無粘結預應力混凝土施工蛋形消化池

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摘要： 杭州市四堡污水處理廠擴建工程有3座10926平米無粘結預應力混凝土蛋形消化池，本文介紹其非預應力鋼筋、模板體系、混凝土和預應力工程等結構施工成套技術。關鍵詞： 無粘結預應力 蛋形消化池 異形模板 變角張拉杭州市四堡污水處理廠擴建工程由國家計委立項，是浙江省及杭州市的重點工程項目。該工程中3座無粘結預應力混凝土蛋形消化池是 目前 國內同類工程中規(guī)模最大、結構最復雜、技術含量最高、施工難度最大的單位工程。其單池容積為l 0926m3，池體最大內徑24m，工程規(guī)模與我國首次在濟南建造的有粘結預應力混凝土蛋形消化池相當，目前與其并列屬世界第二位、亞洲第一位。該工程由 中國 市政工程華北設計 研究 院設計，中國建筑八局浙江分公司施工。1、工程概況 消化池池體高32m，埋深13.6m，內空高41.7m，池壁厚由700mm漸變至400mm，外形呈三維曲面體（見圖1）。池體內壁采用無毒環(huán)氧防腐涂料防腐，外壁采用聚氨酯發(fā)泡保溫、鋼龍骨彩鋼板飾面?；A為樁承臺，50根？1000mm鉆孔灌注樁，長45m，鋼筋混凝土承臺厚度最小為1600mm.池體為雙向無粘結預應力混凝土結構，環(huán)向共設置122圈（由呈半圓形的2束筋組成）預應力筋，且為分段均布預應力筋。混凝土等級地下無須應力部分為C30、S8，其余為C40、S8，均摻4％TJ外加劑。2、工程施工特點 2.1 非預應力鋼筋安裝尺寸、位置要求準確 地下承臺部分鋼筋由多層環(huán)向、豎向和徑向鋼筋形成立體網狀結構，地上殼體部分鋼筋為2層由環(huán)向和豎向鋼筋組成的網片。環(huán)向鋼筋在現(xiàn)場放大樣用彎曲機彎曲成型，采用電弧焊將其焊成封閉式的圓環(huán)。環(huán)向筋和豎向筋形成殼體網狀結構，安裝成型后難以校正，所以對鋼筋尺寸、位置要求準確，否則模板無法就位。2.2 模板及支撐體系復雜 消化池池壁呈三維曲面體，其截面尺-寸隨標高變化而變化，模板及支撐體系加工、安裝、校正難度大。2.3 混凝土質量要求高 混凝土工程質量要經受滿水閉氣試驗的考驗，混凝土的密實度及施工縫處理要求很高；池壁為曲面，預應力張拉孔加固筋多，混凝土振搗困難；混凝土養(yǎng)護難度大。2.4 無粘結預應力施工難度大 預應力張拉孔的尺寸受結構限制，預應力筋張拉只能采用變角張拉。預應力筋分布廣，張拉過程中千斤頂就位和移位都十分困難。3、非預應力鋼筋安裝 3.1 鋼筋支架鋼筋支架安裝前，先 計算 出支架尺寸（包括半徑等）與標高的關系，在安裝過程中，通過池體中心線量出相應標高的支架半徑以確定支架位置。本工程結合現(xiàn)場的實際情況，在施工過程中基礎底板部分鋼筋采用L50mm×5mm支架；承臺部分利用本身的結構鋼筋作為支架，即將豎向筋、環(huán)向筋和徑向筋點焊成整體，形成立體骨架體系；地上殼體部分采用φ25鋼筋制成的平面衍架。3.2 鋼筋的制作與安裝鋼筋是在現(xiàn)場大樣的基礎上進行下料和彎曲制作，其誤差控制在5mm范圍內。鋼筋安裝的順序是先安裝結構鋼筋網片，然后為開洞及安裝洞口加固筋。安裝前計算出豎向筋每隔500mm高度或徑向筋不同半徑（間隔500mm）的間距，并標注在鋼筋支架上。安裝時，先每隔500mm固定豎向筋或徑向筋位置，然后再安裝水平筋或環(huán)向筋。