转体施工转铰下混凝土填充效果试验研究.pdf

国防交通工程与技术 年 月 卷期收稿日期:第一作者简介:成都(),男,工程师,主要从事土木工程施工技术管理工作.q q c o m转体施工转铰下混凝土填充效果试验研究成都,韩龙宾,张文学,许乐(中建交通建设集团有限公司,北京 ;北京工业大学建筑工程学院,北京 )摘要:随着转体施工技术的不断发展,转体施工的吨位也在不断的提升,对转铰下混凝土的密实度提出了更高的要求.以保定乐凯大街转体桥万t球面平铰项目为依托,对球铰下混凝土施工工艺进行试验研究,从混凝土原材料、外加剂、配合比、浇筑过程控制措施和浇筑完成后的注浆填充效果等角度进行对比分析.结果表明:采用细石混凝土浇筑,并在球面平铰底面埋入mm钢丝绳,辅助振捣引气,初凝后拔出形成注浆孔道,终凝后压注浆填补顶面空隙的施工方案可以有效保障球铰下混凝土的密实度.关键词:转体施工;转铰;混凝土;密实度;缝隙填充;试验研究D O I:/j g j g y a t 中图分类号:U 文献标识码:B文章编号:()我国已基本组成全国交通联络网,在施工过程中经常面临新建工程跨越既有路线问题,转体施工能够合理利用周边环境尽量减少新建施工对既有线路的影响而在跨线工程中多有采用.转体施工工艺主要依托转铰实现桥梁的平转,目前主要有平铰、转体支座、带中轴的平面环道等结构形式,无论采用哪种形式的转铰系统,在转体过程中都需承受上部结构的全部重量.随着转体施工法的不断发展,转体施工的吨位也在不断的提升,对球铰下混凝土的密实程度也有着更高的要求,若球铰下混凝土浇筑不密实,在上部荷载的巨大压力下,可能会引起球铰的不均匀沉降和变形,进而增加转体过程的牵引力,甚至会增大转体失败的风险.本文以保定乐凯大街转体桥万t球面平铰为例,对超大吨位球面平铰下混凝土施工技术的应用和效果进行阐述.工程概况保定市乐凯大街南延工程主桥结构设计为子母塔双塔斜拉桥,采用子母塔双塔同时转体、对接、合拢的施工方法.因主桥跨度大,子母塔转体时所承受的上部结构重量也较大,转体重量的增加直接导致转铰尺寸的增大.保定市乐凯大街南延工程根据已有经验成果设计了一款新型转铰 球面平铰作为转体施工的核心.整个转体结构由混凝土上转盘、球面 平铰、混凝土 下转盘和转 体牵引系统 组成.上转盘设有钢撑脚和牵引钢绞线,下转盘支承转体结构的全部重量.图所示为转体系统结构.?图转体系统结构 转铰下混凝土密实的重要性转铰在转体过程中承受上部结构全部荷载,其结构刚度和稳定性对转体过程具有较大影响,下转盘作为将荷载从平铰传到承台的基础部位,其混凝土浇筑质量是影响转体施工的关键因素.保定市乐凯大街南延工程转体桥主桥母塔转体质量为万t,子塔转体质量为万t,对应的转铰直径分别为 mm和 mm,由计算可知转铰下混凝土平均应力可达 MP a和 MP a.若转铰下混凝土浇筑不密实导致下平铰底面与混凝土面出现空洞,在上部荷载的巨大压力下,可能会出现平铰不均匀沉降而导致下平铰变形问题,影响转体施工安全.球面平铰特性保定市乐凯大街南延工程转体桥主桥平铰采用新型的球面平铰,其优点有:与常用于小吨位转体 成果F r u i t sa n dA p p l i c a t i o n与应用国防交通工程与技术 年 月 卷期桥的平面铰不同,转铰接触面改为球型,转体过程中所受应力更小;相较于传统平面铰,球面平铰更便于进行成桥后称重及姿态调整;上下平铰由厚钢板数控加工而成,高度较低,检测工艺简单,结构轻,造价低;平铰为钢板数控加工而成,上下平铰非接触面均设有加劲肋板,可增加球面平铰的整体刚度,加劲肋板将非接触面分隔成若干个相对独立的隔舱,在下平铰上设置振捣孔和排气孔用来进行下转盘混凝土的浇筑工作;平铰经拼装而成,便于制造、运输及安装;拼装后成为牢固的整体构件,无须另设基座等辅助结构,减少了安装工序.球面平铰的缺点为:采用钢板加工铰面,转铰中一底面必须为平面;受限于板材厚度,其上下铰面刚度远不及传统铸造工艺.球面平铰安装时需先将下平铰整体安装到位,牢固后才可浇筑下转盘混凝土.与混凝土接触的部分经特殊构造,可使下转盘混凝土在浇筑时处于封闭状态.受振捣孔和排气孔数量的限制,平铰底面为平面的结构在进行上升浇筑时不利于混凝土的流动以及底面和混凝土面之间的空气外排,使得在施工过程中,下转盘与混凝土接触面之间形成大面积的夹气及空洞,从而导致转铰局部产生较大变形,进而影响转铰的使用性能,甚至产生重大问题.