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天津西站公交車場輕質泡沫混凝土換填工程設計及應用

發布時間:2018-06-29 分類:公司新聞, 欧美一级高清片, 新聞中心, 知識資源 信息來源:w-hill.com

天津西站公交車場輕質泡沫混凝土換填工程設計及應用

趙?軍

欧美一级高清片(天津市地下鐵道集團有限公司,天津300222)

摘 要:輕質泡沫混凝土是一項新技術、新材料、新工藝,目前國內外都非常重視泡沫混凝土的研究與開發,在建筑工程和市政工程領域的應用越來越廣。針對天津西站南廣場公交車場輕質泡沫混凝土換填工程施工特點,在基坑抗隆起檢算的基礎上,對輕質泡沫混凝土換填設計、壓縮力學性能分析、輕質泡沫混凝土換填施工工藝以及換填效果等進行了詳細闡述,可為類似工程施工提供一定的參考價值。

關鍵詞:泡沫混凝土;換填設計;壓縮性能

收稿日期:2015-01-28

作者簡介:趙 軍(1973—),男,高級工程師,主要從事地鐵建設管理工作

DOI:10.13219/j.gjgyat.2015.03.022

中圖分類號:TU528.2

文獻標識碼:B

欧美一级高清片文章編號:1672-3953(2015)03-0074-05

Abstract:?As?a?new?technique,?new?material?and?new?process,the?study?and?development?of?lightweight?foam?concrete?is?paid?great?attention?to?both?at?home?and?abroad?in?recent?years.?It?finds?more?and?more?applications?in?both

輕質泡沫混凝土是采用發泡劑通過機械制出泡沫,再將泡沫加入到膠凝材料、粉煤灰、水及各種化學外加劑組成的料漿中,經攪拌,然后成型或現澆,經自然養護或蒸壓養護所形成的微孔輕質材料。作為一種新型節能材料,我國的一些科研工作者對泡沫混凝土的性能進行了較為深入的研究 [1]。泡沫混凝土在國內多用作輕質隔墻板 [2]、現澆屋面保溫層 [3],王武祥等介紹了泡沫混凝土在山西引黃工程連接段洞穿管回填灌漿中的試驗研究和現場施工情況 [4],在市政公用工程中的應用尚不多見。

天津西站位于天津中心城區西北部(紅橋區),是連接京滬高鐵的重要紐帶,依托天津地鐵一號線換乘樞紐,成為天津西站交通樞紐換乘的必要載體。公交車場占地面積1?2000?m 2,有8?700?m 2公交車場需要占壓天津地鐵1號線西站主體及出入口結構(其中:包含2004年新建箱體結構和20世紀七八十年代建設的老箱體結構)。現狀地面高程為+2.02~+2.63?m,規劃地面高程為+4.5~+4.75?m,西站地鐵結構上方增加覆土2~2.75?m,增加荷載約50?kN/m 2。在新的規劃高程條件下,為滿足天津地鐵1號線箱體結構頂板承載力與使用性能的要求,必須對地基進行輕型材料換填處理。換填方案采用輕質泡沫混凝土等荷載替換法對箱體結構頂板上部填土進行替換,使之既滿足地鐵結構頂板相關要求,亦滿足規劃路面高程對填土高度要求。由于泡沫混凝土中含有大量封閉孔隙,所以有輕質、保溫、隔熱、耐火及隔音的性能。本工程采用的輕質泡沫混凝土換填材料屬新型材料,在天津市市政行業中使用尚屬首次。

1 工程設計

1.1 設計演算

根據區域規劃,既有地鐵1號線西站上方原狀地表需抬升標高2~2.75?m,致使既有結構承載力無法滿足荷載要求,故對其頂板上方土體采用輕質材料泡沫混凝土進行換填處理。換填期間,由于上部土體卸載,根據開挖施工組織的不同將出現不同程度的隆起等負面影響。因此,必須通過施工模擬計算優化上部土體的開挖組織,減小地鐵近接工況下對原結構的影響。為滿足既有車站、既有線路正常、安全使用,隆起或沉降量控制值不大于10?mm。

