预制装配化混凝土箱涵

预制装配化混凝土箱涵 标准制定情况及 预制箱涵 生产技术介绍 苏州混凝土水泥制品研究院中国混凝土与水泥制品工业协会排水管专家组褚建中 苏州混凝土水泥制品研究院 苏州混凝土水泥制品研究院原直属国家建筑材料工业局 现为中国中材集团成员单位 建筑工程设计和新材料工程设计甲级资质 以混凝土与水泥制品应用技术研究为主 专业从事 建筑材料及制品的试验 检测 研究 开发 咨询及服务 相关建筑设计 咨询 水利水电结构工程的水泥制品防腐 堵漏施工技术及材料 混凝土与水泥制品装备技术及产业 预拌混凝土技术及产业 混凝土外加剂技术及产业 国家水泥混凝土制品 含混凝土外加剂 质量监督检验中心全国水泥制品标准化技术委员会 原国家建材局 水泥制品节能技术中心江苏省高耐久混凝土与水泥制品工程中心 混凝土与水泥制品 杂志混凝土水泥制品协会管桩分会秘书处 1 标准制定背景基本情况预制混凝土箱涵的优势及政策推进存在的问题及标准立项2 工厂预制混凝土箱涵应用情况预制混凝土箱涵的应用相关调研情况3 预制装配化混凝土箱涵 标准主要内容介绍产品标准制定原则规格尺寸 截面形状接口型式及密封 连接方式原材料及配筋产品质量要求及检验4 预制混凝土箱涵的生产工艺方法 3 1 标准制定背景基本情况 1 2013年以来 国家有关部门 国务院 国务院办工厅 国家发改委 工信部 财政部 城乡建设部 水利部 中国人民银行等 连续发文 全面推进我国的地下管涵基础设施建设2 国务院办公厅 关于推进城市地下综合管廊建设的指导意见 出台3 国家补贴的10个 综合管廊试点城市 及 示范省份 确定4 2015年9月29日 国务院常务会议提出 自今年起 海绵城市建设和地下管廊建设结合起来 要在城市新区 各类园区 成片开发区全面推进 5 2016年第二批 综合管廊试点城市 确定 将开工建设城市地下综合管廊2000公里以上 此次以 综合管廊 为先导的长效地下建设工程 目标明确 项目 量大面广 持续推进 同时也将大力促进 混凝土箱涵工厂预制化生产 有关文件也明确指出 4 城市地下综合管廊的现有用量及发展 5 2015 10个试点城市总投资351亿元 其中中央财政投入102亿元 地方政府投入56亿元 拉动社会投资约193亿元 以试点示范带动全国建设地下综合管廊的积极性 全国共有69个城市在建地下综合管廊约1000公里 总投资约880亿 2016年计划管廊任务 今年开工建设2000km以上 实际确定的任务为2517km目前工作进展 2016 6全国电视电话会议通报 1 山东 贵州 吉林 青海 宁夏等22个省 市 区 48个城市 105个项目开工 总长478公里 2 广东 甘肃 湖南 四川 安徽 浙江 吉林等28个省 市 区 的76个城市305个项目立项 总长1156公里 3 全国101个城市 233个项目尚未进入前期 总长944公里 全国有353个城市编制了城市地下综合管廊专项规划 完成审批的有78个 城市地下综合管廊的发展将带动预制混凝土箱涵 6 首批10个试点城市总投资351亿元 其中中央财政投入102亿元 地方政府投入56亿元 拉动社会投资约193亿元 以试点示范带动全国建设地下综合管廊的积极性 全国共有69个城市在建地下综合管廊约1000公里 总投资约880亿 2016年开工2000公里以上 地下综合管廊是在城市地下用于集中铺设电力 通信 广播电视 给水 排水 热力 燃气等市政管线的公共隧道 推进地下综合管廊建设有以下积极作用 1 逐步消除 马路拉链 2 清理解决 空中蜘蛛网 3 缓解交通拥堵 方便民众出行4 治理环境污染5 保障安全和提高防灾能力6 减少资源浪费 节约地上和地下空间7 