图所示为球面平铰构造.图球面平铰构造 平铰下混凝土施工工艺试验试验目的为了保证转铰底面混凝土的浇筑密实度,正常发挥转铰的使用性能,在进行正式施工前,应进行模拟试验,确定采用何种施工工艺才能在最大程度上保证转铰下混凝土的浇筑密实度,保证转体施工的安全,从而为球铰下混凝土的施工控制提供理论支撑.试验概况由于采用完整的球铰模型进行混凝土施工工艺试验操作不便,利用对称性对模型进行简化处理,选取与实际使用球面平铰同比例、同材质、同构造的/扇形钢球面平铰作为试验研究对象,针对混凝土原材料、外加剂、配合比、浇筑过程控制措施和浇筑完成后填充等方面进行对比分析试验.试验方案、工艺和结果如表、表所示,试验过程如图所示.表试验方案序号方案描述试验(坍落度 m)浇筑所采用的混凝土为承台混凝土,混凝土标号为C ,混凝土的配合比为水泥粉煤灰高炉矿渣粉水外加剂细沙碎石 ,所用粉煤灰等级为级.试验(坍落度 m)调整浇筑所用混凝土,以C 细石混凝土代替承台混凝土进行浇筑;为提高细石混凝土的抗裂性,在细石混凝土中添加防水抗裂剂.修改后混凝土的配合比为水泥粉煤灰高炉矿渣粉水外加剂细沙碎石防水抗裂剂 .试验(坍落度 m)在试验的基础上,提高粉煤灰的等级为级,其余不做任何改变.试验(坍落度 m)在试验的基础上,调整浇筑混凝土的配合比,调整后混凝土的配合比为水泥粉煤灰高炉矿渣粉水外加剂细沙碎石防水抗裂剂 .试验(坍落度 m)在试验的基础上不进行任何改变,混凝土的配合比与试验相一致.试验(坍落度 m)在试验的基础上,对混凝土的外加剂配比进行优化,使细石混凝土达到自密实状态.试验(坍落度 m)在试验的基础上不进行任何改变,所用混凝土为C 自密实混凝土.确定施工方法()转铰正式施工时,采用C 细石混凝土,经试验最终确定的混凝土配合比为水泥粉煤灰高炉矿渣粉水外加剂细沙碎石防水抗裂剂 .自流平/自密实混凝土在转铰下隔舱中有更好的流动性和扩展性,能更好的保证在远离振捣孔的隔舱边角处的混凝土摊铺效果.()转铰下混凝土正式施工时,利用真空泵人为制造负压环境,浇筑时的真空效应有助于保障混凝 成果与应用转体施工转铰下混凝土填充效果试验研究成都等国防交通工程与技术 年 月 卷期表试验工艺和试验结果序号试验工艺试验结果通过使用漏斗进行混凝土的灌装工作,浇筑过程通过 型以及 型两种规格的振捣棒交替配合使用,直至排气孔有混凝土浆液流出视为振捣结束.无法通过漏斗将混凝土灌注至每个隔舱,拆除模板后,坑槽以及气泡遍布在底板混凝土表面,最大深度mm,气泡面积约.多布置混凝土排气孔,使每个隔舱至少有一个排气孔,浇筑过程中使用 型振捣棒进行振捣.振捣时应严格限制振捣的时间,防止过振,同时在各排气孔处使用钢筋插捣,最大程度上减少排气孔周围的气泡.大面积坑槽数量减少,但是出现较多均匀分布小型气泡孔.选取其中两个隔舱,利用相隔较远的两个对角排气孔分别进行注浆及压浆,压浆材料使用预应力管道压浆料.维持前一次试验设置的排气孔不变,使用钢筋对各个排气孔进行导气,同时待混凝土浇筑完成后使用 型振捣棒配合振捣,尽可能减少振捣时所用的时间.在浇筑过程中混凝土的状态不稳定;使用预应力管道压浆料进行压浆的两个隔舱大范围的坑槽虽未出现,但是存在少许较大气泡形成的孔洞.为便于观察混凝土的内部情况,用透明的钢化玻璃代替试验用的钢板模板.当混凝土即将浇筑到面板底面时,采用真空泵从预先设置的两个抽气孔中清除混凝土表层气泡.浇筑完成后,混凝土与面板底层基本密实,但是一段时间后还是会形成比较大的气泡坑,从整体上看,混凝土表面的坑槽并未得到明显改善,即较大范围坑槽产生的主要原因并不是浇筑挤压气泡导致.不同的隔舱采取不同的施工方式:号隔舱采用真空泵抽气外加浇筑后压浆的施工方式,号隔舱在排气孔预埋钢丝绳以便在浇筑完成后进行排气,号隔舱在浇筑过程中预留 c m的空隙,并用支座灌浆料填充,、号隔舱采取常规方式进行浇筑,但是号隔舱不进行振捣.混凝土的气泡孔虽有改善,但是都没有达到理想的状态,其中号隔舱和号隔舱与其他隔舱相比较,虽效果较好,但也出现较大气泡坑.进行下料筒及排气孔的安装,调整混凝土的浇筑高度,使混凝土的浇筑高度在面板之上,同时保证是在稳压的条件下进行混凝土的浇筑.在浇筑完成后对混凝土进行压浆处理.采取如上措施,混凝土表面的坑槽现象有了明显改善,但是仍然会有较大气泡坑.预先在钢板底面埋入mm钢丝绳,辅助振捣引气,初凝后拔出形成注浆孔道,终凝后压注环氧树脂填补顶面空隙.