1.1.1?計算模型

采用MIDAS/GTS大型軟件作為計算平臺,主體結構寬度約32?m,長度約65?m,主體結構覆土厚2.772?m。其中,土體采用彈塑性模型,其力學參數見相關地質報告,采用實體單元模擬;主體結構采用彈性模型,采用平面及桿單元模擬。模型中,除地面為自由面外,其它五個面均施加法向約束。在計算時,根據施工實際,主要模擬了兩種荷載工況:

(1)工況一,主體結構上方覆土沿縱向(x向)隔8?m寬度開挖4?m寬土體。

(2)工況二:主體結構上方覆土沿縱向(x向)隔8?m寬度開挖4?m寬土體,并在8?m寬土體上施加40?kPa的堆載。

1.1.2?計算分析

欧美一级高清片經過施工模擬計算,施工期間,結構覆土開挖后豎向位移云圖見圖1、圖2。

?圖1 工況一下土體豎向位移云圖

圖2?工況二下土體豎向位移云圖

由圖知:工況一土體最大隆起量約25?mm;工況二土體最大隆起量約為8?mm;適當堆載可減小土體隆起,但需控制在主體結構承載力范圍內。從土體結構豎向位移云圖不難看出,土體隆起在主體結構中部最大,向兩邊逐漸減小。經過上述方案的比較,上部土體開挖需抽條實施,每條開挖寬度為4?m,“隔2挖1”,且未開挖的條上堆2?m高沙袋進行加載。同時,施工期間,加強監測,根據監測結果優化抽條寬度和加載大小以及降水深度。

1.2 換填設計

欧美一级高清片換填結構(見圖3)具體為:①上部鋪裝層;②10?cm厚中粗砂墊層(中間夾鋪一層三布二膜不透水土工布,單位面積質量≥1?600?g/m 2);③自粘式高聚物改性瀝青防水卷材(厚4?mm);④20?cm(部分區域采用厚度15?cm)厚C30鋼筋混凝土板;⑤泡沫混凝土層(主要采用D700),內鋪雙層鍍鋅鐵絲網;⑥泡沫混凝土層(主要采用D900,部分區域采用D700);⑦5?cm厚C25細石混凝土層;⑧自粘式高聚物改性瀝青防水卷材(厚4?mm);⑨5?cm厚C25細石混凝土層;⑩10?cm厚中粗砂墊層(中間夾鋪一層三布二膜不透水土工布);○11地鐵箱體原狀覆土層(部分區域為地鐵結構保護層頂部)。


圖3?換填結構剖面示意圖

1.2.1?雙層鍍鋅鐵絲網設置

其中上層泡沫混凝土層(主要為D700)中在距離泡沫混凝土層頂部0.5?m及1?m處分別設置一層鍍鋅鐵絲網(絲徑4?mm,正方形網眼孔口尺寸≤10?cm×10?cm)。

欧美一级高清片1.2.2?防水層設置

沿換填泡沫混凝土層外側,四周設60?cm厚現澆C30鋼筋混凝土墻,然后由內向外逐層鋪設自粘式高聚物改性瀝青防水卷材(厚4?mm)、三布二膜不透水土工布、2?cm厚防水水泥砂漿、4?mm厚牛皮紙,其外砌筑24?cm厚M10水泥砂漿,砌C30混凝土實心磚,砌磚強度達到要求后再外側回填土。其中自粘式高聚物改性瀝青防水卷材與現澆C30鋼筋混凝土板表面形成皮膚式粘結防水,與不透水土工布側不粘結。C30鋼筋混凝土板干燥后方可鋪貼防水卷材,且C30鋼筋混凝土板表面應平整,否則應打磨平整。現澆泡沫混凝土外側四周的C30鋼筋混凝土板與底部的C30細石混凝土無縫相連,并與現澆泡沫混凝土上部的C30鋼筋混凝土板相連接。

當現澆泡沫混凝土外側四周現澆混凝土施工中必須留施工縫時,應在施工縫中部預埋中埋式鋼邊橡膠止水帶,邊部C30鋼筋混凝土板與底部細石混凝土相接處,設柔性防水加強層。

欧美一级高清片1.2.3?上部鋪裝形式確定

欧美一级高清片部分換填區域由于存在兩種上部鋪裝形式,為方便施工,只按一種上部鋪裝形式進行開挖基坑,分層換填設計。在相鄰的另一種上部鋪裝形式區域內,在上部鋪裝層與10?cm厚中粗砂墊層之間加設補充層,補充層材料為一般填土(合格填料),土中嚴禁含礫石、碎石等硬塊或尖銳體。

