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图2.1-1管节横断面示意图
沉管预制采用工厂法预制方案:
由岛上自建搅拌站生产混凝土,皮带输送机输送至车间内浇筑,人工完成混凝土浇筑振捣工作。
沉管混凝土56d强度等级为C50。
单个节段混凝土方量为3451m3,除中隔墙连接板为后期二次浇筑(约38m3)外,其它全断面一次浇筑成型,方量约3413m3,总方量约869652m3。
2.2施工特点及难点
2.2.1施工特点
(1)混凝土皮带运输和浇筑
混凝土采用皮带机输送与布料,其输送和浇筑的能力大,操作方便;
并且可降低混凝土的胶凝材料用量,减小水化热,有利于管节的控裂。
(2)全断面浇筑工艺
节段采用全断面一次浇筑成型工艺,单次浇筑方量大,强度高,对操作人员及设备能力要求要。
但避免多次浇筑产生的施工缝和内应力,有利于节段控裂和耐久性。
2.2.2施工难点
(1)生产资源组织难度大
沉管预制厂位于珠海市桂山岛的牛头岛上,距离珠海的项目总营地码头约24km,距离深圳蛇口港约35km,施工材料需由海上运输至工厂,受气候环境因素影响大,各种资源组织保障难度大。
沉管预制厂所在位置见图2.2.2-1。
图2.2.2-1沉管预制厂位置示意图
(2)混凝土供应保障难度大
为保证沉管耐久性要求,管节预制采用全断面浇筑工艺,一次浇注混凝土3413m³
,必须在30h内浇筑完毕,平均浇筑强度约114³
/h,且平均每周浇筑2次,单位时间内浇筑如此大方量混凝土在国内外工程界罕见,对混凝土供应设备的效率及可靠性要求极高。
(3)管节混凝土控裂
管节设计使用寿命120年,抗渗要求高,管节截面尺度大,且无外包防水,不允许出现危害性裂缝,工程区域常年气温高,湿度变化大,混凝土入模温度控制、控裂及养护措施等面临前所未有的挑战。
3总体部署
3.1施工管理模式
沉管预制由第
工区实施,设
工区一二分区各负责一条生产线的施工任务。
根据项目总体安排,对于沉管预制共用的资源和设施管理等,两个分区进行了分工。
其中,二分区负责码头的日常管理维护及原材料的保障运输等工作;
一分区负责混凝土搅拌站运行和日常管理工作;
沉管预制工地试验室隶属于第
工区,由二分区负责日常管理。
3.1.1组织构成
项目组织机构见图3.1.1-1。
图3.1-1组织机构图(责任到人)
3.1.2主要职责
各主要人员及部门职责见表3.1.2-1。
表3.1.2-1机构人员主要职责
序号
类别
主要职责
1
项目总经理部
负责项目总体筹划及协调工作
2
工区经理
负责项目内部管理工作
3
常务副经理
负责项目总体施工安排工作
4
项目副经理
协助常务副经理负责项目管理工作
5
项目总工程师
对项目的技术质量管理
6
HSE总监
负责健康、安全和环保等工作
7
总工办
负责施工技术方案的编制
8
工程部
负责施工现场的技术、质量管理等工作
9
质检部
负责施工质量过程控制和文档管理等工作
10
试验室
负责沉管预制试验相关工作
11
计划合同部
负责合同管理、成本管理、商务谈判等工作
12
物资设备部
负责物资的购买和管理和机械设备的管理与日常维修
13
调度室
负责计划编制和前场调度作业
14
HSE管理部
负责现场安全管理工作
15
测量队
负责现场施工测量
16
财务部
负责项目运作的资金管理
17
综合事务部
负责行政事务、文件办理和后勤等工作等
3.2总平面布置
混凝土施工主要包括:
原材料输送区、砂石料堆场、混凝土搅拌站及混凝土浇筑区几部分。
施工平面见图3.2-1。
图3.2-1施工平面布置图
3.3总体计划和安排
3.3.1总体计划
(1)根据计划安排,沉管足尺模型试验2011年12月开始,混凝土生产设备(包括搅拌机、制冰机和冷水机等)及输送和布料系统计划在2011年12月31日前安装和调试完成。