拉动有效投资 带动相关产业 相比现浇施工 预制混凝土箱涵的优势 预制混凝土箱涵缩短施工时间 促进文明 绿色施工可以用于非开挖顶进施工方式开挖施工时 作业面小 可以带水施工采用柔性接口 可抗地基不均匀沉降预制过程控制 成品厂内检验 产品质量有保障减少施工 维护成本 综合成本低 7 国内预制箱涵生产应用存在的问题 由于暂时还没有 预制混凝土箱涵 的产品国家行业标准 导致 产品分类 外观 外形和有效尺寸不统一 各工程 各生产厂 各地均不统一 造成生产机具设备浪费 同时给施工 设计带来很大难度 产品质量要求不一致 无法详细约定 在大部分的地下箱涵工程中 使用与制造双方跟据工程及制造情况约定产品质量要求 一般不太详尽 多有边施工 边修改的情况 施工设计没有依据 设计单位难以采用没有国家行业标准的产品 地方标准或企业标准缺乏权威 产品推广应用困难 检验 测试数据无法判定结果 给产品合格检验 工程质量验收带来很大困难 预制混凝土箱涵及用于综合管廊工程现有适用产品标准 城市综合管廊工程技术规范 GB50838 公路桥涵标准图集 混凝土箱涵部分 城市综合管廊 国家标准 预制装配化混凝土箱涵 国家行业标准 混凝土结构设计规范 GB50010 民用建筑热工设计规范 GB50176其它相关标准及地方 企业的产品标准 9 除执行将要出台的 预制装配化混凝土箱涵 产品标准外 还应充分了解不同使用状况下的其它标准 规范的要求 如 不同使用年限对钢筋保护层的规定 寒冷地区对壁厚及保护层的特殊规定 综合管廊的净高 检修通道空间要求 用于综合管廊带出入口 逃生孔 吊装口 进风口 排风口 沟槽 预埋等非标准节产品的规定 等 用于综合管廊工程的预制混凝土箱涵适用产品标准 预制装配化混凝土箱涵 国家行业标准 制定中 苏州混凝土水泥制品研究院 苏州科星混凝土水泥制品装备公司 用于综合管廊工程的预制混凝土箱涵试验方法 国家标准 已立项 苏州混凝土水泥制品研究院 预制混凝土箱涵生产模具 国家行业标准 已立项 苏州科星混凝土水泥制品装备公司 苏州混凝土水泥制品研究院 预制装配化混凝土箱涵工艺技术规程 行业协会标准 制定中 中国混凝土水泥制品行业协会 10 苏州混凝土水泥制品研究院 苏州科星混凝土水泥制品装备有限公司于2013年年初提出了 预制装配化混凝土箱涵 行业标准的立项申请 2013年11月 工业和信息化部工信厅科下达了 2013 163号文件 预制装配化混凝土箱涵 行业标准被正式列入2013 2015年度标准制定项目计划 项目计划号2013 1258T JC 标准项目组对有关箱涵科研 设计 生产 质检 装备 施工 使用等单位进行了调研及征求意见 2014 2015年在成都和苏州二次召开工作会议 标准所涉及的主要内容 混凝土预制箱涵的有效工作截面规格尺寸 涵体结构形式 不同用途不同等级的抗渗要求 抗压要求 涵间接口形式和连接方式 质量要求及检验方法等 本标准2016年完成 拟同时配套 产品结构及配筋图集 预制装配化混凝土箱涵 产品标准立项 预制装配化混凝土箱涵 标准制定第一次工作会议 成都 综合管廊发展及技术研讨会 暨 预制装配化混凝土箱涵 标准制定第二次工作会议 苏州 国家水泥制品检测中心协同 预制装配化混凝土箱涵 制标组进行了大量的试验认证 不同规格尺寸 不同工况条件 多个生产单位 不同计算依据验证 不同试验方法对比等 混凝土箱涵可用作大型排洪道 城市雨污水管道 大型蓄水槽 综合管廊 地下人行通道 机动车地下隧道 小型车库等市政建设等 15 2 工厂预制混凝土箱涵应用情况 预制箱涵在城市综合管廊工程中的应用 16 请关注 大型蓄水槽 城市地下水库 随着 海绵城市 