第5章--混凝土工程

第五章混凝土工程混凝土建筑物的施工方法有现场浇筑和预制装配两大类。现场分仓浇筑可分为传统的分层分块浇筑和薄层碾压浇筑。混凝土坝的施工工艺流程骨料开采毛料贮存骨料加工净料贮存骨料温控掺和料加工水泥贮存掺和料贮存外加剂外加剂贮存拌和水温控混凝土拌和模板安装模板制作钢筋架立钢筋加工坝体混凝土浇筑图5-2混凝土坝的施工工艺流程图第一节骨料料场规划和生产加工一、骨料料场规划料场规划是骨料生产系统设计的基础。砂石骨料的质量是料场选择的首要前提。骨料的质量要求包括：强度、抗冻、化学成分、颗粒形状、级配和杂质含量等。骨料来源：①天然骨料；②人工骨料；③组合骨料，天然骨料为主，人工骨料为辅。1．骨料料场规划的原则1)满足水工混凝土对骨料的各项质量要求、其储量应满足各设计级配的需要，有必要的富裕量。2)选用的料场，应场地开阔，高程适宜，储量大，质量好，开采季节长，主辅料场应能兼顾洪枯季节互为备用的要求。3)选择可采率高，天然级配与设计级配较为接近，用人工骨料调整级配数量少的料场。4)料场附近有足够的回车和堆料场地，且占用农田少。5)选择开采准备工作量小，施工简便的料场。2．骨料的加工过程天然骨料需要通过筛分分级，人工骨料需要通过破碎、筛分加工，其生产流程:图5-3天然骨料生产流程骨料开采量取决于混凝土中各种粒径料的需要量。若第i组骨料所需的净料量为qi，则要求开采天然骨料的总量Qi可按下式计算:式中k—骨料生产过程的损失系数；Pi—天然骨料中第i种骨料粒径含量的百分数。3．骨料开采量的确定iiipqkQ)1(第i骨料净料需要量qi与第j种标号混凝土的工程量Vj有关，也与该标号混凝土中i种粒径骨料的单位用量eij有关。于是，第i组骨料的净料需要量qi可表达为：jjijciVekq)1(式中kc—混凝土出机后运输、浇筑中的损失系数，约为l%～2%。如需要利用开采石料作为人工骨料料源，则石料开采量Vr可按下式计算：0)1(eVkVr式中k—人工骨料损失系数；e—每方混凝土的骨料用量，t／m3；V0—混凝土的总需用量，m3；β—块石开采成品获得率，取80％～95％；γ—块石容重，t／m3。4．骨料生产能力的确定可根据混凝土浇筑进度对骨料的用料要求，用供需累计过程线确定各阶段要求的骨料生产能力，如图1-需要量累计曲线2-生产量累计曲线图5-4骨料生产能力确定图产量累计过程线的斜率就是加工厂的生产强度，斜率最大的时段就是骨料的高峰生产时段。据此可确定骨料加工的生产能力PmnTKVKP21式中V—骨料生产高峰期的总产量，m3；T—骨料生产高峰时段的月数；K1—高峰时段骨料生产的不均匀系数；K2—时间利用系数，可取0.8～0.9；m—每日有效工作时数，可取20h；n—每月有效工作日数，可取25～28d。5．天然骨料的开采设备索铲(天然骨料开采,在河滩多用索铲)1-工作臂杆；2-牵引索；3-土斗；4-操作索图5-5索铲图5-6ESH20.90型步行式(索铲)采砂船（在一定水深中采掘沙砾石）1-工作大梁提升索2-工作大梁3-砂斗4-从动轮5-主动轮6-接砂斗7-主机房8-绞车9-吊杆10-皮带运输机11-泻水槽12-平衡水箱图5-7采砂船示意图二、骨科加工及加工设备将采集的毛料加工，一般需通过破碎、筛选和冲洗，制成符合级配，除去杂质的碎石和人工砂。根据骨料加工工艺流程，组成骨料加工厂。1．骨料的破碎使用破碎机械碎石，常用的设备有颚板式、反击式和锥式三种碎石机。（1）颚板式碎石机1-破碎槽进口；2-偏心轮；3-固定颚板；4-活动颚板图5-8颚板式碎石机示意图2．骨料的筛分为了分级，需将采集的天然毛料或破碎后的混合料筛分，分级的方法有水力筛分和机械筛分两种。前者利用骨料颗粒大小不同，水力粗度各异的特点进行分级，适用于细骨料。后者利用机械力作用经不同孔眼尺寸的筛网对骨料进行分级，适用于粗骨料。大规模筛分多用机械振动筛，有偏心振动和惯性振动筛两种。3．砂的水力分级无论天然砂还是人工砂通常多用水力分级，这时分级和冲洗同时进行。