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大口径顶管的制造工艺及质量控制措施

时间:2014-12-16 08:03 来源:qzhaiyu.com 作者:海煜重工 点击:
顶管施工是一种非开挖铺设地下管道的施工方法,借助于主顶油缸及管道中缝间的推力,把钢筋混凝土排水管(简称顶管)一节一节地顶入需要的地方。特别是在不能开槽施工的环境下,地管线须穿越运行的铁路、公路、城市主干道等,顶管施工成为一种重要的施工手段。顶管作为一种比较特殊的管材,必须能承受几千KN至上万KN预定的纵向推力,混凝土的抗压强度也必须达到C50以上,才能满足顶管施工的需要。因此混凝土顶管质量的优劣,直接关系顶管的施工质量。

大口径顶管


国家重点工程西气东输气源地克拉2气田至轮南首站输气管道工程,沿线穿越沙漠公路、314国道、218省道、南疆铁路等20多处交通干道,设计采用顶管施工,铺设直径1080mm的输气钢管。设计要求顶管为内径1800mm、壁厚180mm、每段长度1500mm的钢筋混凝土管,总长454.5m。其产品质量必须达到《混凝土和钢筋混凝土排水管》(GB/T 11836-2009中)Ⅱ级的力学性能,外观质量达到优等品的要求。新疆水利水电建设工程局接受此项任务后,根据以前生产内径为1500mm钢筋混凝土管的经验,对一些关键工序的工艺做了一定的调整,成功地生产出了内径为1800mm的大口径顶管,并且质量达到技术要求。

1 顶管制造工艺及质量控制措施

大口径顶管制造工艺关键工序控制点为:强制式搅拌、钢筋强度处理、焊接骨架成型、悬辊成型、蒸气养护。

1.1 钢筋加工制作工艺的改进

由于悬辊机成型工艺的特殊性,干硬混凝土靠外力作用辊压成型。在悬辊成型过程中,钢筋骨架由于受到来自辊轴方向混凝土径向和切向辊压力的作用,受损隐患大,钢筋在成型时易松动和位移变形,保护层的厚度不易控制。根据以上容易出现的问题,采取了如下措施:

(1)对钢筋进行强化处理,提高钢筋的屈服强度。对φ12的Ⅰ级环向钢筋,冷拉总延伸率控制在8%~10%之间,屈服强度可从原来250MPa提高到420MPa;对纵向φ12的Ⅱ级螺纹钢,冷拉总延伸率控制在4%~6%之间,屈服强度从原来的415MPa提高到470MPa。这样保证了在成型时,骨架变形小。顶管成品力学性能试验表明裂缝荷载和破坏荷载得到了提高。

(2)在改变原来钢筋骨架成型时普通绑扎法,采取在纵向钢筋与环筋相交点进行点焊成型。要保证钢筋骨架的整体性,焊点的抗拉和抗剪能力必须大于成型过程中受到的作用力。在钢筋骨架两端密绕两圈环向筋,以增加两端的强度,然后将内、外层钢筋骨架用120根短筋焊接成整体,不但保证了内外双层钢筋骨架的间距,又防止了钢筋在悬辊成型时产生位移,提高了骨架整体刚度。再在外层纵向钢筋上套16个混凝土保护层控制圈,以确保钢筋骨架不偏移,使保护层的厚度始终控制在误差范围内。钢筋骨架成型的质量控制参数详见表1。

表1 钢筋骨架成型允许误差表
 

项目 允许误差
纵向筋间距 ≤±10mm
横向筋间距 ≤±10mm
骨架直径 ≤±10mm
保护层 ≤±4mm

1.2 混凝土的配制

水泥使用阿克苏青松建化水泥有限责任公司生产的42.5R普通硅酸盐水泥。为了改善混凝土内部结构,提高混凝土抗腐能力和耐久性,增加混凝土后期强度,掺入了30%由新疆八钢联强公司微粉矿渣厂生产的粒化高炉矿渣微粉。砂子的细度模数控制在2.5~3.0之间,含泥量小于1%,石子粒径为5~20mm、20~40mm的两种骨料各一半。混凝土为干硬性混凝土,工作稠度(维勃稠度)为5~10之间。C50混凝土配合比见表2,其配制强度为58.6MPa。

表2 C50混凝土配合比
 

材料名称 水泥42.5R 微粉矿渣 小石5~20mm 中石20~40mm 中砂
用量(kg/m3 350 105 633 633 574 168
配合比 1 0.30 1.8 1.8 1.64 0.37

1.3 悬辊成型

采用GP150型腾博会官网手机版下载 ,顶管喂料量每次控制在1.7m3,使其压实后混凝土比挡圈超厚3~4mm。避免了因喂料不足,管身混凝土欠密实,产生蜂窝和麻面;喂料过多,影响管壁厚度的现象。悬辊成型加料先从挡圈开始,然后从挡圈一端向另一端加料,悬辊机喂料转速控制在500~700r/min,时间为5~10min。喂料完毕后,净辊时间为4~8min,悬辊机速度控制在1000~1100r/min,成型后用抹子在内壁进行抹面,以保证顶管内壁的光洁程度。

1.4 蒸养和自然养护措施

(1)顶管在成型后,蒸汽养护前应有一个静停的过程,静停时间取决于水泥类型、升温速度和最高温度等,一般为1~5h。早强水泥由于初凝时间短,静停时间可以短一些,一般为1~2h;温度上升的速度与静停时间相互关联,如果静停时间长,则可用较高的升温速度,一般为20℃/h,最高可达33℃/ h,若静停过程只有1h,升温速度不应超过11℃/h。混凝土静停时间短,若温度骤变,混凝土内外产生较大的温差,引起较大的温度应力,使混凝土产生开裂;混凝土静停时间长,若升温速度过慢,混凝土表面水分蒸发过快以及混凝土水化热高等因素,会引起混凝土产生塑性收缩龟裂的现象。蒸气养护的恒温温度主要取决于水泥种类,硅酸盐水泥及普通硅酸盐水泥不高于80℃,矿渣硅酸盐水泥不高于95℃。如果高于以上温度,虽然混凝土在很短的时间就可以达到脱模强度,但后期强度损失过大,甚至可能影响混凝土的耐久性。恒温温度过低,为了达到混凝土脱模强度,就必须延长恒温时间,水泥制管模具周转次数相应减少。因此根据多年经验和所使用的普通硅酸盐水泥,最终确定蒸气养护温度和时间见表3。

表3 蒸汽养护温度控制表
 

静停 升温温度(℃) 恒温温度(℃) 降温(h) 合计用时(h)
时间
(h) 第1h 第2h 第3h 3h
2 20~40 40~60 60~75 75±5 2 10

(2)顶管脱模后,达到自然温度再进行自然养护。在顶管上盖上草帘,以保证顶管的湿度,每天养护不得少于16h,自然养护不少于15d方可出厂。

2 检验验证

该产品出厂前经过新疆阿克苏地区质量与计量检测所的检验,完全达到GB/T11836-2009标准优等品的要求,外压荷载、裂缝荷载国标要求为≥120kN/m,检验结果为168kN/m,破坏荷载国标要求为≥180kN/m,检验结果为288kN/m,设计要求达到Ⅱ级管力学性能,实际达到了国标Ⅲ级管的力学性能。混凝土28d平均强度为55.6MPa,高于设计要求的11%。

中石油管道总公司一分公司、二分公司、大庆油田建设公司、新疆石油建设公司在顶管施工中,未发现质量缺陷。此产品生产获得成功,填补了南疆生产大口径顶管的空缺。
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