建设全面推进 蓄排结合 水资源综合利用 体系将逐步形成 学习发达国家的先进经验 大型建筑物或广场地下建有大型蓄水槽 可快速蓄水 有效防止城市暴雨时产生的局部内涝 同时可节约水资源 用于消防 绿化浇灌和调节城市空气质量 我国的部分大型城市已着手设计采用大型方涵或大口径管组成的地下水库方案 预制混凝土箱涵截面形状 混凝土箱涵形状除方的以外 跟据使用要求 受力情况 地质基础 施工制造条件等 在方形基础上略有变型的有长方形 u型加盖板 二个u型拼接 一面或上下面拱形 单孔或多孔涵等 18 预制箱涵一般尺寸及组成 一般电力箱涵有效口径为2000 2000左右 用于综合管廊的一般单孔3000 3000左右 多孔的综合管廊由多个单孔并排或叠加为多 其它市政建设用箱涵有效口径多数4000 4000以下 较为经济实用 特大口径箱涵采用拼装方式可充分体现预制构件优势 19 最大截面单孔预制混凝土矩形顶管 10 4m 7 5m 在我国郑州和天津应用 20 21 截面 11 7m 3 8m 三仓预制混凝土箱涵 约100多家企业 总计300多套不同成型工艺 不同规格的箱涵模具 生产 预制箱涵 用于施工约50 100 km 占工程使用量的20 左右 产品口径1500 2000 7000 5000间 基本集中在2000 2000左右 单孔最大截面为10400 7500 产品有效长度一般1500 2000 接口及密封型式多为柔性及钢性企口 端面遇水膨胀胶条加后张拉涵间连接 产品应用多为开挖施工方式 小部分为顶管法顶进施工方式 22 标准 工厂预制箱涵 调研情况 部分回函企业预制箱涵规格 单仓 宽 高 有效长度 壁厚 单仓 宽 高 有效长度 壁厚 多仓及多弧涵 总宽 总高 有效长度 最大壁厚 仓数 二仓6150 4000 2000 3000 2250 壁厚 均300 二仓7450 3550 2000 3000 3500 壁厚 上下及二侧350 中间250 三仓7500 2800 1500 1700 2900 1900 壁厚 均250 三仓11000 3800 1500 3400 4300 2000 壁厚 上下及二侧350 中间300 三仓11650 3800 2000 2600 5300 1950 壁厚 上 左右均为450mm 下500mm 四仓11700 3800 1000 2100 4700 1500 1900 壁厚 上下400 二侧及中间300 多弧形涵 6400 32006000 32005300 32004000 32002800 2500 矩形单仓 方形单仓 双仓 多弧涵 3 预制装配化混凝土箱涵 标准主要内容介绍 预制装配化混凝土箱涵 标准的编制工作将严格按国家标准化管理部门的有关规定开展工作 具体编制内容将根据GB T1 1 标准化工作导则第一部分 标准的结构和编写规则 和国家关于生产安全的有关规定要求进行编写 标准制定将在充分调研的基础上 结合国内企业生产以及产品在工程中的应用情况 并参考国外同类产品标准 在分析研究 试验验证的基础上 提出标准的讨论稿 征求意见稿 再在充分吸收专家意见的基础上提出送审稿和报批稿 标准的主要技术内容将结合国内目前的实际情况并具有一定的前瞻性提出 力争与先进国家的同类标准接轨 本标准制定的基本原则 主要工作内容及要求 国内现有情况 产品规格 用途 制造方法 施工情况 技术要求等 的调研 国外标准收集及翻译 产品的主要技术指标 产品分类及规格 原材料 成品质量要求 原材料 成品检验及判定依据 确定 产品的试验方法及验证工作 标准初稿编制 标准送审稿及有关文件编制 标准报批稿编制 