基本无较大气泡坑出现,环氧树脂填充效果较好,方案可行.(a)?(b)?(c)?(d)?(e)?(f)?图超大吨位球面平铰下混凝土密实度试验流程土的浇筑速度和摊铺程度,避免隔舱边角出现空洞.()混凝土浇筑时应分区域分层浇筑,且分层的厚度不得大于 c m;在进行混凝土的浇筑过程中,应选择天中温度在 的环境下进行浇筑,避免因环境温度过高过低影响自密实混凝土的流动性,降低施工质量.()浇筑完成后立即带压注浆,有助于排除混凝土顶层浮浆和接触面挤压受困的较大气泡.()在下球铰底面预埋根mm钢丝绳,预留压注环氧树脂管路通道.转铰下混凝土填充通过对混凝土原材料和浇筑过程中的各项步骤进行控制,能够较好解决转铰与下转盘混凝土接触面之间产生较大气泡坑槽的问题,但无法完全避免.考虑到混凝土终凝后会有较小的收缩现象,终凝后利用缝隙修补材料(如环氧树脂)进行缝隙填充.为保证填充效果,设置套注浆方式.方案一:转铰下底面埋设mm的较细钢丝绳预留注浆管道.预埋钢丝绳的主要目的是人为制造环氧树脂注浆管路,埋设的钢丝绳不应太粗,保证在混凝土初凝前抽出,制造注浆管路,但应注意形成一进一出通路,使注浆通路路径覆盖到每个下转铰肋板形成的隔舱.方案二:利用手工电钻将排气孔钻孔至转铰与混凝土接触面.排气孔钻孔的主要目的是利用均匀设置的排气孔位置,使填充物到达与预留管道连通的空隙部位.成果与应用转体施工转铰下混凝土填充效果试验研究成都等国防交通工程与技术 年 月 卷期以保定市乐凯大街南延工程转体桥主桥子塔为例,根据试验数据,考虑少量较大气泡坑槽所需填充环氧树脂约需 L,考虑混凝土收缩可能产生mm间隙需填充环氧树脂约 L,转铰下空隙体积为 m.现场在MP a的压力下,总共使用 L环氧树脂,实际根注浆管路有根出浆口出浆,实际注入约 L环氧树脂,利用 个排气孔注浆量约 L,外流浪费 L,注入量与估算体积基本匹配,可判定填筑措施可行、有效.注浆管路布置如图所示.?(?/?，?，?)?(a)?(b)1/2?(d)?(c)?图注浆管道布置混凝土压浆采用的是环氧树脂,环氧树脂可以通过宽度大于mm的缝隙孔,待混凝土终凝后,对孔道进行压浆处理,压浆由专业团队进行负责.考虑到转铰的直径和底面积较大,确定环氧树脂浆凝结时间为 h,d的强度应不低于 MP a,压浆时压力控制在 MP a.经检测环氧树脂压注浆结束后预留的试块可知,试块d强度可达 MP a,满足设计要求.结束语转铰下混凝土填充的有效措施为:()控制混凝土材料,优选原材、外加剂,选用细石混凝土确保其和易性和扩展度,调整混凝土配合比,使其达到自流平或自密实的效果.()浇筑过程中人为制造真空环境.利用真空泵通过排气管对转铰下隔舱进行抽真空处理,尽量抽除滞留空气,形成负压环境,以便浇筑过程中增加混凝土的流动性与扩展度.()注浆加压,排除挤压气泡.在混凝土浇筑完成时,利用混凝土初凝前的流动性,通过排气管向混凝土与下平铰间带压注浆,利用外部加压的方式,将混凝土顶层浮浆和挤压气泡经出浆口排出.()在混凝土终凝后,利用环氧树脂等微小空间修复材料,对形成的细小缝隙进行填充补实.参考文献 张毅,孔瑞富,李鹏某跨铁路大吨位转体斜拉桥球铰设计研究J公路,():齐永立上跨京山铁路大纵坡万吨级箱梁水平转体施工技术J国防交通工程与技术,(增刊):傅贤超,唐英,曹文桥梁转体施工中平面铰与球铰的对比分析J铁道建筑,():简方梁,徐升桥,高静青,等超大吨位转体桥梁关键技术研究J铁道标准设计,():E x p e r i m e n t a l S t u d yo fC o n c r e t eF i l l i n gE f f e c tU n d e rR o t a t i n gH i n g e i nS w i v e lC o n s t r u c t i o nC H E N G D u,H A N L o n g b i n,Z H A N G W e n x u e,X U L e(C h i n aC o n s t r u c t i o nC o mm u n i c a t i o n sC o n s t r u c t i o nG r o u pC o,L t d,B e i j i n g ,C h i n a;S c h o o l o fA r c h i t e c t u r ea n dE n g i n e e r i n