1.2.4?頂部密封保護層

20?cm(部分區域采用厚度15?cm)厚C30鋼筋混凝土板,鋼筋網鋼筋直徑6?mm,網孔尺寸要求0.15?m×0.15?m,鋼筋網上下各1層,共2層。

2 泡沫混凝土的設計

欧美一级高清片泡沫混凝土配合比設計應滿足抗壓強度、濕密度、流值的要求,必要時還應考慮材料性能的其他特殊要求(如彈性模量、抗凍性等)。

欧美一级高清片試配強度應滿足式(1)要求:

(1)

式中:q u為泡沫混凝土試配抗壓強度(MPa);q c為泡沫混凝土設計抗壓強度(MPa)。

欧美一级高清片泡沫混凝土的設計濕密度和各組分的關系按式(2)確定:

(2)

式中:R c為每立方泡沫混凝土中水泥的質量(kg/m 3);R s為每立方泡沫混凝土中集料的質量(kg/m 3);R w為每立方泡沫混凝土中水的質量(kg/m 3);R f為每立方泡沫混凝土中泡沫的質量(kg/m 3);R x為每立方泡沫混凝土中外加劑質量(kg/m 3)。

其中每立方泡沫混凝土中泡沫的質量R f由式(3)確定:

(3)

欧美一级高清片式中:ρ w為泡沫混凝土設計濕密度(kg/m 3);ρ c為水泥密度(kg/m 3);ρ s為集料密度(kg/m 3);ρ x為外加劑密度(kg/m 3);ρ f為標準泡沫密度(kg/m 3)。

2.1 濕密度測定

欧美一级高清片將容量筒內外壁擦拭干凈,并稱其重量,精確至0.1?g;向容量筒內輕輕倒入事先制備好的泡沫混凝土料漿,至泡沫混凝土料漿略高出筒口;刮平容量筒筒口,使泡沫混凝土料漿與筒口齊平,擦拭干凈筒外壁,稱其重量,精確至0.1?g,按式(4)計算濕密度:

(4)

欧美一级高清片式中:ρ w為濕密度(kg/m 3);m 1為容量筒質量(kg/m 3);m 2為容量筒及試樣質量(kg/m 3);V為容量筒容積(L)。濕密度以3次試驗結果的算術平均值確定,精確至0.1?kg。

2.2 準干密度的測定

準干密度是泡沫混凝土凝結硬化后自然干燥的表觀密度。準干密度每400?m 3檢驗1組,不夠400?m 3按400?m 3考慮;頂面高程沿長軸中線每10?m檢查1處,平面位置沿中軸線每10?m檢查1處;平面尺寸按長、寬方各檢查1次。取試件1組3塊,試塊尺寸為100?mm×100?mm×100?mm的立方體,逐塊量取長、寬、高方向的軸線尺寸,精確到1?mm,計算其體積V(cm 3)。試塊不做吸水或烘干處理,稱取試塊質量M(g),精確至1?g,各試塊按M/V計算準干密度,以3塊試塊準干密度算術平均值作為試驗結果,準干密度的檢驗合格標準應滿足 [5]:ρ u≤ρ w。式中:ρ u為單組試件3個試塊準干密度平均值或代表值(kg/m 3);ρ w為濕密度設計值(kg/m 3)。

3 輕質泡沫混凝土生產工藝

3.1 材料與機具

(1)水泥:各種類的水泥都能用來制備泡沫輕質混凝土,由于泡沫混凝土中摻入了大量的泡沫,延緩了水泥水化過程的進行,因此推薦使用凝結時間較快的硫鋁酸鹽水泥、高鋁水泥、早強型硅酸鹽水泥、菱鎂水泥等,若基于耐久性考慮,建議選擇普通硅酸鹽水泥(P.O?42.5)。

欧美一级高清片(2)泡沫劑:泡沫劑是制備泡沫混凝土最重要的組分,是決定泡沫混凝土性能的關鍵組分,它影響著泡沫混凝土的孔徑大小、均一性、泡孔封閉性等指標,最終影響到泡沫混凝土的力學性能和耐久性。一般分為松香類、蛋白質類以及復合型等種類。本工程發泡劑選用欧美一级高清片W-1型復合發泡劑,該發泡劑環保無毒、泡沫豐富、穩泡能力強。