也有用沉砂箱承纳筛分后流出的污水砂浆，经初洗和排污后再送入洗砂机清洗。4．骨料加工厂大规模的骨料加工，常将加工机械设备按工艺流程布置成骨料加工工厂。其布置原则是，应充分利用地形，减少基建工程量；有利于及时供料，减少弃料；成品获得率高，通常要求达到85%～90%。当成品获得率低时，应考虑利用弃料二次破碎，构成闭路生产循环。在粗碎时多为开路，在中、细碎时采用闭路循环。三、骨料的堆存防止跌碎和分离是骨料堆存质量控制的首要任务。为此应控制卸料的跌落高度，避免转运过多，堆料过高。堆料时应分层堆料，逐层上升，或采用动臂堆料机，使卸料跌差保持在3m以内。跌差过大，应辅以梯式或螺旋式缓降器卸料。堆料场内还应设排污和排水系统，以保持骨料的洁净。砂料堆场的排水尤应良好，应有三天以上的堆存时间，以利脱水。第二节模板和钢筋作业一、模板作业1．模板的作用模板的主要作用是对新浇塑性混凝土起成型和支承作用，同时还具有保护和改善混凝土表面质量的作用。2．模板的基本类型根据制作料材，模板可分为：木模板、钢模板、混凝土和钢筋混凝土预制模板；根据架立和工作特征，模板可分为固定式、拆移式、移动式和滑动式。固定式模板多用于起伏的基础部位或特殊的异形结构。拆移式、移动式和滑动式可重复或连续在形状一致或变化不大的结构上使用，有利于实现标准化和系列化。3．模板的基本要求、选型及设计荷载（1）模板的基本要求①具有足够的强度、刚度和稳定性；②保持结构物的形状尺寸和各部分的相互位置正确；③拼接缝紧密不漏浆、混凝土表面平整光滑；④制作简单、装拆方便、周转次数多；⑤尽可能少用木材，以钢代木原则。（2）模板的选型（3）模板的设计荷载①竖向荷载：模板及支架结构自重；新浇混凝土重量及钢筋重量；浇筑设备、工具及施工人员的荷载；振捣混凝土时产生的荷载；倾倒混凝土的冲击力产生的荷载。②水平荷载：新浇混凝土的侧压力；振捣、卸料及机械平仓产生的水平荷载；风荷载；模板与混凝土的粘结力。4．模板的制作、安装和拆除（1）模板的制作（2）模板的安装（3）模板的拆除非承重模板，应在混凝土强度达2.5MP以上，能保证表面和棱角不因拆模而损坏。钢筋混凝土结构的承重模板，应在混凝土达到下表所列强度（按混凝土设计标号的百分率计）时，才能拆模。悬臂板、梁其他板、梁、拱跨度≤2m跨度2m跨度≤2m跨度2~8m跨度8m70％100％50％70％100％二、钢筋的加工和安装1．钢筋的加工2．钢筋的安装钢筋的安装可采用散装和整装两种方式。散装是将加工成型的单根钢筋运到工作面，按设计图纸绑扎或电焊成型。整装是将加工成型的钢筋,在焊接车间用点焊焊接交叉结点，用对焊接长,形成钢筋网和钢筋骨架。实践证明：整装不仅有利于提高安装质量,而且有利于节约材料，提高工效,加快进度，降低成本。第三节混凝土的制备一、混凝土拌和设备及其生产能力的确定拌和机拌制混凝土有两种方式：一种是利用可旋转的拌和筒上的固定叶片，将混凝土料带至筒顶自由跌落拌制，多用来拌制具有一定塌落度的混凝土；另一种是装料鼓筒不旋转，固定在轴上的叶片旋转带动混凝土料进行强制拌和，多用来拌制干硬性混凝土。自由跌落式拌和机有鼓筒式和双锥式两种。图5-38鼓筒式图5-39双锥式拌和机的小时生产率P可按下式计算：43213600ttttVKNVPt式中N—每台拌和机每小时平均拌和次数；V—拌和机出料容量，m3；t1—进料时间；t2—拌和时间；t3—出料时间；t4—必要的技术间歇时间；Kt—时间利用系数。二、拌和站、拌和楼及其设备容量(一)拌和站、拌和楼的布置中小工程、分散工程或大型工程的零星部位，通常设置拌和站，而对于用料集中的大、中型工程，则多设置拌和楼。混凝土系统内部布置应利用地形高差呈台阶形布置，减少物料提升能量消耗。