顶进施工法用钢筋混凝土拱涵的研制.pdf
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1、2 0 1 6年第 3期 3月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C ONCRE T E AND CE MEN T P RODUC T S 2 0 1 6 No 3 Ma r c h 顶进施工法用钢筋混凝土拱涵的研制 朱 丽 , 王庆喜 , 赵 宝阁 , 杨 海荣 , 金作先 , 王先进 ( 1 辽宁衍水集团水工水泥制品有限公 司, 辽阳 1 1 1 0 0 0 ; 2 辽宁衍水集团建筑设计研究所 , 辽阳 1 1 1 0 0 0 ) 摘要 : 探 讨 了城 市综合 管廊用 的几种顶进施工 法钢 筋混凝土拱涵 的断面形 式, 分析 了方形 、 圆形等混凝 土拱 涵 的优势 , 设
2、计 了组合型钢 筋混凝 土圆拱 涵。该 涵体 制作 采用芯模振 动工艺 , 局部采取加 固措施 , 具有耐久性优 良、 劳动 生产率高、 现 场安 装方便、 顶进 力较 小等优 点。 关 键 词 : 组 合 型 圆拱 涵 ; 顶 进 施 工 法 ; 芯 模 振 动 工 艺 ; 加 固措 施 ; 混 凝 土耐 久 性 Ab s t r a c t :S e v e r a l k i n d s o f t h e c r o s s s e c t i o n f o r ms o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e a r c h c u l v e
3、r t f o r u r b a n c o mp r e h e n s i v e u t i l i t v t u n n e l u s i n g j a c k i n g c o n s t r u c t i o n me t h o d a r e d i s c u s s e d B a s e d o n t h e a d v a n t a g e s o f s q u a r e a n d c i r c u l a r c o n c r e t e a r c h c u l v e rt a c o mb i n a t i o n t y p e
4、c o n c r e t e c i r c u l ar arc h c u l v e r t i s d e s i g n e d T h e c o n c r e t e c i r c u l a r a r c h c u l v e rt a r e p r o d u c e d b y u s i n g c o r e mo u l d v i b r a t i o n t e c h n o l o g y a n d l o c al r e i n f o r c e me n t me a s u r e s a n d h a v e t h e a d
5、v a n t a g e s o f e x c e l l e n t d u r a b i l i t y , h i g h p r o d u c t i v i t y , e a s y i n s t a l l a t i o n , a n d t h e s m al l j a c k i n g f o r c e Ke y wo r d s :Co mb i n a t i o n t y p e c o n c r e t e c i r c u l a r a rch c u l v e r t ; J a c k i n g c o n s t r u c
6、t i o n me t h o d ;C o r e mo l 1 l d v i b r a t i o n t e c h n o l o g y ; Re i n f o rce me n t me a s u r e ; D u r abi l i t y o f c o n c r e t e 中图分类号 : T U5 2 8 7 9 文献标 识码 : A 文章编号 : 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 6 ) 0 3 3 1 0 5 O前 言 随着我国城市地下综合管廊建设的全 面启动 , 特别是预制箱涵产 品标准的制定 ,给设计单位 、 施 工单位和生产企业提出了更
