四级从 0 6 加至 0 8MPa 每级之间持荷时间不少于 15 分钟 每次加压前先检查构件各端面的渗水情况 并作好记录 第 4 次加压后 达到 0 8Mpa 水压时 连续观察 4 小时 检漏技术要求 渗水深度不超过管片厚度 1 5 地下防水工程质量验收规范 GB50208 2002 总湿渍面积不大于总防水面积的 6 1000 地下工程防水技术规范 GB50108 2001 项 目 检测要求 检测方 法 允许误差 mm 环向 缝间隙 每环测 6 点插片 1 纵向 缝间隙 每环测 6 点 放可压缩至 2mm 衬垫 插片 1 20 5 三环试拼装 管片正式生产前和每生产 200 环管片后 由于管模可能尺寸不够精确或生 产过程中震动变形 因此需要进行三环试拼装以检查管片几何尺寸和模具是否 符合规范要求 见表 4 说明 本表尺寸按设计标准 表 4 管片水平拼装检验允许误差表 为保证拼装质量 需制作一个钢筋混凝土平台 平台确保水平 误差控制 在 2mm 以内 制作 12 个拼装支架 支架能够在高度上进行微调 以便矫正管片拼装后 的水平 拼装顺序 首先在平台上画直径为管片内径和外径的两个圆 作为拼装时 的参考线 先放置标准块 再邻接块 最后放人封顶块 一环拼装完后 错缝 拼装另两环 检测 管片拼装完后利用不同型号的插片对管片之间的纵缝 环缝进行测 量 以检测各管片之间的缝隙是否符合要求 再用水准仪分别测量各接缝的几 个点 然后计算这几个点是否在同面上 12 管片标识与存放管片标识与存放 管片标记主要反映管片标准块 邻接块 封顶块以及管片流水号码 生产 日期等 1 管片永久标号 按照管片图纸的要求 要求将标记刻在模具内弧面上 在管片浇注成型后 在管片的内弧成形成永久标记 封顶块标 识 邻接块 标识 标准块标识 FxL1x L2x B1x B2x B3x B4x B5x B6x 成环 后内径 测 8 条 不放衬垫 用钢卷 尺 2 成环 后外径 测 8 条 不放衬垫 用钢卷 尺 0 3 注 x 为模具编号 如 F1 表示模具编号为 1 的标准封顶块 2 管片标识 管片标识由人工盖在管片指定的位置 标识内容 1 管片型号标号和配筋类号 2 管片生产流水号 生产班组号 3 管片生产日期 4 管片自检质量标识 合格 不合格 标识位置 1 内弧面右上角 2 环向端面 A1P1A 管片型号 配筋类号 0001 1 管片生产流水号 生产班组号 05 01 01 管片生产日期 年 月 日 D 试生产期间管片标识 试生产期间所制作的管片在生产流水号前加盖 试 字 以便区分 其它标 识方法与上所叙述相同 试生产期间的管片标号须报告盾构项目部及监理 试 生产区间的管片未经监理批准 不得用于永久结构 13 管片修补管片修补 深度大于 2mm 直径大于 3mm 的气泡 水泡孔和宽度不大于 0 2mm 的表面 干缩裂缝用胶粘液与水按 1 1 1 4 的比例稀释 再掺进适量的水泥和细砂填 补 研磨表面 达到光洁平整 破损深度不大于 20mm 宽度不大于 10mm 用环 氧树脂砂浆修补 再用强力胶水泥砂浆表面填补研磨处理 三 三 管片生产常见问题分析管片生产常见问题分析 1 1 管片裂纹防治管片裂纹防治 管片裂纹是管片生产过程中遇到的最常见的问题 由于盾构在隧道内拼装 的钢筋混凝土管片需要提前预制 而且需要很高的抗压 抗渗 耐久性等要求 一旦管片本身出现致命的缺陷 可能就会产生灾难性的后果 管片在预制过程 中裂缝出现的几率很高 即使非常有经验的承包商也常会发生类似 重复的事 故 尤其是随着盾构施工水平的不断提高 大断面盾构项目不断上马 大体积 管片出现裂纹的几率也愈高 所以在管片施工方面仍有许多技术难点和重点 需要再认识 再提高 再加强 