戈壁环境下涵洞施工技术研究与实践

蓝天真

1 概述

新建兰新铁路第二双线甘青段LX-16标三工区DK983+693～DK1015+000管段内,共有84座涵洞,合计1900.24延米。沿线戈壁滩,基本无地下水,无任何建筑物和结构物。戈壁干旱环境,风沙、日夜温差大。因此,在施工中会遇到各种特殊情况。风沙影响结构物外观,对施工完的结构物需要一定的保护措施。地质复杂,基坑开挖中会遇到岩石、石膏土等情况,需要不同的施工方案,以保证地基承载力达到设计要求。戈壁干旱环境中,水资源相当匮乏,到雨季有临时性冲沟水地下水带来的化学腐蚀,还要注意碳化环境的影响,且在高温季节施工,因此耐久性混凝土施工及养护是重点。同时考虑缺水和环境因素,采用现浇法,涵身基础、翼墙基础、涵身采用分节施工;翼墙与涵身分开施工。特别制定混凝土施工及养护方案,确保混凝土强度达到标准。

2 基础工程施工

2.1 基坑开挖

1)在遇到岩层情况下,采用爆破和人工配合,严禁扰动基底。2)土层开挖则采用挖掘机械,人工配合。在基槽底面留一层50cm厚土层,作为地基处理的平台。基坑弃土弃至弃土场,临时设备放置在距坑顶边缘1.0 m～2.0 m外的地方,且不小于基坑深度,以减少压力振动,保证基坑边坡稳定性。

2.2 地基处理

由于地质复杂,基底常出现不良地质(本工区的不良地质主要为风蚀,特殊岩土主要为石膏土、盐渍土、膨胀岩等),需要地基处理。基坑为良好岩质时,地基承载力符合要求不需要地基处理[5]。当基坑开挖至设计高程+0.5 m时,复核地质,进行地基承载力试验。如动力触探试验测得地基承载力符合设计要求,则挖除部分预留土层,同时预留20cm～30cm厚土层,人工挖除。不符合设计要求,进行地基处理。挖除换填,换填深度根据试验结果实际定,挖除不良土质,换填改良土,长度和宽度比框架设计长宽多0.5 m～1 m。换填过程中,夯填密实,密实度达到设计要求[4]。

3 钢筋工程

1)钢筋加工严格按设计图纸进行加工,包括钢筋的型号、规格、数量及布置尺寸等均应满足设计与规范要求。采用闪光对焊焊接钢筋(接头轴线的偏移不大于0.1d,并不得大于2mm,弯折角度不大于4°《铁路混凝土工程施工技术指南》6.3.4规定),在加工棚下料和制作,运至现场绑扎成型。2)测量放线,确定钢筋位置。由于风大,要搭好脚手架和钢筋定位架,以确保成型钢筋到位、预埋件垂直度和位置。在绑扎过程中同一截面不出现两个焊接接头,错开焊接接头(《铁路混凝土工程施工技术指南》6.3.11规定)。3)在钢筋骨架外侧设置混凝土垫块,以保证钢筋的保护层厚度。检查好钢筋间距,短钢筋头端头不得伸入混凝土保护层。

4 模板与支架工程

1)内、外模均采用无拉杆大块钢模板,从框架上倒角往下按模数配制,非整模数模板设在下倒角处。顶板的非整数模设在顶板中间,顶板和墙身在框架两端的非整数模平均设在框架两端。框架内模采用满堂支架支护,框架外采用牢固可靠的斜支撑。2)模板使用前,应打磨光滑,清除上面的杂物,涂好脱模剂。清除基顶上的杂物,放好支模边线,支撑模板处做好砂浆找平层,保持模板垂直度。3)立模过程中,人与机械配合(注意安全,戴好安全帽)。保证模板位置准确,螺口对称到位。两模板连接处用海绵垫垫好,模板加固螺栓要拧紧,防止漏浆,确保结构物外形美观。

5 耐久性混凝土施工

5.1 耐久性混凝土要求

水泥采用强度等级不低于P.O42.5级的低碱硅酸盐水泥或低碱普通硅酸盐水泥(掺合料仅为粉煤灰或矿渣),C3A含量应不大于8%,其余性能应符合《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准(6.2.1)》的规定,禁止使用其他品种水泥。

粗骨料应为坚硬耐久的碎石,压碎指标应不大于8%,母岩抗压强度与混凝土设计强度之比应大于2,粒径宜为5mm～20mm,最大粒径应不超过25mm,且分两级(5mm～10mm和10mm～20(25)mm)储存、运输、计量,使用时的粒径5mm～10mm颗碎石与10mm～20(25)mm质量之比为(40±5)%,(60±5)%;含泥量应不大于0.5%,其余技术要求符合《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准(6.2.4)》的规定。