g,B e i j i n gU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y,B e i j i n g ,C h i n a)A b s t r a c t:W i t ht h ec o n t i n u o u sd e v e l o p m e n to fs w i v e lc o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y,t h et o n n a g eo fs w i v e lc o n s t r u c t i o ni sa l s oi n c r e a s i n g,w h i c hp u t s f o r w a r dh i g h e r r e q u i r e m e n t s f o r t h e c o m p a c t n e s so f c o n c r e t eu n d e r r o t a t i n gh i n g e s B a s e do n t h e ts p h e r i c a l f l a t h i n g ep r o j e c t o fL e k a i S t r e e tS w i v e lB r i d g e i nB a o d i n g,t h i sp a p e rm a k e s ae x p e r i m e n t a l s t u d yo n t h e c o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g yo f c o n c r e t eu n d e rs p h e r i c a lh i n g e,c o m p a r e sa n da n a l y z e st h ec o n c r e t er a w m a t e r i a l s,a d m i x t u r e s,m i x i n gr a t i o,c o n t r o lm e a s u r e so fp o u r i n gp r o c e s sa n dg r o u t i n gf i l l i n ge f f e c t a f t e rp o u r i n g T h e r e s u l t ss h o wt h a t t h ec o n s t r u c t i o ns c h e m eo fp o u r i n gf i n e s t o n e c o n c r e t e,e m b e d d i n gmms t e e lw i r e r o p e i n t h eb o t t o ms u r f a c eo f s p h e r i c a l f l a t h i n g e,a s s i s t i n gv i b r a t i n ga n da i r e n t r a i n i n g,p u l l i n go u t a f t e r i n i t i a l s e t t i n g t o f o r mg r o u t i n gc h a n n e l,a n d f i l l i n g t h eg a po n t h e t o ps u r f a c e a f t e r t h e f i n a ls e t t i n gc a ne f f e c t i v e l yg u a r a n t e e t h ec o m p a c t n e s so f c o n c r e t eu n d e r s p h e r i c a lh i n g e K e yw o r d s:s w i v e l c o n s t r u c t i o n;r o t a t i n gh i n g e;c o n c r e t ec o m p a c t n e s s;g a pf i l l i n g;e x p e r i m e n t a l s t u d y 成果与应用转体施工转铰下混凝土填充效果试验研究成都等