7、高的要求 。 是商机也是 挑战。根据 G B 5 0 8 3 8 -2 0 1 5 城市综合管廊工程技 术 规范 规定 , 综合 管廊工程 的结构设计使用年 限 应 为 1 0 0年 。 标准 的提 高 。 相应 的施工 规范和验 收 规范更严 , 对混凝土耐久性问题和涵体接 口提出了 更高的要求。虽然 目前全国在建 的或已建设完毕的 箱涵 , 7 0 以上都是开槽施工 , 但其涉及到地上建筑 拆迁 。 原有地下 管线被 破坏等一系列 问题 , 直接和 间接经济损失较大。为此 , 今后城市地下综合管廊 建设应 以非开挖技术为先 。与开槽施工相 比, 顶进 施工法对地面无破坏 , 施工 占地面积
8、小 , 土方量少 , 作业面积小 , 不破坏原有管线 , 不用拆迁 , 且施工文 明 , 深受用户好评。 1 顶进施工法用钢筋混凝土拱涵的设计 沈 阳浑南新区综合管廊二期工程使用 的 3 h n x 2 9 mx 1 5 m预制钢筋混凝土箱涵生产和施工时遇到 以下问题 : 原设计 箱涵顶板未设抗裂筋 造成顶板 开裂 ; 安 装过程 中 , 地基垫 层误差 大 , 对接 费工 费 时 , 张拉预应力钢筋时 , 若地 面不平 , 造成箱涵底板 悬空 ; 回填土时 , 不规范作业 , 挖沟机和铲车碾压箱 涵等 。为此 , 吸取经验教训 , 为重新设计顶进施工法 用钢筋混凝土拱涵提供了借鉴和改进措施。
9、考虑因 素如下 : 断面设计必须考虑小摩擦力 , 减小设备 顶进力, 采用小型顶进设备较经济; 钢筋骨架用 滚焊机焊接 , 提高企业劳动生产率; 拱涵受拉区 应设置抗裂筋 ; 采用 C 5 0混凝土 , 提高强度等级 , 增加密实度; 混凝土中加入碳纤维和低碱型膨胀 剂; 必须考虑混凝土耐久性问题, 其中包括冻融、 碳化、 干缩、 碱骨料反应、 电通量、 徐变等; 拱涵的 二次防水问题; 接口形式; 接口的二次防水; 拱涵的连接形式。 1 1 混凝土拱涵的断面设计 1 1 1 四种断面形式优缺点 比较 图 1 为钢筋混凝土拱涵 的四种断面形式。 ( 1 ) 方案一: 空间合理 , 断面利用率高
10、; 钢 筋骨架采用机械点焊 , 生产效率高 承 口方形钢圈 制作时易超差; 矩形结构受力不合理, 钢筋用量 大; 顶进时, 阻力大, 摩擦力大; 掘进速度慢, 死 角多需多刀切土; 注浆量大 , 膨润土和速凝剂用 量大 , 成本高。 ( 2 ) 方 案二 : 方案二与方案 四优缺点基本相 同; 与方案四相比, 增加一块底板, 增加成本; 圆形钢筋骨架用滚焊机焊接 , 生产率高; 垫板下 一 3】一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 6年第 3期 混凝土与水泥制 品 总第 2 3 9期 丑 L L ( a ) 方 案一 ( b ) 方案二 ( c ) 方
11、案 三 图 1 钢筋混凝 土拱 涵断面形式 ( 单位 : m i l 1 ) 可铺设管线 , 合理利用空间; 阻力小 , 摩擦力最 小, 所以顶进力小; 上顶部受力合理, 不易开裂。 ( 3 ) 方案三 : 方案三与方案四优缺点基本相 同; 几何图形为椭圆, 空间大, 可分为两个仓; 受力合理 , 节约钢筋 , 上顶部不开裂 ; 中间有一道 防火墙 , 存放易燃易爆天然气管线 ; 防火墙每隔 一 段距离设置防火门, 便于检修 ; 钢筋骨架和磨 具制作难度大 生产率低 。 ( 4 ) 方案四 : 空间合理 , 断面利用率适 中; 钢筋骨架 采用滚焊机 焊接 , 生产率 高 , 承 口钢板为 半圆
