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常州地铁2号线高架区间清水混凝土墩柱施工技术探究

20世纪90年代后期以来,清水混凝土研究及工程应用得到了长足发展,许多城市建成了清水混凝土标志性工程[1,2,3]。常州市地铁2号线一期工程TJ09标潞城站~五一路站及站后折返段区间(桥梁)位于2号线一期工程末端,主要为高架工程,线路沿东方大道路中敷设,途中上跨革新路、革新河、五一路等主要节点。SK18+571.480-SK19+013.480(长442.0m)为潞城站~五一路站高架桥梁,其下部基础为一字桥台1个,墩柱13个;SK19+133.880-SK19+490.880(长357m)为五一路站后段高架桥梁,其下部为墩柱10个,均为花瓣式桥墩。

为实现常州市百年地铁,百姓地铁的建设目标,确保混凝土外观质量真正能够达到清水混凝土效果,提高参建人员对清水混凝土施工质量水平。中铁六局项目经理部与监理单位从前期施工策划、模板选型、混凝土原材料的考察、配合比的选定等各个工序严格卡控,一步一个脚印,确保清水混凝土施工质量。本文针对高架段清水混凝土的性能、生产技术、施工技术等方面进行了研究总结,为常州地铁清水混凝土的发展起到了积极作用。

1 原材料及混凝土配合比试验1.1 原材料

按照清水混凝土施工要求,各项原材料必须保证稳定,避免因材质波动造成混凝土外观色差[4]。原材料具体选择要求如下:选用强度等级 P·O42.5硅酸盐水泥以上。水泥宜为同一厂家、同一品种、同一批次、同一强度等级:骨料选用非碱活性骨料。粗骨料连续级配良好,颜色均匀、洁净,含泥量<0.7%,泥块含量<0.3%,针片状颗粒≤10%。细骨料选择连续级配良好的河砂,细度模数2.3 ~2.9,含泥量≤1.0%,泥块含量≤0.5%。粗、细骨料要求单独设仓储存,对每批次骨料进行检测,满足要求后进仓,做到专仓供应,保证骨料满足要求,色泽一致;掺和料应对混凝土及钢筋无害,拌合物的和易性好,同一工程所用的掺和料应来自同一厂家、同一品种。掺和料选用I级粉煤灰,掺量通过试验确定,质量及应用技术符合现行国家标准和有关环境保护的规定商品混凝土站需设单独水泥罐进行储存,且只能使用在清水混凝土结构部位,每批次进罐水泥在进罐前进行各项指标检测,满足要求后进罐储存,直至此批次水泥使用完后再进水泥,并对水泥再次检测,确保施工过程中水泥质量稳定[5]

1.2 清水混凝土配合比参数确定

墩柱设计强度C40,按照清水混凝土施工要求,从2家混凝土供应商的6组混凝土配合比中选择了2个,再经过多次试验优化,最终确定了1个配合比参数:胶凝材料400kg/m3,水胶比0. 41,单掺粉煤灰16%,含砂率42%,碎石选用5-20mm连续级配,大石(10-20mm):小石(5-10mm=31,外加剂采用苏博特聚羧酸高性能减水剂,设计坍落度160 ± 20mm,可根据施工情况进行调整,采用泵送施工。基准配比及物理力学性能如表1、表2所示:


2 模板选型

清水混凝土的模板制作、拼装、固定等工序验收是墩柱、箱梁施工的重、难点。项目经理部对多家模板厂考察后,模板厂家拟定常州欣伟电机有限公司。选用了6mm的酸洗钢板,拼装接缝不平处用汽车腻子处理,硬化后手砂轮细部打磨,并对模板结构选型、加工安装、固定、验收标准等提出了相关技术要求




3脱模剂涂刷工艺

为了更好的满足清水混凝土外观质量要求,项目部分别选用了液压油、地板蜡+消泡剂和脱模漆3种脱模剂对清水混凝土墩柱外观进行反复验证,外观效果展示如图3、图4、图5所示。


如图3-5所示,采用液压油脱模剂的混凝土表面气泡较多,且混凝土表面色泽不均匀,密布黑斑点;采用地板蜡+消泡剂的混凝土表面色泽不均匀,气泡仍然较多,无明显改善;而采用脱模漆的混凝土表面色泽一致,几乎见不到气泡,有镜面效果。因此,最终选用了ZM90建筑长效脱模剂(模板漆)作为现场施工用脱模剂。

经现场试验,该模板漆涂布量为8-10m³/Kg,一般使用2次,可在钢模板上形成一层致密薄膜,使用3次后致密膜破损,影响墩身外观效果。此外,因脱模剂为反应性涂料,故涂料的质量与施工工艺有着密切的关系,模板漆施工工艺参数见表3所示。


如图3-5所示,采用液压油脱模剂的混凝土表面气泡较多,且混凝土表面色泽不均匀,密布黑斑点;采用地板蜡+消泡剂的混凝土表面色泽不均匀,气泡仍然较多,无明显改善;而采用脱模漆的混凝土表面色泽一致,几乎见不到气泡,有镜面效果。因此,最终选用了ZM90建筑长效脱模剂(模板漆)作为现场施工用脱模剂。

经现场试验,该模板漆涂布量为8-10m³/Kg,一般使用2次,可在钢模板上形成一层致密薄膜,使用3次后致密膜破损,影响墩身外观效果。此外,因脱模剂为反应性涂料,故涂料的质量与施工工艺有着密切的关系,模板漆施工工艺参数见表3所示。