(2)根据“管节预制及安装施工进度计划”要求,第一批管节(E1、E2)预制时间为:
2012年3月1日至2012年7月31日,共计153d;
其余各管节预制周期为64d左右,即单个节段预制周期为8d(即每条生产线每8天必须浇筑完成一个节段);
管节预制完成时间为2015年4月30日。
(3)单节段混凝土浇筑控制在30h左右。
其中,底板约需13h,隔墙约需9h,顶板约需8h。
3.3.2总体安排
(1)两条生产线现场混凝土布料浇筑分别由一二分区组织相应人员进行施工;
对于原材料运输保障、搅拌站和试验室分别成立独立小组进行管理,责任分工,团结协作。
(2)节段混凝土分两次浇筑完成,除中隔墙连接板采用逐段后浇完成外,其它在浇筑台座一次浇筑完成,后浇段滞后2个预制节段。
(3)对于现场专门成立混凝土布料、振捣、收面及养护班组,施工划分责任区,落实责任制。
(4)原材料质量及供应是确保混凝土正常施工的前提,成立管理小组加强原材料源头质量控制和供应。
(5)加强操作人员岗前培训和过程技术交底工作,对混凝土振捣工等人员必须具备相应资格及技能才能上岗,确保施工质量。
4主要施工工艺及方法
4.1工艺概述
港珠澳大桥沉管每标准节段长22.5m,宽37.95m,混凝土约3413m3,56d强度等级为C50,采用全断面一次浇筑工艺。
混凝土由搅拌站集中生产,在出料口设缓存仓,经由皮带机输送至浇筑区分料仓,再利用5台皮带布料机(顶板2台TB110皮带机,腔内3台固定皮带)进行分区布料,完成浇筑。
混凝土主要采用冷却水+片冰的综合温控方案,新浇筑节段采用养护棚全覆盖喷水养护。
混凝土浇筑总体施工流程见图4.1-1。
图4.1-1总体施工流程图
4.2配合比设计
4.2.1设计要求
针对招标文件,沉管混凝土结构耐久性控制目标见表4.2.1-1。
表4.2.1-1预制沉管混凝土结构耐久性控制目标
序号
项目描述
控制目标
Ⅲ-D、Ⅲ-F环境作用等级,120年设计使用寿命
低渗透高耐久混凝土
大断面、大体积结构,自防水设计
管节大体积混凝土不允许出现早期裂缝,容许的最大裂缝宽度≤0.2mm
全断面浇筑,细部结构需采取防腐处理
混凝土质量实现标准化控制,细部结构防腐满足设计寿命要求
沉管混凝土设计技术指标见表4.2.1-2。
表4.2.1-2沉管混凝土设计技术指标
强度等级
氯离子扩散系数设计值(×
10-12m2/s)
抗压渗透等级
绝热温升
干缩
容重(kg/m3)
3d
56d
28d
>
P12
7d
90d
2430±
1.5%
C25
C50
≤7
≤4.5
<
45℃
300με(微应变)
4.2.2混凝土性能要求
水胶比:
0.32~0.36;
坍落度140mm±
20mm且45min坍落度损失不超过1cm;
含气量:
2%±
0.5%;
初凝时间:
室外7-9h;
3d力学性能:
抗压强度≥25MPa,劈裂抗拉强度≥1.9MPa,确保正常拆模和顶推作业。
4.2.3混凝土配合比设计
根据以上要求,配合比设计以耐久性为核心,混凝土各项性能均衡发展为目标,遵循抗氯离子渗透性与抗裂性并重为原则。
采用适中水胶比、大掺量矿物掺合料(粉煤灰和矿粉混掺)、性能优良的聚羧酸外加剂,尽量降低胶凝材料用量,配制低渗透、高抗裂的混凝土。
配合比设计流程见图4.2.3–1。
图4.2.3–1沉管混凝土配合比设计流程
暂定配合比的水胶比为0.35,配合比详细参数如下:
胶凝材料用量kg/m3
水胶比
水
水泥
粉煤灰
矿粉
河砂
大石
小石
减水剂
kg/m3
%
420
0.34
142.8
40
168
25
105
35
147
725
773
331
1.0
4.2
在室内、室外小尺寸模型试验的基础上,根据混凝土工作性、抗裂性能和外观性能选定一个配合比用于沉管足尺模型试验;
