预制分片式管廊外墙板构件生产技术_刘昌.pdf

工程应用Engineering Application50CHINA CONCRETE 2023.01 NO.163引言近年来，随着城市化进程的不断加快以及在倡导建设资源节约型、环境友好型、智慧型城市的背景下，发展建设具有现代化、集约化的现代城市综合管廊对解决城市化进程中的用地紧张、地面反复开挖以及高空架空线路网密集等问题有着极为重要的作用1-3。全国城市市政基础设施规划建设“十三五”规划等政策的相继发布为地下综合管廊的建设、计量计价提供了相应的依据，为十三五期间大力发展城市地下综合管廊项目提供了可能性4。目前国内外在建的综合管廊项目主要是采用钢制管廊、预制混凝土地下管廊以及现场浇筑这3种方式5。其中，预制混凝土管廊技术不同于传统的现浇技术，管廊在工厂制作完成后转运至项目现场进行吊装安放。由于其制造生产过程均在工厂内进行，其能有效的控制扬尘减少对周边环境的污染，同时通过工业化生产的方法能保证产品构件在强度、抗渗等方面的质量具有一致性。分片式预制混凝土管廊构件是预制与现浇相互结合的一种较好的结构形式。预制构件各端面均有糙面，与现场后浇带浇筑结合为一个整体，大大减少了现场木模的使用以及钢筋的浪费6。鉴于以上优点，预制管廊构件技术正逐步广泛应用于各城市地下综合管廊建设中。本文结合四川绵安某综合管廊工程项目，对其原材料选用、配合比设计、钢筋工艺优化、模具结构体系及构件蒸养制度进行了介绍，以期为类似工程提供一定的借鉴。1 工程概况绵安第二快速通道综合管廊长度为14.37km，污水入廊段根据不同需求采用矩形三舱、四舱或五舱断面，长度8.37km，对应断面尺寸为BH=7.8m3.3m、BH=10.6m3.3m、BH=12.8m3.3m。以三舱为例，管舱标准段由2块外墙、2块隔墙以及2块顶板拼接而成。混凝土设计强度等级为C40，抗渗等级为P8。本工程所预制的管廊不同于上下分体装配式预制管收稿日期：2022-10-8第一作者：刘昌，1983年生，高级工程师，主要从事装配式建筑技术创新与管理相关工作，E-mail：通信作者：赖力，1991年生，硕士，工程师，主要从事装配式构件生产技术研究相关工作，E-mail：项目信息：预制装配式综合管廊关键技术研发与应用（CSCEC-2019-Z-16）预制分片式管廊外墙板构件生产技术刘昌赖力杨伟于春梅刘德斌景雪中建科技成都有限公司 四川 成都 610213 摘 要：介绍了分片式管廊外墙板构件原材料选用、配合比设计、钢筋工艺优化、模具结构体系以及构件蒸养制度要点，详细阐述了构件制造工艺流程，实现了对分片式管廊外墙板构件制作、养护全过程的质量控制，为类似工程制作工艺的拟定提供了一定的依据。关键词：分片式管廊；PC构件；工艺流程；蒸养制度Production Technology of Prefabricated Split-type Pipe Gallery Exterior Wallboard ComponentsAbstract:Introduces the shard type pipe gallery cladding component raw materials selection,mix proportion design,the reinforcement technology optimization,the die structure,component and main points of component transportation pipe system,expounds the component manufacturing process flow,implements the subdivision type pipe gallery cladding parts production,maintenance,transportation,the whole process of quality control,process for similar projects to have provided the certain basis.Key words:Comprehensive utility tunnel;PC components;construction flow;steam curing-mechanism工程应用Engineering Application51总163期 2023.01 混凝土世界廊。外墙板结构顶部、底部、侧面均作为现浇连接节点。外墙板底部端面为带有出筋的糙面与现场现浇底板进行连接；板上部为带有出筋的糙面与牛腿面一同组成与顶板连接的节点；外墙板各端面设有出筋作为各舱段连接时的连接节点。三舱标准段横截面图如图1所示。综合管廊舱内架设220kV电力、通信、给水燃气、中水等市政管线，三舱三维图如图2所示。