产品规格系列与应用适宜主要技术指标先进产品经济性能合理产品质量检验方法适用可靠标准可操作性强与其它相关标准相吻合 规格尺寸 规格尺寸所考虑的问题 规格 未详细编入多孔涵 现有应用及必要延伸 单孔涵与多孔涵力学结构差异大 标准过大等 标准内加入参照词条 截面 有效截面1200 1200至6000 4000 单孔常用或较有可能使用 预制箱涵不完全用于综合管廊 壁厚 给出推荐和最小壁厚 从摸具通用性 构件抗渗 裂缝荷载 保护层厚度 标准中钢筋的净混凝土保护层厚度不应小于20mm 其它标准如GB50010 2010混凝土结构设计规程对混凝土构件耐久50年或100年保护层厚度要求 与壁厚及钢筋配置关系 制品受力结构 水泥制品生产工艺等 预制混凝土箱涵接口型式多样 跟据施工方式 明挖敷设的多采用柔性企口型式 顶进施工多采用钢承口接口型式 一般不采用平口接口型式 下表为现国内采用的工厂预制混凝土箱涵各种接口及密封型式 33 接口型式及密封方式 标准给出的接口形式示例 钢承口式接口 钢圈防腐要求 C型企口型式 B型企口型式 A型企口型式 端面遇水膨胀橡胶 管涵间锚固涨紧 35 36 腻子型遇水膨胀胶条在端面密封的使用 水泥基密封材料在箱涵工程中的应用 单胶圈 插口斜坡台阶 胶圈止退槽 钢承口 双胶圈 插口钢圈止退 注浆孔 接头水压检测孔 37 宜采用强度等级不低于42 5级的硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥 也可采用抗硫酸盐硅酸盐水泥 水泥性能应分别符合GB175 GB748的规定 细骨料宜采用中粗砂 细度模数2 3 3 3 含泥量不大于2 粗骨料最大粒径对钢筋混凝土箱涵不得大于壁厚的1 3 并不得大于环向钢筋净距的3 4 骨料性能应分别符合GB T14684 GB T14685的规定 混凝土允许掺加外加剂和掺合料 但所掺外加剂和掺合料不得对箱涵产生有害影响 当掺加外加剂时 应符合GB8076的规定 当掺加掺合料时 应符合相应标准的规定 混凝土拌合用水应符合JGJ63的规定 宜采用热轧带肋钢筋 冷轧带肋钢筋 也可采用热轧光圆钢筋 钢筋性能应分别符合GB1499 2 GB13788 GB1499 1的规定 对内宽大于或等于2000mm的箱涵 钢板厚度不宜小于10mm 对内宽小于2000mm的箱涵 钢板厚度不宜小于8mm 承口钢板的性能应符合GB T3274 GB T700的规定 钢板防腐性能及密度 原材料的规定 混凝土及钢筋骨架 混凝土强度等级不应小于C40 脱模时的混凝土抗压强度不宜低于设计混凝土强度等级值的60 出厂时的混凝土抗压强度不应低于设计的混凝土强度等级值 抗渗P8以上 钢筋直径不宜小于8mm 沿箱涵长度方向 横向 钢筋间距不应大于200mm 相邻纵向钢筋的间距不应大于300mm 配筋率应符合设计要求 横向 纵向筋应均匀配置 其间距偏差不应大于5mm 钢筋骨架宜采用焊接成型 当采用人工焊接时 焊点数量应大于总连接点的50 且应均匀分布 钢筋的连接处理必须符合JGJ18中有关钢筋焊接和绑轧的规定 不同标准及规程的搭接长度要求 预制装配化混凝土箱涵质量要求及检验 箱涵结构尺寸偏差 承口插口 接口尺寸偏差保护层厚度混凝土性能 抗压强度 外观质量要求结构抗渗外压荷载 尺寸允许偏差 接口尺寸允许偏差 外观质量要求及判定 外观缺陷与生产工艺方法及控制 混凝土的工作性能 成型摸具 成品养护等有较大的关系 力学性能检验 内水压力及外压荷载 外压荷载检验 试验方法及载荷级别的确定 四点法外压荷载检验 检验批次 判定规则试验方法 规范性附录资料性附录 标志 运输及贮存使用规定产品合格证等 标准其它内容 