并通过最终的足尺模型试验确定用于沉管预制的混凝土配合比。
+
4.3原材料运输与储存
4.3.1粉料输送及储存
4.3.1.1粉料卸船、输送
粉料采用2000t级左右散装海船运输,码头通过气力卸船机卸料后二级气力管道直接输送至储存仓。
粉料运输工艺流程:
散货船运输→卸船机卸料→一级气力输送至中间仓→气泵二级输送→搅拌站储料罐。
粉料输送布置见图4.3.1-1。
图4.3.1-1粉料输送布置示意图
(1)卸船
通过气力卸船机(2台,1用1备)将散装船内粉料吸入发送罐,额定卸船效率为150t/h,包括清仓在内平均效率约105t/h,每船卸船大约19h。
(2)一级气力输送
码头→中间粉料仓:
通过多级涡轮风机提供的中正压连续气力输送方式将粉料输送至中间储存仓,水平距离约250m,垂直高度23m,输送能力约为150t/h,大于卸船能力。
输送压力约为100~200kPa。
输送采用1台发送罐,三套管道,输送不同粉料时发送罐分别与各自管道连接。
(3)二级气力输送
中间粉料仓-搅拌站粉料罐:
通过多级涡轮风机提供的中正压连续气力输送方式将粉料由中间仓输送至搅拌站粉料罐,水平距离约310m,垂直高度21m,输送能力约100t/h。
设3台发送罐,三套管道,每种粉料各自使用一台发送罐及一套输送管道。
(4)工效分析
以每船2000t计算,根据计算每月共需粉料约7船。
卸料效率按100t/h计,每船卸料约需1天,每月只需7天卸料,码头能力及当地水文、气象条件能满足要求。
4.3.1.2粉料储存及分析
粉料采用粉料罐密封储存,设中间储存仓和搅拌站储存罐两个位置。
搅拌站共设8个500t水泥罐,4个500t粉煤灰罐、4个500t矿粉罐。
中间储存仓对三种粉料各设2个800t中转罐。
根据计划,每周混凝土浇注量约7000m3,按配合比计算每周粉料需求量:
水泥:
7000m3×
0.160t/m3=1120t。
粉煤灰:
0.100t/m3=700t。
矿粉:
0.140t/m3=980t。
根据以上分析,粉料的总储存量为:
水泥5600t,粉煤灰3600t,矿粉3600t,能满足三周混凝土生产用量。
4.3.2砂石料输送
4.3.2.1运输工艺
砂石料利用自卸式海船运至预制厂码头,船舶卸料至码头运输皮带机直接输送至砂石料堆场;
利用装载机上料,皮带机输送至搅拌站。
混凝土砂石料输送布置见图4.3.2-1。
4.3.2.2砂石料储存及分析
(1)料仓布置
砂石料堆场分为两个区:
储存料仓和备料区,两个区域均合理设置砂、大碎石和小碎石的堆放场地,以方便装载机上料。
砂石料储存仓及备料区见图4.3.2-2所示。
(2)能力分析
根据分析,每周浇筑7000m3混凝土需砂石料用量为:
砂:
0.732t/m3=5124t
碎石(大):
0.7686t/m3=5380t
碎石(小):
0.3294t/m3=2306t
砂石料堆场按4m的平均堆高计算堆场储料能力。
图4.3.2-1砂石料供应输送图
图4.3.2-2砂石料正常作业区布置图(单位:
m)
储存料仓:
砂堆场:
36m×
40m×
4m×
1.8t/m3=10368t堆积密度按照1.8t/m3计算
大碎石堆场:
2×
18m×
1.5t/m3=8640t堆积密度按照1.5t/m3计算
小碎石堆场:
12m×
1.5t/m3=5760t堆积密度按照1.5t/m3计算
根据分析,该储存仓可满足3个节段的混凝土浇筑需求。
备料区:
2321m2×
1.8t/m3=16711t
2122m2×
1.5t/m3=12732t
1761m2×
1.5t/m3=10566t
该备料区可满足5个节段的混凝土浇筑需求。
根据以上分析,储存料仓和备料区共可储存8个节段混凝土砂石料,可保证1个月的混凝土供应需求。
4.4混凝土生产及运输
4.4.1混凝土生产
4.4.1.1搅拌系统