12、形加工精度高; 上半部圆形, 受力合理, 顶部 不易开裂 ; 顶进时, 摩擦力小, 阻力小; 圆拱断 面掘进速度快 , 盾 构机所用刀片种类少 ; 注浆量 少 , 工程总成本低 。 1 1 2 不 同方案的净面积和混凝土对 比分析 经 比较 , 综合方案一 和方案 四的优点 , 设 计 出 方案五断面形式 , 见图 2 。结合 图 2 、 图 3 , 按照每 i n 计算 , 得 出:方案一 的断面净 面积为 6 2 m 2 混凝土 用量为 2 8 3 m ; 方案五 的断面净面积为 6 2 m 、 混凝 土 用量 为 2 7 9 m 。 一 3 2一 , , 口 q 口 通风报警诮铆 积明
13、照明 , a盈 莹 力 管 阿 , 置 口 a Z ccc z-x-x 一Jt a c c = 钢架 - , , 7 lL 5 Q 2 6 0 0 2 5 图 3 方案 一剖面图 ( 单位 : ml l 1 ) 群 ( d ) 方案 四 对 比计算数据可知 , 方案五的断面面积与方案 一 相同 , 混凝 土用量少于方案一 , 底板长度大 于方 案一 , 便于布置大直径管线。并且受力合理 , 钢筋用 量少 , 制作 、 运输 、 安装、 顶进施工均优于方案一。 1 2结构设计 经过对上述几种断面的计算和 比较 。 最终确定 采用上部拱形 断面 ,下部槽形 的断面形式( 方案 五 ) 。该断面形式
14、具有利用空间大 、 受力合理 、 同等 面积所用材料少 , 顶进力 降到最小 、 钢筋 骨架可采 用 机 械 化 焊 接 、生 产 效 率 高 等 优 点 。参 照 G B 5 0 0 1 0 -2 0 1 0 ( 混凝土结构设计 规范 及 G B 5 0 0 O 9 2 0 1 2 建 筑结构荷载规范 中有关 内容进行荷 载 收 集 和配筋计算 。结构构件正截 面的受力 裂缝为 二 级 , 荷载按标准组合计算 , 构件 受拉边缘混凝土拉 应力不得大于混凝土抗拉强度标准值 设计和使 用 条 件 如下 : ( 1 ) 适用 地质条 件 , 拱 涵需坐 落在 原土 层上 , 1 2 0 k P a
15、 , 地质条件与设计不符时 , 地基作相应处 理 , 防止严重的不均匀沉降发生。 ( 2 ) 拱涵埋置深度 H= 6 m, 雪荷载和堆积荷载取 其一 。 ( 3 ) 地基 由黏性土、 砂土及碎石构成。 ( 4 ) 拱涵混凝土结构耐久性 , 拱涵设计使用 寿 命 1 0 0年 , 埋置在潮湿环境中 , 处 于干湿交替 , 水位 处于频繁变动状态 。混凝 土结 构的环境类别 为二 类。标准规定最大水胶 比不大于 O 5 , 最低强度等级 C 3 0 , 最大 C l 一 含量小于 0 1 5 , 混凝土中最大碱含量 3 k m 3 , 混凝土的抗渗等级不小于 P 6 。经初步设计 考虑到拱涵使用环
16、境成本 、 强度 、 耐久性等因素 , 由 P 6提高到 P 8 , 混凝土强度等级 由 C 3 0提高到 C 5 0 。 混凝土配 比按 C 5 O抗 渗 、 抗裂混 凝土配制 , 弹性模 量 E = 3 4 5 x l 0 4 MP a , 轴心抗压设计值f = 2 3 1 N mm 2 。 ( 5 ) 钢筋可采用冷拔低碳钢丝、 冷轧带肋钢筋 、 热轧盘圆。 1 2 1 拱涵受力及弯矩图 ( 1 ) 拱 涵 受力 分析 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 朱丽 , 王庆喜 , 赵宝阁, 等 顶进施工法用钢筋混凝土拱涵的研制 拱涵 分为上下两部份 , 分别制作后
17、, 运输到施 工现场后拼装成一整体 , 便于顶进施工。拱涵处于 工作状 态受力情况 , 可视为铰联结 , 可近似 的计算 圆拱、 槽形侧板和底板配筋面积。 受力示意图见图 4 。 工卫 图 4 混凝土拱涵 的受力示 意图( 单位 : mm) ( 2 ) 荷载收集 基 于 G B 5 0 o 1 O 一2 0 1 0及 G B 5 0 0 6 9 2 0 0 2 给 排水工程 构筑物结构设 计规范 中有关系数 , 可分 别求得荷载值。 圆拱主要受: 土垂直压力( G 1 ) 、 圆 拱 自重 ( G 2 ) 、拱上腔压力( G 3 ) 、地 面堆积荷载 ( G 4) 、 土的侧压力( G 5 )
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- 施工 钢筋混凝土 研制
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