(3)拌合水:拌合水應符合普通水泥混凝土用水標準,并應符合DBQ29-14-2010的規定。

欧美一级高清片(4)水泥發泡機:泡沫混凝土換填施工采用欧美一级高清片-60C型泡沫混凝土生產設備,該設備具有輸送量大、性能穩定、混泡均勻、控制精確等特點。

(5)散裝水泥罐:為有效提高施工效率,在合理范圍內縮短施工工期,降低水泥使用周期和現場儲存時間,保證水泥質量,同時緩解水泥運輸過程中對城市環境保護帶來的壓力,本工程現澆泡沫混凝土澆筑采用散裝水泥。應用100?t散裝水泥罐,每兩套水泥罐供應一套泡沫混凝土生產設備。

(6)螺旋計量稱:為準確計量現澆泡沫混凝土固化劑、摻和料等組分,使之滿足設計配合比要求,采用螺旋計量稱,保證進料穩定、自動計量,提高泡沫混凝土的制備質量穩定性。

3.2 生產工藝

欧美一级高清片將各種膠凝質材料計量后,由螺旋輸送機送入攪拌機,加水攪拌成糊狀水泥漿液;發泡機加入發泡劑充分攪拌發泡后,將攪拌好的泡沫精確計量直接壓入攪拌機,與水泥漿液攪拌、混合,制成泡沫水泥漿;泡沫水泥漿由攪拌機再次壓入攪拌儲料機,在攪拌狀態下由液壓輸送泵將水泥泡沫漿液泵送至施工現場澆注,經保溫、保濕養護,最終凝固硬化至一定強度時,即為輕質泡沫混凝土,其工藝流程要點如下:

欧美一级高清片(1)計量與上料。宜采用封閉上料,選用螺旋輸送機封閉上料。各種粉體、顆粒體固體物料在計量后混合在一起由螺旋輸送機上料。液體外加劑和水一起混合加入。固體物料最好用電子秤或核子稱自動計量,液體外加劑和水最好用流量計進行計量。

欧美一级高清片(2)攪拌。緩凝較慢的水泥,在水泥漿體攪拌時應適當延長攪拌時間1~2?min。凝結速度較快的水泥可縮短其攪拌時間1?min。為加快凝結速度,可在攪拌時向內加入熱水(50~60?℃),最好能向攪拌機內通入蒸汽。

欧美一级高清片(3)泵送。生產規模不大時,可采用人工送料,若料漿產量較大,可采用泵送。400?kg/m 3以下超低密度泡沫混凝土,不宜遠距離、高度大的泵送。在泵送時,宜加入高效減水劑或泵送劑,并配合5%~10%的粉煤灰潤滑。快硬快凝水泥類泵送周期應盡量縮短。砂石加量較大的泡沫混凝土,應在泵送時加入抗離析的外加劑。

欧美一级高清片(4)澆注與養護。通用硅酸鹽水泥類泡沫混凝土,在澆注后的1~2?h內,應有促凝增稠措施。一般方法有覆蓋塑料布,塑料布上再覆蓋保溫被。

4 結論

欧美一级高清片由于在地鐵箱體上部開挖土體,會破壞已有的土體壓力平衡條件,隨著土體應力的釋放,會對箱體結構產生不利影響。通過對輕質泡沫混凝土換填過程中箱體結構、軌道隆沉、結構位移、裂縫等連續監測,各項指標均滿足規范和設計要求,確保了天津地鐵1號線的運營安全,達到了輕質換填的目的。泡沫混凝土在本工程中的成功應用為解決深填方、土體換填等工程難題提供了成熟的經驗,可供同類工程參考。

參考文獻

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欧美一级高清片[2]唐 虹.泡沫混凝土在現代建筑中的應用[J].貴州工業大學學報,2005,34(3):115-117

[3]舒大平.現澆泡沫混凝土隔熱層屋面滲漏的處理辦法[J].工程科學,28(4):41-44

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欧美一级高清片On?the?Design?of?and?Application?of?Lightweight?Foam?Concrete?to?the

Replacement?Project?of?a?Bus?Field?for?the?Tianjin?West?Railway?Station

ZhaoJun

(The?Tianjin?Metro?Group?Co.?Ltd.,Tianjin300222,China)

Key?words:?foam?concrete;replacing?design;compressibility?performance