工厂预制混凝土箱涵的生产成型工艺一般为 带模养护 浇注成型工艺 普通塑性混凝土 辅助振动 浇注成型 自密实混凝土浇注成型卧式浇注成型 立式浇注成型立即脱模 高频振动成型 芯模振动成型高频竖向振动成型内置 外置附壁高频振动成型湿法生产 短时间快速脱模成型 混凝土早强及脱水原理 49 预制装配化混凝土箱涵生产工艺方式 预制混凝土箱涵的适用成型工艺 注 1 此表中数值为大约范围 并未有明确规定 2 相应的成型方式为适宜 3 卧式模具底板与上部分别浇注时 亦可采用普通塑性混凝土 50 51 浇注成型工艺按混凝土流动性能情况 一般加高频辅助振动 工艺优点为成型工艺简单 小批量生产灵活 产品外观光滑 漂亮 产品精度高 可生产大规格 异形 多孔的箱涵产品 工艺缺点为规模生产时模具投入大 一般每天周转一次 产能小 工人劳动强度大 相对立即脱模工艺方式 原辅材料 人工及其它生产成本高 带模养护 浇注成型工艺 带模养护 浇注成型工艺 异形箱涵一般采用浇注成型 53 浇注成型工艺按模具放置方向分为横向卧式 箱涵的放置状态与以后的使用一致 和竖向立式成型 横向成型的二侧承插口随模具成型 上部平面作抹平处理 相比更容易保证箱涵的承插口精度 但由于底板注入混凝土不如竖向成型通畅 对混凝土的工作性能 主要是混凝土的和易性 流动度 消气等 要求较高 54 卧式浇注成型 立式浇注成型 55 卧式浇注成型 装内模 装外模 二侧门 装张紧预埋 模具整理 脱外模 脱内模 养护 脱预埋 吊 出成品 运至堆场 出厂 保湿自然养护 检验 脱预埋件 筋笼焊接 预埋件焊接 装保护层定位 模具卧式 浇注成型工艺流程 56 57 模具立式浇注成型 为加快生产速度和提高模具周转 一套内外模可配置多个底模 58 外模滑移脱模方式及拼装方涵模 立式 1500 1800 2000共用拼装方涵模 卧式 箱涵生产与模具相关的较普遍现象 模具 制品 尺寸 壁厚 接口与将来的标准不附进口模具生产不出与国外相同的产品 生产工艺 辅助振动方式 混凝土 模具初始或多次使用后漏浆变形 应力 刚性 柔性 材料 多次使用后振动变形 振力 振动器数量及设置 材料 制品密实度不够 产生大量气泡 频率 多振动设置振力抵消 60 61 对模具的要求 模具精度 光洁度要求较高 与混凝土接触面应使用光洁度1 6以上板材 承插口面宜整体铣加工 制造成型后应力处理 以防止变形 模具的钢性要求由混凝土工作性能及辅助振动力决定 制造前应按成型方式计算设计 模具的设计与混凝土及震动方式有着极大的关联 模具刚性不足会因震动而缩短使用次数 刚性太强则会影响振动效果 导致混凝土的密实度问题或产生过多的气泡为一模多用 应推广采用拼装式模具和龙骨拼装式模具 模具选用参数 混凝土成型工作性能 普通塑性 大流动度 自密实 辅助振动方式 插入振动 附壁振动 高频附壁振动 跟据条件进行模具设计 工艺设计 立 卧式 接口 壁厚 单体 拼接等 振动受力分析 应力 形变 疲劳 机械设计 辅助振动单元数量 功率 频率 位置 同步 范围 模具钢材选择 焊缝长度 高度 铰接点数量 加工工艺及消除应力预案等 62 同步振动 模具有限元分析 不同步振动 模具有限元分析 外模变形量有限元分析 63 模具简易 直观的注水测试 64 65 选用浇注成型模具应考虑混凝土的流动性能 辅助振动方式 产品施工要求 模具成型方向等 芯模振动成型工艺采用干法生产 芯模高频整体振动使混凝土液化密实 同时使水泥有一定的活化以提高混凝土强度 混凝土密实度高 可以立即脱模 大量减少了成型模具数量及总体费用 与湿法工艺相比 可减少原材料的成本和降低人工费用 极大的提高了工效等优点 66 芯模振动成型