2 外墙的生产制作2.1 预制工艺流程预制外墙板的工艺流程如图3所示。2.2 外墙的结构形式本管廊的外墙构件高4m，宽5.7m，厚350mm，牛腿厚150mm，宽6m，两边各伸出外墙150mm，如图4所示。2.3 外墙板原材料水泥：根据外墙板结构特点，用低碱水泥且强度等级不低于42.5级的硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。经过对比，选择拉法基生产的PO 42.5水泥。骨料：细骨料采用中粗砂，细度模数为2.33.1，含泥量不宜大于1%；针对本工程构件的特点，即大体积、早强要求等，并考虑到构件厂不具备对大批量粗骨料进行冲洗的条件，选择520mm不规则表面的石子作为粗骨料。粉煤灰：粉煤灰作为常见的矿物掺合料，对降低构件蒸养过程中开裂以及减少水泥用量具有一定的作用。王付刚及蔡升宇等7-8研究表明，在低水胶比中使用优质图 1 三舱标准段横截面图（单位：mm）图 2 三舱三维图钢筋下料底模、边模、端模、吊模清洗底模、上下边模、端模、吊模涂刷脱模剂左右模刷脱模剂上下 边 模吊装 定位、安装左 右边模吊装 定位、安装端模吊装定位、安装按图检查尺寸按图检查尺寸钢筋网片绑扎钢筋网片吊装及保护层调整吊模吊装定位、安装工装安装安装预埋件浇筑混凝土隐检不合格重新安装定位合格成品堆放拆除工装混凝土收面、压光混凝土蒸汽养护拆模水平起吊糙面冲洗成品保护无裂纹、气泡露出骨料强度达到起吊强度要求按设计要求时间养护图 3 施工工艺流程图 4 外墙板构件图（b）构件三维视图（a）构件左视图工程应用Engineering Application52CHINA CONCRETE 2023.01 NO.163的粉煤灰能提高混凝土的和易性及强度，为提高构件成型质量，避免出现温度应力裂缝和收缩裂缝，依照构件生产工艺特点，粉煤灰采用宜宾级粉煤灰。混凝土外加剂：适量的外加剂可有效提升混凝土工作性能，外加剂品种和掺量应通过实验室进行适配后确定，选用西部建设聚羧酸系高性能减水剂，其掺量控制在1.8%。2.4 外墙板配合比设计（1）确定配置强度。混凝土配制强度可按照式（1）计算：（1）式中：Fcw0 混凝土配制强度，MPa；fcwk 混凝土设计龄期的强度标准值，MPa；混凝土强度标准差，MPa。根据施工水平，确定标准差为5.0，配制强度计算结果为：Fcw0=40+1.6455.0=48.2MPa（2）初步配合比计算。根据GB 500102010混凝土结构设计规范（2015版）、GB 501082008地下工程防水技术规范的相关规定，初步确定基准配合比胶凝材料总用量为400kg，水泥用量360kg，粉煤灰用量40kg，占胶凝材料总量的10%，外加剂7.2kg，掺量1.8%，水胶比0.40，砂率44.1%。采用体积法计算配合比骨料用量，见式（2）：（2）式中：Va 骨料用量，g；mw 理论用水量，g；水密度，g/cm3；mc 水泥用量，g；水泥密度，g/cm3；粉煤灰用量，g；粉煤灰密度，g/cm3；外加剂用量，g；外加剂密度，g/cm3；混凝土含气量。（3）配合比试拌。根据混凝土实测表观密度对混凝土配合比材料用量进行调整，见表1。配合比拌合物性能测试结果见表2。由表2可知，拌合物性能试验结果符合设计要求。（4）配合比确定。根据管廊构件特性及使用环境对混凝土配合比进行调整，冬季施工的混凝土配合比见表3。夏季施工时为防止混凝土水化热过高产生微膨胀造成构件表面微裂纹，对混凝土配合比进行调整，通过增加粉煤灰含量降低构件水化热，夏季施工混凝土配合比见表4。表 1 配合比调整后材料用量配合比序号材料用量/（kg/m3）水胶比粉煤灰掺量/%砂率/%水泥细集料粗集料水粉煤灰外加剂A3408001050160607.20.4015.041.5B3508001050160507.20.4012.541.5C3608001050160407.20.4010.041.5表 2 拌合物性能试验结果配合比序号坍落度/mm扩展度/mm含气量/%实测容重/（kg/m3）凝结时间初始0.5h1h初始0.5h初凝终凝A2202101956006005755752.92430-B2202152005705705505502.924306h42min13h20minC2002001905505505455452.82420-表 3 管廊外墙板构件冬季施工混凝土配合比 kg/m3水泥粉煤灰石子砂外加剂水3604010508007.2160表 4 管廊外墙板构件夏季施工混凝土配合比 kg/m3水泥粉煤灰石子砂外加剂水3406010508007.2160工程应用Engineering Application53总163期 2023.01 混凝土世界2.5 外墙板钢筋制作外墙钢筋制作前首先应根据图纸钢筋明细表统计钢筋总量及其形状，再结合截面几何特征、斜截面抗剪承载力、钢筋搭接长度等计算出钢筋下料值。