為增強結構鋼筋的整體性，可適當將結構筋與支架點焊連接。鋼筋安裝比模板工程要提前一個施工段。鋼筋接頭采用搭接和綁條焊（d≥22mm）。4、模板及支撐體系設計與施工 4.1 模板體系設計制作經有關各方多次討論研究，模板體系采用組合鋼模長900、1200、1500mm三種規(guī)格和特制的異形鋼模拼裝而成。異形模板和組合模板之間通過U形卡連接成整體。模板拼裝規(guī)則為在同一標高內，異形模板的塊數由模板上、下端聽處位置的圓周長差值及異形模板尺寸決定。由于每一道模板上下端圓周長差值一定，故異形模板上、下端寬度差值越小，則異形模板的數量就越多，從而每組定型模板的寬度B就小，每組組合鋼模兩端所形成軌跡與設計圓環(huán)軌跡之間高差就越小，模板拼裝后上下兩端就越平整，拼縫就越小，拼裝效果更好。根據以上拼裝規(guī)則，結合現(xiàn)場大樣，展開圖中宜取Δh≤10mm.異形模板需有8種不同規(guī)格。組合鋼模和異形鋼模均在工廠加工制作成型后運至工地；對拉螺栓在現(xiàn)場加工制作。4.2 支撐體系池體內的滿堂腳手架既是模板施工的支撐體系，也是測量定位放線的支架，采用？48mm×3.5mm腳手鋼管搭設。由于受到池體形狀限制，內腳手架搭設圍繞消化池中軸線徑向展開，其外形呈卵形，步距為1.8m，立桿間距不大于1.5m。內腳手架搭設的關鍵在于穩(wěn)定性，為此立桿要垂直、間距一致、形狀規(guī)整、立桿底要有可靠的支點。因立桿底部是支承在呈曲面的池壁表面上，可利用對拉桿和預埋件，以保證立桿不滑移。內腳手架搭設要比結構施工段高出10m左右，以便于鋼筋工程施工及臨時支承鋼筋。池體外的腳手架主要是作為操作架，沿池壁外側搭設成圓環(huán)狀，步距為1.8m，立桿間距為1.5m. 4.3 模板安裝加固及校正模板安裝在鋼筋（包括預應力筋）綁扎及錨墊板安裝驗收合格后進行。在模板加固成型前，模板位置控制非常困難，為加快安裝速度，在與模板上端相對應的成型鋼筋骨架上用φ14鋼筋沿環(huán)向焊成模板臨時限位，即鋼筋外側面恰好為模板面位置，焊限位時通過池體中心線用鋼尺量出限位筋標高位置的半徑。限位筋焊好后要經復核驗收合格后才可支模。模板安裝時要根據模板翻樣確定的相應標高段所應采用的異形模板和組合鋼模規(guī)格、數量來確定異形鋼模的間距，然后按照此間距對稱地進行模板拼裝。否則要進行校正。校正結束后，使用鋼管將內模板外楞與滿堂腳手架連成整體，并將模板臨時限位拆除。4.4 細部處理模板拼裝時，接縫要嚴密，模板間縫隙大于2mm時，應采用海綿條嵌填。隨池體結構不斷上升，因池壁內外模上升速率不同，導致內外模上口不平，不但 影響 施工縫的處理，還影響對拉螺桿孔的對應。為此特定制一批100mm×300mm的組合鋼模，在內外模高差大于80mm時用其進行調整。5、混凝土施工 5.1 混凝土澆筑及養(yǎng)護本工程所有混凝土均采用商品混凝土，并用混凝土輸送泵進行澆筑。根據池壁為平面圓形的特點，混凝土澆筑時要避免模板朝一個方向傾斜的現(xiàn)象，采取分層、對稱澆筑，即標高9.2m以下各段混凝土分層澆筑，標高9.2m以上各段混凝土對稱一次性澆筑到頂。澆筑混凝土時為避免產生冷縫，在先澆筑混凝土還未初凝時后續(xù)混凝土必須立即跟上。在池壁模板拆除后及時用UEF混凝土養(yǎng)護劑涂刷混凝土表面，使混凝土內水分不蒸發(fā)散失，以達到混凝土自養(yǎng)護的目的。UEF混凝土養(yǎng)護劑屬水溶性材料，涂刷后有效期為15d，并隨下雨溶解面消失，對混凝土表面粉刷無影響。