细骨料应采用硬质洁净的天然中粗砂,细度模数为2.6～3.0,含泥量应不大于 1.5%,其余技术要求应符合《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准(6.2.4)》的规定。

选用的骨料应在试产前进行碱活性试验。不得使用具有碱—碳酸盐反应活性的骨料和膨胀率大于0.20%的碱—硅酸盐反应的活性骨料。当所采用骨料的碱—硅酸盐反应膨胀率在0.10%～0.20%时,混凝土中的总碱含量应不超过3 kg/m3,并符合《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准(6.3.2)》的要求。

混凝土矿物活性掺合料(Ⅰ级粉煤灰、磨细矿渣)应符合《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准(6.2.2)》的规定,Ⅰ级粉煤灰需水量比不应大于100%,超细矿粉比表面积应大于600 m2/kg。掺入的其他改善混凝土性能的外加剂应符合《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准(6.2.5)》的规定,其品种及数量由试验确定。

混凝土外加剂应采用符合GB 8076混凝土外加剂的规定并经铁道部鉴定的产品,经检验合格后方可使用。所掺外加剂性能应与水泥具有良好的适应性,减水率不应低于20%,碱含量不得超过10%。

混凝土胶凝材料总量不小于320 kg/m3,水胶比不应大于0.45。混凝土56 d电通过量小于1500 C,56 d抗冻等级大于F300。

拌制和养护混凝土用水应符合《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准(6.2.6)》的要求。凡符合饮用标准的水,即可使用。

5.2 耐久性混凝土施工

考虑环境因素、施工条件、质量,采用汽车泵作为混凝土浇筑的施工机械。同时处于高温季节,充分利用夜间进行混凝土灌注。施工过程中,时刻注意模板的变化情况,随时准备加固。施工完后,为防止风沙,及时覆盖混凝土表面,注意混凝土的干湿变化,及时养护。

5.3 耐久性混凝土的养护

混凝土养护要注意湿度和温度两个方面。养护不仅是浇水保湿,还要注意控制混凝土的温度变化。在湿养护方面,采用土工布和塑料薄膜三层覆盖,利用双层土工布吸水覆盖混凝土表面进行保湿;由于高温干燥环境,水分易蒸发,为防止蒸发在土工布上面覆盖一层塑料薄膜。同时保证混凝土表面温度与内部温度和所接触的大气温度之间不出现过大的差异。采取保温和散热的综合措施,防止温降和温差过大。因此,综合考虑,能较好地解决以上两个方面的问题。

混凝土养护温度控制的原则是:1)升温不要太早和太高;2)降温不要太快;3)混凝土中心和表面之间、新老混凝土之间以及混凝土表面和大气之间的温差不要太大。温度控制的方法和制度要根据气温(季节)、混凝土内部温度、构件尺寸、约束情况、混凝土配合比等具体条件来确定。

6 结语

1)在缺水情况下,采用涵洞分节施工,既可以缓解水输送困难,又可以控制涵洞沉降缝施工、涵洞流水面标高、结构养护等方面的技术项目。2)基坑开挖过程中,通过地质复核制定不同的开挖方案,既节约时间,又方便基底处理,使地基承载力符合设计要求。3)耐久性混凝土施工,目前来说还是个技术难题。因此,需要从原料选用、配合比选用等整个过程严格控制。实践证明,整个过程中每个环节的严格把关,确保了混凝土的质量。4)施工过程中,严格按照新规范。根据施工经验,灵活制定施工方案,规范指导施工。5)在戈壁环境下施工,物资需求是一相当大的难题。因此,在保障物资方面,需要制定严密计划和措施,以便不影响施工进度。

[1] 铁建设[2005]157号,铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定[S].

[2] TZ 210-2005,铁路混凝土工程施工技术指南[S].

[3] 铁建设[2005]160号,铁路混凝土工程施工质量验收补充标准[S].

[4] 马维祥.浅谈公路涵洞施工技术[J].工程科学,2009(2):104.

[5] 武 斌.公路涵洞设计与施工探讨[J].科技传播,2010,1(合):27-28.

[6] 黄静云.某涵洞加固方案设计[J].能源技术与管理,2009(2):98-99.

[7] 卢龙华.铁路涵洞病害及其治理措施[J].山西建筑,2009,35(19):333-334.