搅拌系统主要由搅拌机组、制冰机组、冷水机组、砂石料输送和粉料输送等组成,见图4.4.1-1所示。
搅拌站设置4台HZS180主机(3台生产,1台备用),每台搅拌机公称容积为3.0m3(即3m3/次),生产能力为60m3/h,则3台站混凝土生产总能力180m3/h,每台配置4个500t粉料储存罐(另外还预留1个备用罐位置)。
图4.4.1-1搅拌系统布置图
制冰机组的总制冰能力为144t/d,冷水机组的总制冷水能力为10m3/h。
根据预制总体进度要求,每周需进行两次混凝土的生产和浇筑,每次在30h左右连续生产3413m3/h的混凝土。
(1)制冰机系统布置
根据4台HZS180E搅拌站布置,在2台搅拌站之间各布置1套制冰机系统(包括制冰机组、冰库、输送设备等)。
制冰机结构分为上下两部分,上部为钢质集装箱,其内安装制冰机、制冷系统、电气控制系统等,靠钢支撑架支撑;
下部设有冰库(可储存75t左右的冰)和输送的耙冰机构,设有双向输冰水平螺旋输送机,分别向两台搅拌站送冰;
另外,在搅拌机上部设有冰缓冲仓,缓冲仓下部设带有输送机的冰秤。
冰库出来的冰通过螺旋送至冰秤,计量后的冰落入骨料秤下集料皮带机,随骨料一同进入搅拌机。
冰秤的进料、计量及卸料控制由搅拌站控制系统统一控制。
(2)制冷水机系统布置
制冷水机为钢质集装箱(内部安装压缩机、制冷系统、缓冲水箱、电气控制系统等),设在制冰机钢结构框架与保温水池之间,即安装在水池顶部。
制冷水机系统见图4.4.1-2。
图4.4.1-2制冷水机系统示意图
(3)砂石料及粉料上料
砂石料由装载机从砂石料堆场取料,皮带转运至分料仓,由分料仓处计量分料至各搅拌站。
粉料通过安装螺旋管直接从储存罐输送至搅拌站。
4.4.1.2混凝土生产前准备
(1)混凝土生产设备检查
混凝土正式生产前需要对搅拌系统的各种设备进行检查,试运行,确保混凝土的正常生产。
(2)混凝土原材料检查
①核对混凝土浇筑的工程量所需的材料是否备齐,备料量按照单次浇筑设计工程量的120%进行备料。
②检查所备材料是否具有出厂合格证明或材料检测报告,经监理认可符合配合比设计要求后方可使用所备材料。
(3)混凝土施工配合比确定
混凝土生产前,需对混凝土的原材料进行检查,如砂石料的含水量、各种原材料的温度等,并根据测得的数据确定施工配合比。
(4)浇筑现场清理
对模板内杂物和钢筋上的污垢进行清理,确保节段成品质量。
(5)预埋件复测
对管节的预埋件进行复测,确保其精确定位并加固牢固后,方可进行混凝土的生产工作。
4.4.1.3混凝土拌制
各项准备工作到位后,即可进行混凝土的生产。
先进行混凝土试生产,检测混凝土工作性能指标,如混凝土坍落度、容重、出机温度、含气量等,并现场调整施工配合比,保证现场测试指标满足混凝土设计配合比规定要求后,方可进行混凝土的正式生产。
混凝土生产流程见图4.4.1-3所示。
初定搅拌站投料和卸料时间分别为30s,搅拌时间为120s,根据搅拌站。
投料顺序。
控制系统可对骨料、粉料、冰、冷水和外加剂等的上料情况进行监控,通过设置智能重仪表(测得原材料重量)、智能温度仪表(检测原材料和出仓混凝土的温度)、控制计算机、电器控制柜和现场控制信号等方式确保各材料的用量、温度满足要求。
图4.4.1-3混凝土生产工艺流程图
4.4.1.4混凝土生产质量控制
混凝土生产过程中主要是控制混凝土配合比、工作性能和出机温度,主要注意以下几点:
(1)对砂石料含水率,原材料温度检测
施工配合比必须提前检测砂石料含水率和原材料的温度后,根据换算关系计算施工用配合比,并在浇筑中对出现异常情况时,加密检测。
(2)不定时抽检混凝土工作性能和出机温度
混凝土正式生产前进行试搅拌,对工作性能进行检测,满足要求后才能正式生产;
时时监测混凝土出机温度,调整加冰量来满足温控要求。