5.2施工縫處理消化池池體結構施工共劃分為26個施工段，需留設25條施工縫，采用鋼板止水帶進行止水。6、無粘結預應力施工 6.1 預應力筋的制作與安裝無粘結預應力筋進場后，要按規(guī)范規(guī)定進行強度、松弛率、油脂含量等項目的復試。復試合格后，在現(xiàn)場按 計算 的每束筋長度（包括兩端張拉預留長度）進行下料，采用砂輪切割機切斷，并將預應力筋編成束，每隔lm用18號鉛絲綁扎，在端部做好編號。環(huán)向預應力筋最長43.3m，豎向筋最長33.5m.在非預應力結構筋綁扎成型和預應力筋支架焊接固定檢查合格后，預應力筋整束由人工穿入池壁鋼筋骨架內，將其理順，確定位置，隨后用鉛絲固定在支架筋上，避免產生整體扭絞現(xiàn)象。預應力筋就位后，在預應力筋兩端裝錨墊板和張拉盒。錨墊板可以事先與張拉盒焊在一起，安裝就位時，將張拉盒與周圍非預應力筋焊接牢固且位置準確。每束環(huán)向預應力筋均一次性安裝就位，而每束豎向筋則要分成若干次，隨池體結構施工，逐段就位固定。6.2 預應力筋張拉本工程預應力筋除標高33.45m處的豎向筋張拉端外均需采用變角張拉，根據不同部位所采用的變角角度分為25°、30°、33°三種。工作錨采用OVMl5-5、4、3型錨具。正式張拉之前，通過試張拉，了解到變角墊塊摩阻損失較小（變角角度為25.時，摩阻損失僅為2.34％）；孔道摩阻損失比規(guī)范規(guī)定的小1倍左右；實際伸長值均超過 理論 值的110％（為理論值的115％左右）；單根張拉建立的有效預應力可滿足設計要求。張拉順序為：環(huán)向筋從下往上隔圈（即J1、J3、J5、…J121）張拉→豎向筋隔圈（即JV2、JV4、JV6、…JV64）對稱大循環(huán)張拉→環(huán)向筋從上往下隔圈（即J122、J120、…J112）張拉→豎向筋隔圈（即JVl、JV3、…JV63）對稱大循環(huán)張拉→環(huán)向筋從上往下隔圈（即J110、J108、…J2）張拉。每根筋均采用一端先張拉，另一端補足的 方法 進行張拉。具體是在每束筋的兩端均裝上錨具和夾片，然后在一端裝上變角墊塊，用手提式千斤頂（YCN-23型）逐根進行張拉，同時在另一端派專人查看每根筋夾片的跟進順序，并用色筆在池壁上做好記號，最后在另一端裝上變角勢塊，用千斤頂逐根進行補足張拉。張拉加載分級為0.2σcon→0.5σcon→0.7σcon→1.0σcon →1.03σcon.在張拉過程中，測讀0.2σcon一1.0σcon之間的伸長值，并按正比例關系推算出實際伸長值（0一1.0σcon之間的值）。整個工程預應力張拉實際伸長值為理論伸長值的96％一109％，均在允許范圍內，未發(fā)生斷絲等異?，F(xiàn)象。在張拉過程中，浙江大學土木系結構 研究 所進行了張拉力抽樣檢測、有效預應力和預應力損失測定、混凝土應力應變測定等3項測試，測試結果表明，張拉力控制準確，建立的有效預應力乃至建立在消化池池體混凝土上的預壓應力滿足設計要求。預應力筋張拉后，在距錨具300mm處將外露預應力筋切除，清理錨具及外露預應力筋上的油漆和張拉孔雜物，然后在張拉孔口焊2ф12短鋼筋、支模，最后用C45微膨脹混凝土填實。7、結束語 本工程主體結構及其滿水閉氣試驗的順利完成，標志著3座容積均為10926m3的蛋形消化池巴圓滿建成。它的成功建造將為我國今后建造1萬m3以上蛋形消化池積累寶貴的施工經驗。