按照图纸要求对钢筋进行相应的弯折以及焊接搭接。外墙板原竖向钢筋设计方案由三根钢筋双面焊接构成，竖向钢筋总有四处钢筋焊接接头，大大影响钢筋材质性能。外墙钢筋原设计方案如图5（a）所示。对外墙竖向钢筋进行优化，为减少钢筋焊接搭接接头数量，对钢筋加工提出新的技术要求，优化后的竖向钢筋如图5（b）所示。通过对钢筋弯折加工技术的提升，将原来由3根钢筋焊接搭接而成的外墙钢筋优化为1根9m标准长度钢筋弯折成型，减少了钢筋焊接搭接的接头数量，避免了焊接对钢筋的影响，提高了竖向钢筋的钢筋材质性能。同时，优化后的外墙钢筋总长为8.8m，采购使用9m标准长度钢筋时可最大限度的减少钢筋尾料的剩余，较原设计方案降低了钢筋使用成本。2.6 组合式滑动型外墙模板体系组合式滑动型外墙板体系是根据本工程管廊外墙构件的结构特点，针对外墙板体积大、钢筋出筋较多、带有牛腿等情况，综合考虑其制造效率以及经济效益后自主研发的模板设计制作新技术。本模板体系由固定模台、滑动模具、吊模以及工装这4部分组成完整的建筑模板施工体系。根据外墙施工工艺特点，滑动模具与底模模台在水平方向上使用螺栓进行紧固，拆模时仅需卸掉螺栓将模具向外滑移即可，无需通过龙门吊进行吊装作业，提高了拆模的效率。模板体系设计原理如图6所示。2.7 外墙板养护外墙板构件采用蒸汽养护方式，蒸养阶段需要注意蒸养温升速度、最高蒸养温度以及恒温时间的控制。根据苏扬等9研究成果结合本构件水泥掺量以及所掺加的外加剂类型，外墙板构件采用10h蒸养制度（升温、恒温及降温阶段），温升速度设置为15/h，最高不超过20/h；降温速度与升温相似，混凝土表面温度下降15/h，不得超过20/h；根据彭波等10的研究，混凝土蒸养前其成熟度理论值不宜低于70 h，根据式（3）可计算得到混凝土静养时间。（3）式中：M 混凝土成熟度，h；静养温度，；混凝土静养时间，h。混凝土静养温度为15，可计算得所需静养时间为3h。各阶段时间及蒸养温度见表5，混凝土3h、1d、3d及28d抗压强度如图7所示。图 5 外墙板钢筋优化前后设计方案（a）外墙板钢筋原设计方案（b）外墙板钢筋优化后设计方案图 6 模板体系设计原理（a）外墙板滑动模具结构图（b）外墙板滑动模具工程应用Engineering Application54CHINA CONCRETE 2023.01 NO.163参考文献1 杨海燕,孙广东,陈义华,金秋.城市综合管廊建可行性分析J.建筑技术,2017,48(9):906-910.2 王以贤,陈凯,张洪欣.信息技术在装配式建筑中的应用及展望J.施工技术,2018,47(S1):1624-1627.3 石立国,张耀,李海龙,陈博.上下分体装配式预制管廊施工技术J.施工技术,2017,46(21):18-21+45.4 潘学斌,袁梅,李海清,马力中,袁寒黛.矩形管廊预制顶推施工技术重难点控制J.施工技术,2017,46(1):112-115.5 盛凯,张连开,严作勇.建设预制混凝土综合管廊项目的分析J.建筑技术,2018,49(S1):199-202.6 朱海,廖显东,陈新喜,李浩.大型预制构件无损运输措施J.施工技术,2018,47(10):16-1.7 王付刚.掺合料及浆体对混凝土性能的影响研究J.混凝土世界,2022(5):88-91.8 蔡升宇,沈浩浩,高仑.粉煤灰掺量对自密实混凝土早龄期抗裂性能影响研究J.混凝土世界,2020(4):77-81.9 苏扬,徐志辉,丑纪能,康志坚.蒸养制度对预制构件混凝土早期强度的影响研究J.混凝土与水泥制品,2019(3):48-50.10 彭波.蒸养制度对高性能混凝土性能的影响D.武汉:武汉理工大学,2007.3 工程应用效果本生产技术已成功应用于绵阳PPP综合管廊项目中，实现了分片式管廊生产技术零的突破，在满足构件质量标准要求下，降低了对龙门吊吊装机具使用的依赖，将装、拆模具龙门吊使用频率由8次降低为3次，效率提升60%。图8为外墙板构件安装现场。结论本文探索了四川绵安某综合管廊工程项目分片式管廊外墙板构件的预制工艺，系统化的梳理了预制过程中各阶段的关键工序，得出以下结论：（1）混凝土原材料的选择及其配合比的计算直接影响构件蒸养阶段混凝土工作性及构件成型质量，根据季节的不同配置相应的配合比，能有效改善混凝土工作性能。（2）通过钢筋加工技术的提升，可实现减少钢筋焊接接头数量，提升材质性能，最大限度的减少钢筋尾料的剩余。（3）组合式滑动型外墙板体系可以有效减少对行车的依赖，减少行车使用频次，提升模具装拆效率。（4）合理科学的蒸养制度是保证构件成型质量及脱模起吊强度的关键，静养3h蒸养10h可使构件混凝土抗压强度达到设计强度75%以上，满足拆模、起吊的要求。表 5 外墙板构件蒸养制度蒸养温度/静停时间/h升温时间/h恒温时间/h降温时间/h603343图 7 混凝土3h、1d、3d及28d抗压强度图 8 外墙板构件安装现场