管片裂纹防治技术是其中最重要的常见技术问 题 1 1 裂纹分类 管片外弧面裂纹管片外弧面裂纹 管片外弧面裂纹主要有两种 一种是在水养之后出现的龟裂纹 龟裂纹在 管片生产中是比较普遍的 同时也是管片最主要的裂纹 在管片湿润情况下才 易看出 龟裂是属于裂缝的一种 是一种微细裂纹 在混凝土表面干燥的情况下 其肉眼不可见 宽度小于 0 02mm 用水湿润时则可见 呈现为纵横交错状如 龟壳纹样的裂纹 虽然在初期肉眼看不见 但在经受干湿和冷热交替的作用后 这种裂纹会由表面向纵深发展 而成为肉眼可见的裂缝 我们经常可见到一些路 面和墙壁就有这种现象 虽然龟裂在初始时只存在于表面 但仍会有发展成有害 裂缝的可能 因此龟裂问题应引起足够的重视和关注 目前的生产工艺还不能消 除此裂纹 只有采取各种措施将裂纹降到最低 下文将有详细阐述 另一种是在蒸养之后就出现的裂纹 属于浅表性裂纹 蒸养后出现的裂纹 属于砼表面收缩裂纹 该裂纹是由于砼表面温度不均造成的 管片侧面裂纹管片侧面裂纹 这种裂纹主要是混凝土在干湿交替温度变化过程中混凝土碳化收缩产生的 碳化收缩裂纹 一般论点认为砼的碳化需要很长的时间 例如一些水化产物如 C S H 凝胶的碳化的确需要较长的时间 但是砼表面的碳化 Ca OH 2 的碳化 并 不需要很长的时间 其在几个小时之内就可能发生 再加上干缩的叠加作用 当砼 表面抗拉强度不足以抵抗收缩所产生的拉应力时 将导致砼的开裂 从而产生微 细裂纹 一般说来 碱度越高 碳化越慢 3 4 这一规律是对混凝土的整 体碳化而言的 混凝土的表面碳化并非如此 因为混凝土的表面主要成份为 Ca OH 2 根据化学平衡原理 碱度 Ca OH 2 含量 越高 越有利于 Ca OH 2 的碳化 因此 混凝土的表面碱度越高 则表面的碳化越快 收缩也越大 越易 产生裂纹 特别是在早期 因此 降低混凝土表面的碱度 特别是早期 可减少 龟裂的产生 管片手孔裂纹管片手孔裂纹 管片手孔部位裂纹在蒸养后出现 裂纹较细但连续 整个管片呈八字形 手孔越大裂纹越大越明显 该裂纹主要是由于以下几个方面原因综合导致 1 手孔断面设计较大 断面突变易产生裂纹 2 砼在水化过程中产生较大自收缩与钢模受热膨胀较大产生温度集中应 力的叠加 产生 45 方向的表面收缩裂纹 总之 由于管片体积大 厚度较厚且是弧面形状 易产生表面收缩裂纹 裂纹性质 非贯穿浅表型非结构受力性裂纹 裂纹产生原因 1 混凝土本身内外温差 2 混凝土与大气温差 3 混凝土与大气湿度差 裂纹产生机理 混凝土收缩拉应力大于混凝土抗拉强度的增长造成 内部约束下拉应力是在同一时刻下由于构件内部存在不同温差所引起 外 部约束下拉应力是由于龄期发展的温降所引起 某一时刻下由于体积收缩变形 引起的拉应力是这二部分的叠加 1 2 裂纹的预防处理措施 大体积管片出现宏观裂缝 0 05mm 以上 是普遍现象 但裂纹大部分都是 表面的收缩裂纹 多数情况下无明显危害 查明原因后可以接受 但开裂又常 是 设计有误 原材料选择不当 配比不良 施工质量低劣的综合反映 可能 隐含抗渗性差 强度不足 材料严重不匀 结构有薄弱环节或混凝土 钢筋材 料已遭受腐蚀和损伤 甚至是面临破坏的前兆所以 出现裂缝必须寻求原因 采取相应对策 裂缝的出现大部分出现在前期 也就是施工阶段 后期出现的裂缝实际上 也是源于施工阶段造成的 例如使用劣质水泥 活性骨料 CaCl2 掺合料等 1 1 1 防止塑性开裂措施 A 混凝土入模后预防外露表面失水 尽快用塑料膜覆盖 工作面保持最小 预防外露表面失水 是防止混凝土表 面与大气产生湿度差的有效措施之一 B 降低混凝土的入模温度 在不高的气温下 浇筑温度最好规定不高于 25 热天施工时如需适当放 宽限制 也不宜高于 