(3)加强浇筑过程混凝土坍落度等检测
浇筑过程中或混凝土异常时,必须进行坍落度等检测,根据检测情况,适当调整配合比,直到满足要求。
4.4.2混凝土运输
混凝土输送系统主要包括主皮带输送机及缓存仓等。
主皮带机布置2条(1条备用),单条输送能力不小于170m3/h,分为厂房外主送料皮带与厂房内的移动式皮带机。
厂房外的主送料皮带为固定式结构;
厂内皮带机设计为移动式皮带,共分为两段,供应远端和近端浇筑台座。
为了不影响1#线钢筋笼移动至浇筑台座,厂内移动式皮带机设计为自移动式结构,可以移出厂区存放。
搅拌站的缓存仓与横向输送皮带相接,输送混凝土至场外固定送料皮带,再运输至厂内移动式皮带,在可移动皮带末端设置7m3左右的分料仓,将混凝土分料至5个布料皮带。
该分料仓设计为可移动式结构,在混凝土浇筑完成后需移出生产线,确保不影响后续工作。
(a)平面布置图
(b)A-A断面
图4.4.2-1皮带输送混凝土示意图
4.5混凝土布料浇筑
4.5.1布料系统
混凝土布料有5台布料机,其中2台32m伸缩皮带机和3台箱内皮带机。
皮带布料机能力不小于110m3/h,沉管顶板、侧墙、中隔墙和部分底板混凝土采用2台32m长伸缩皮带机布料,其余底板混凝土采用两个行车道和廊道里面的纵向皮带机布料,其中行车道内的输送机末端配置一条4~5m长的旋转皮带,可以沿着皮带出料口四周任意旋转,将混凝土输送到任意位置。
混凝土浇筑皮带机布置见图4.5.1-1和图4.5.1-2所示。
图4.5.1-1布料皮带机示意图
图4.5.1-2布料皮带机布置图
4.5.2分区及布料
4.5.2.1浇筑分区
按照节段截面共分四个区域进行浇筑,总浇筑时间控制在30h左右,分区浇筑时间及强度见图4.5.2-1和表4.5.2-1。
表4.5.2-1混凝土浇筑分区工效表
区号
区域及下料点描述
浇筑总量
所需时间
浇筑工效
Ⅰ
底板中部和底板边部,从DL、DR、NM下料
471.5m³
0–5小时
150m³
/h
Ⅱ
底板剩余部分和中隔板,从DL、DR、NL、NR下料
1054.1m³
5–13小时
底板:
隔墙100m³
Ⅲ
边中隔板中下部,从DL、DR下料
800.4m³
13–22小时
100m³
Ⅳ
顶板,顶板DL、DR直接下料
1087.4m³
22–30小时
注:
1、最多四个点同时下料。
2、其中:
DL表示顶部左侧的32m伸缩皮带机;
DR表示顶部右侧的32m伸缩皮带机;
NL左侧行车道内的输送皮带;
NM表示廊道内的输送皮带;
NR表示右侧行车道内的输送皮带。
图4.5.2-1浇筑分区断面图
4.5.2.2布料点的设置
混凝土浇筑布料点配置见表4.5.2-2。
表4.5.2-2混凝土浇筑布料点配置表
分区
布料点
DL
DR
NL
NR
NM
计划时间(h)
Ⅰ区
471.5m3
方量(m3)
177.4
/
116.7
最大强度(m3/h)
50
67.2
Ⅱ区
1054.1m3
165.5
361.6
75
Ⅲ区
800.4m3
400.2
Ⅳ区
1087.4m3
543.7
单条浇筑皮带机浇筑能力为110m3/h,满足功能要求。
侧墙和中隔墙布料点纵向每2.5m设置一个,采用定点布设长10m的拆卸式串筒,串筒随着混凝土面上升而逐节拆除,确保混凝土的自由下落高度小于2m。
其布料采用顶面的2台TB110布料机布料。
布料点布置见图4.5.2-2。
底板和顶板混凝土浇筑时,腔内皮带及顶面TB110皮带机可全覆盖,将混凝土直接输送至浇筑位置,安排专门的布料工人引导皮带机布料即可。
图4.5.2-2隔墙串筒布置示意图(单位:
cm)
4.5.3浇筑顺序与工艺流程
4.5.3.1浇筑顺序
原则:
遵循模板设计受力要求,即中隔
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