4.2模板及支架安装

钢模板使用前需进行打磨,使用脱模剂涂刷,试拼装,检查拼装完成后的模板内尺寸、平整度及拼缝情况,钢模板经打磨后,必须露出金属光泽。接缝不平处用汽车腻子处理,合格后报监理工程师检查验收。待钢筋制作完成之后,进行立柱钢模板拼装。每块钢模与钢模的拼缝之间垫上2mm厚的海绵条,以防漏浆。钢模在地面经打磨、除锈、拼装完毕后,涂好脱模剂且脱模剂不得在模板内积聚或凝结成团等不均匀现象。在承台面上,根据立柱位置弹出的墨线,在轴线与立柱边线交点位置处采用电钻打眼锚入4φ25钢筋,露出承台面10cm,以固定墩柱钢模底部位置;模板顺直度确保一致,拼装严密,尤其模板底部,采用砂浆在模板外侧封堵密实,以防漏浆,造成墩柱底部出现蜂窝及烂根现象。模板加固方式优选斜拉工艺,无内侧拉杆,靠四周型钢、销钉、螺栓固定。


5清水混凝土试验墩施工工艺研究

在前期准备工作完善后,由各作业班组于2017811日线外浇筑了2个试验墩,经参建各方现场管理人员进行讨论,与一线操作工人逐步摸索熟悉了模板安装、混凝土浇捣、拆模、养护等施工工艺,得出了一套相对成熟的管理办法和操作程序,在首个墩柱BY-3达到了预期的效果

5.1前期准备工作

本工程每套钢模板进入施工现场使用前必须进行预拼装检查验收,检查拼缝、平整度、错台、定位销、锚固等。对照2验收要求,验收不合格的进行退场重新加工。模板水平拼缝不平处用汽车腻子嵌缝+模板漆进行处理,垂直拼缝采用双面胶+硬拼的方法。脱模剂的涂刷、钢筋制安、模板及支架安装分别按照表3、表4、表5中要求进行施工,必须由监理单位及施工管理人员验收合格后再合模。

清水混凝土原材料和生产配比按照1.1节和表1执行,保证混凝土各项参数满足要求并对每混凝土进行坍落度检测。混凝土过程控制采用“混凝土质量全过程监管系统”信息化技术手段,可实现对混凝土自动采集数据实时监管,动态跟踪原材料仓库、生产线及混凝土生产过程的事前、事中监控和相关责任主体的差异化管理,解剖、跟踪、检验每盘商品混凝土,基本实现了商品混凝土质量全过程可追溯,取得良好效果。现场检测混凝土物理力学性能如表6所示。


5.2清水混凝土浇捣施工工艺

混凝土采用分层浇捣,采用8Φ50高频振动棒预先下沉到底,可以事先在振捣棒相应位置用双面胶等显著物标识,控制每次振动时间,由外侧朝中间布点为了方便墩身混凝土振捣,可在墩身混凝土浇筑至墩顶附近时,再安放该墩顶钢筋网片要求混凝土振捣均匀,不准漏振过振,做到深插轻提,快插慢拔,振捣时间适当掌握,各层之间需插入10cm以上进行衔接。本工程清水混凝土浇筑振捣工艺参数如表7所示:


5.3混凝土养护工艺及成品保护

墩身混凝土浇筑完成后,应在收浆后尽快裹覆塑料薄膜和洒水养护,并在柱顶设置容量合适的养护水箱,进行滴水养生,并保证薄膜接缝的密封性和薄膜厚度。墩身在养护期内应测量墩身内外温差,控制在25℃,并指派专人定期管理。混凝土的洒水养护时间不得少于7天,可根据空气的湿度及周围环境情况适当增加。每次浇筑混凝土之前,应用塑料薄膜对已浇筑的下部混凝土进行包裹封闭,达到保湿养生和防污染的目的。


5.4清水混凝土墩柱温度监测

采用智能多点数据采集仪、铜-康铜热电隅、铜线和康铜线若干对混凝土水化热温度进行测试,墩柱共布置有上中下3个测温点。混凝土浇筑为夏季,初始浇筑温度36℃浇筑37h后,混凝土芯部温度最高,中心与上、下监测点温度差均小于25℃,混凝土上部与表面(环境)温差小于20℃,满足GB 50496-2009《大体积混凝土施工规范》中规定要求。


5.5清水混凝土墩柱成品验收

经验收,本工程施工清水混凝土墩柱轴线通直,尺寸准确,棱角分明,线条顺直;混凝土表面平整、洁净、颜色均匀一致;每10cm2面积内气泡数小于5个,最大气泡直径小于2mm。其平整度≤1mm,错台≤2mm,有明显的镜面效果、瓷釉效应。在20171105日江苏省住建厅质量安全监督检查中受到了表扬,认定该工程施工墩柱达到了清水混凝土效果,效果图如下图9所示。


6结论

清水混凝土原材料、混凝土配合比及模板体系、脱模剂的选型是清水混凝土效果能否实现的重点,也关系到本工程施工进度和质量目标的实现。通过对常州地铁2号线土建TJ09高架段墩柱清水混凝土施工配合比、模板选择与安装、脱模剂比选及混凝土施工工艺的研究与验证,总结出精细化质量控制措施和质量验收标准,在实际施工中取得了一定的成功,使大多数墩柱清水混凝土达到了较为理想的预期效果


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