32 并应同时调整混凝土的配合比 降低混凝土的水泥 用量以减少水化热 混凝土浇筑温度愈高 水化反应愈快 释放热量愈多 升温愈高 又进一 步加速水化反应 同样配比混凝土当入模温度为 10 时 24 小时后升到 30 当入模温度为 20 时 20 小时后升到 55 即入模温度相差 10 可使最高温 升差到 25 实验结果表明混凝土浇筑温度从 25 减少到 12 开裂温度 Tc 降低 15 19 C 喷雾湿润上方空气 混凝土浇注收光完毕 适当的喷雾湿润上方空气可有效的降低混凝土表面 与大气产生较大湿度差 防止混凝土裂纹的出现 D 设置遮蔽棚 防止阳光直射 南方地区以及北方地区的夏季施工时阳光比较强烈 如果是露天施工 阳 光直接对混凝土表面进行直射 混凝土表面则会迅速失水 造成混凝土表面与 大气产生较大湿度差 同时混凝土表面的迅速升温也会使凝土表面与大气产生 较大温度差 这些差别一旦超过混凝土的承受极限 即会产生开裂 E 浇筑前润湿模板和底板 模板和底板与混凝土本体之间产生的湿度差跟混凝土与大气环境产生的湿 度差造成的危害是一样的 尤其管片在蒸养过程中 钢板的导热性好 反而比 混凝土与大气环境产生的湿度差造成的危害更大 因此浇筑前润湿模板和底板 是必需的工序之一 F 降低混凝土粉料总量 水胶比宜控制在 0 45 0 60 之间 有的工程低于 0 35 或胶凝材料总量 控制在 300 450kg m3 之间 G 降低用水量 尽量选择减水效果较好的减水剂 一般要求减水率在 20 以上的为宜 H 外加引气剂 混凝土含气量 4 5 1 5 掺加引气剂有利于防裂 使温度下降 4 5 I 通过抹面 压光消除早期塑性裂缝 1 1 2 防止干缩裂缝开裂措施 A 配置低收缩混凝土 减少拌和水量 减少浆体体积 加大粗骨量的最大粒径和骨料含量 降低 拌料入模温度 选择低含碱量水泥 控制骨料含泥量 B 降低混凝土干燥速率 延缓表层水分损失 采取有效措施对混凝土表面进行保湿 同时尽量缩小混凝土表面与外部环 境之间的湿度差 必要时可对混凝土表面或外部环境进行喷雾或洒水以降低混 凝土干燥速率 延缓表层水分损失 C 设置构造钢筋 对管片的一些突变部位应设置构造钢筋 增加突变部位混凝土的抗拉强度 防止这些敏感部位因突变过大造成混凝土的表面抗拉强度较低而出现开裂 控制宽裂缝的最小配筋率 fct 混凝土早期 3 天 抗拉强度 fy 钢筋 标准强度 构件厚度大于 50cm 时 按一侧厚度为 25cm 计算配筋率 D 采用补偿收缩混凝土 或外掺减缩剂 补偿收缩混凝土是一种适度膨胀的混凝土 或称膨胀混凝土 膨胀剂防裂 技术的成功应用 必须具有专门的知识和技术 许多膨胀剂产品缺乏对其性能 和适用性的深入系统研究 要使膨胀剂起作用 混凝土必须处于约束下的限制 膨胀和限制收缩状态 自由或过大的膨胀将导致混凝土强度的严重削弱甚至开 裂 膨胀剂用量过大或过小都会对防裂效果和混凝土强度产生不利影响 E 提高混凝土抗裂能力 掺加钢纤维 尼龙纤维或聚丙烯纤维等有效的提高混凝土抗裂能力 尤其 是聚丙烯纤维可以提高水工混凝土的抗渗 防裂 耐磨 抗冲击 韧性 耐久 性等综合性能 能有效防止或减少混凝土收缩裂缝的产生 1 1 3 防止温度收缩裂缝开裂措施 收缩是以混凝土最初变硬时的长度作为基准 这时的混凝土因水化热而处于 高温或较高的温度下 A 减少因水化热和环境温度引起的温升 通过掺加粉煤灰等掺合料 降低水泥的用量 控制水化热的过多产生 同 时尽量选用低水化热的水泥对地下结构混凝土防裂有重要作用 不同水泥混凝 土的裂缝宽度有很大差别 水泥品种与裂纹宽度对比 B 减少混凝土内外温差 混凝土内部和表面的温差一般不应超过 20 混凝土表面无复盖层时 表 面温度与大气温度的差