拌和站的布置，对台阶地形，拌和机数量不多，可一字形排列；对沟槽路堑地形，拌和机数量多，可采用双排相向布置，如图所示：图5-40拌和楼是集中布置的混凝土工厂，常按工艺流程分层布置，分为进料、贮料、配料、拌和及出料共五层，其中配料层是全楼的控制中心，设有主操纵台，如图：图5-42(二)拌和设备容量的确定拌和设备的生产能力应能满足混凝土质量品种和浇筑强度的要求，其小时生产能力可按混凝土月高峰强度计算。混凝土拌和设备需要满足的小时生产能力：nmQKPmax0式中n—高峰月每日平均工作时数，一般取20h；m—高峰月有效工作日数，一般取25d；K—小时生产不均匀系数，可按1.5考虑；Qmax—混凝土月高峰浇筑强度。确定混凝土拌和设备容量和台数，还应满足如下要求：1）能满足同时拌制不同标号的混凝土；2）拌和机的容量与骨料最大粒径相适应；3）考虑拌和、加冰和掺合料以及生产干硬性或低坍落度混凝土对生产能力的影响；4）拌和机的容量与运载重量和装料容器的大小相匹配；5）适应施工进度，有利于分批安装，分批投产分,批拆除转移。第四节混凝土的运输方案运输过程包括水平和垂直运输，其设备应配合协调；在运输过程中要求混凝土不初凝、不分离、不漏浆、无严重泌水、无过大的温度变化，能保证混凝土入仓温度的要求。从混凝土出机到浇筑仓前，主要应完成水平运输，从浇筑仓前至仓里主要完成垂直运输。三、混凝土运输浇筑方案（一）门、塔机运输浇筑方案1.门、塔机栈桥运输浇筑方案设栈桥的目的在于扩大起重机的工作范围，增加浇筑高度，为起重、运输机械提供行驶线路，避免干扰，以利安全高效施工。栈桥和起重机的布置方案，实质上就是如何使起重机在平面和高程上控制整个建筑物的浇筑部位。四、混凝土运输浇筑方案的选择及起重机械数量的确定（一）运输浇筑方案的选择原则1）效率高，成本低，运转次数少，不易分离，质量易保证；2）起重设备控制整个建筑物的浇筑部位；3）主要设备型号单一，性能良好，配备设备能使主要设备的生产能力充分发挥；4）在保证工程质量前提下能满足高峰浇筑强度的要求；5）除满足混凝土浇筑要求外，同时能最大限度地承担模板、钢筋、金属结构及仓面小型机具的吊运工作；6）在工作范围内能连续工作，设备利用率高，不压浇筑块，或不因压块而延误浇筑工期；对于高大建筑物，垂直运输应以门、塔机栈桥方案作为主要的比较方案；而以履带式起重机、汽车、皮带机运输为辅助方案。门、塔机方案适合河谷较宽的坝址；中偏低或低坝可不设栈桥；高坝则设栈桥。狭窄河谷首先考虑缆机方案；当顺流向建筑物尺寸大或有多个建筑物，则多采用以辐射缆机为主的方案；浇筑强度较大时，可采用一固定塔架、多台辐射式缆机方案；对中等高度、结构单薄的坝，如薄拱坝、支撑坝，在缺乏大型起重机械时，可采用固定式缆机（走线）或固定钢塔配合小车转运的方案，起重钢塔可垂直架立，也可沿支墩斜面倾斜布置。对高度较低的建筑物，例如低坝、厂房、水闸、船闸、护坦及各种墩、墙零星分散的小型建筑物，则常以履带式起重机、汽车、皮带机为主要浇筑手段。（二）起重机数量的确定1.月实用生产率式中Pt—起重机的技术生产率，Pt=Noq（No为每小时吊运罐数，q为每罐的有效）；m—每月有效工作天数，可取m＝25d；n—每天有效工作时数，可取n=20h；K1—吊罐有效容积利用系数；K2—时间利用系数；K3—综合利用系数。321KKmnKPPtm2.小时浇筑强度hdmmhKKKnmQQ式中—浇筑高峰年或高峰时段的月平均强度；Km—月不均衡系数；Kd—浇筑的日不均匀系数；Kh—浇筑的小时不均匀系数；m、n—意义同前。mQ3.起重机需用数量0KPQNmm式中Qm——施工进度要求的月浇筑强度；Pm——起重机实际台月生产率，m3／台月；Ko——备用系数。由上式可见：应改善供料条件，加强起重机械的管理和维修，尽量提高时间利用系数；宜搭配必要的辅助机械，用以完成辅助作业，最大限度地提高综合利用系数，让主导起重机械充分用来浇筑混凝土。第五节混凝土的浇筑和养护为了避免由于不均匀沉降引起坝体开裂，常用结构缝将坝体分段，为了控温防裂和施工方便，用纵缝将坝段分成若干柱状块，在浇筑时又用临时的施工缝将柱状块分层，形成若干浇筑仓，又称浇筑块。保证