1、48航道整治工程半圆体预制气囊成孔工艺研究航道整治工程半圆体预制气囊成孔工艺研究（山东水利建设集团有限公司，山东 济宁 272021）李龙彬 摘 要 航道整治工程半圆体孔径大、孔数多，优选采用气囊成孔工艺。对半圆体预制预留孔质量缺陷成因进行深入分析并制定可实施对策，通过改进气囊材质、尺寸和测压方式，成孔质量更能得到保证，半圆体观感质量和耐久性提升，产生一定的经济和社会效益。希望能为今后类似工程多孔混凝土结构施工，提供一定的借鉴。关键词 航道整治工程；半圆体；气囊成孔 中图分类号 TU755.2 文献标识码 A 文章编号 1006-7523（2023）02-0048-05DOI:10.16640
2、/ki.37-1222/t.2023.02.008 收稿日期 2022-08-26 作者简介 李龙彬（1989），男，山东水利建设集团有限公司，工程师。引 言水利、水运工程航道或河道整治建筑物如坝体、护岸结构等使用的消浪透水型混凝土构件，如半圆体等，以及为改善海域和河流生态环境使用的人工鱼礁、人工鱼巢砖等，为便于结构透水、泄压、提供鱼类出入仿生孔道，均设计为多孔型混凝土结构，孔洞形状为圆形，如图 1。图 1 多孔混凝土结构-人工鱼礁一、半圆体介绍半圆体是由半圆形拱圈和底板组成的大型钢筋混凝土构件，拱圈迎浪面和底板设计有消浪孔和透气孔，为壳体拱形带孔结构。半圆体堤混合堤因其具有受波浪力小、稳定性
3、能好，成堤速度快等特点，被广泛应用于航道整治工程中，如图2。图 2 半圆体及半圆体混合堤结构模型半圆体预留孔孔径大，孔数多，为半圆体预制关键技术和质量控制重点。半圆体安装位置位于水下区和水位变动区，消浪孔和透气孔长期不断承受波浪力、水流力作用，有质量缺陷的预留孔洞更易受海水侵蚀破坏，保护层厚度降低，引发钢筋锈蚀，影响结构使用寿命1，因此对诸如半圆体类的多孔混凝土构件预留孔洞的成孔49山东工业技术 2023 年 第 2 期(总第 310 期）技术研究尤为重要。以长江口南槽航道治理一期工程整治建筑物工程护滩堤工程（顺坝）半圆体为例2，半圆体分为型（5108 m）和型（6106.5 m）两种结构，总
4、数722件。预留孔孔径500 mm,拱圈厚度500 mm,底板厚度 800 mm,每件半圆体设 4450 个孔（不含吊孔）。二、气囊成孔工艺1.工艺比选结合孔洞混凝土模板安装、拆除和周转施工操作要求，半圆体预留孔模具施工常采用三种工艺：抽拔钢管、预埋 PVC 管、气囊成孔3。（1）采用抽拔钢管工艺，如图 3，需严格根据混凝土凝结时间要求，控制钢管抽拔时间。且钢管较重，安拆均需吊机配合，工效低，安全隐患高。图 3 抽拔钢管工艺（2）采用预埋 PVC 管工艺，如图 4，由于混凝土浇筑后，PVC 管不能取出，为一次性消耗品，半圆体预留孔数量多，使用量较大，不经济。图 4 预埋 PVC 管工艺（3）采
5、用气囊成孔工艺，如图5，气囊拆除简单，泄压后很容易脱离混凝土面。气囊重量轻，单人工即可完成安装及拆除，无需借助起重设备。气囊不易损毁并可循环使用，周转率较高，成本可控。图 5 气囊成孔工艺综上所述，半圆体预制选择气囊成孔工艺优于另外两种工艺。2.气囊成孔质量缺陷半圆体预制模板采用定型钢模板，预留孔在模板上开孔，气囊充气达到 0.05 MP 时气囊与模板孔口贴合紧密，能够达到很好的止浆效果的同时也能保证气囊囊身不发生“鼓肚”现象，确保孔内壁顺直光滑。但是定制的第一批气囊到场后，进行半圆体预制典型施工，出现孔口飞边烂边、孔壁褶皱变形的质量缺陷46，如图 6，气囊成孔工艺亟待改进。图 6 成孔质量缺
6、陷三、原因分析和要因确认采用关联图的方式对两种质量缺陷影响原因进行全面分析，如图 7，并对末端原因进行要因确认7。飞边烂边褶皱变形模板制作缺陷模板开口变形气囊制作缺陷气囊磨损混凝土侧压力作用模板刚度不足模板开孔尺寸偏差模板保养不足气囊尺寸问题压力表读数不准或损坏气囊充盈刚度差气囊保压性差气囊维护保养不足混凝土浇筑布灰不均匀混凝土自由倾落高度大混凝土振捣混凝土浇筑分层厚度大气囊有效长度不足、直径负偏差振捣棒触碰气囊图 7 原因分析关联图50航道整治工程半圆体预制气囊成孔工艺研究1.要因确认一“气囊自带压力表读数不准或压力表损坏”随机抽取 20 个气囊自动压力表进行测试，对气囊进行打压至气囊充盈，
7、读取并记录气囊自带压力表读数，然后接入电子压力表进行校核比对，计算自带压力表与电子压力表读数差。经测试分析，14 个气囊自带压力表读数偏差超过 0.005 MPa，最大偏差达到 0.022 MPa，3 个压力表损坏，抽检压力表精度不合格率高达 85%。2.要因确认二“气囊保压性差”对半圆体预制气囊保压性能进行现场测试，随机抽取 20 个气囊，一次性按照气囊标准压力0.05 MPa 打压,使用同一电子压力表测定气囊气压，气囊均自然平放。24 h 后使用同一电子压力表按照打压顺序逐一测定气囊气压并记录压力表读数，计算气囊 24 h 气压变化率。经测试分析，19 个气囊 24h 气压变化率均超过 5
8、%，18 个气囊 24h 气压变化率均超过 10%，抽检气囊 24h 气压变化率不合格率高达 95%。3.要因确认三“气囊有效长度不足、外径负偏差”对半圆体预制气囊有效长度和外径进行现场检查，气囊制作示意如图 8，随机抽取 20 个气囊（消浪孔和透气孔气囊各 10 个），气囊打压至 0.05 MPa 后，使用卷尺分别测量气囊有效长度和圆周长，如图9，利用圆周长推算气囊外径。图 8 气囊制作示意图经量测分析，20 个气囊的有效长度超出孔道长度均小于 100 mm，气囊有效长度不合格率100%。17 个气囊的外径出现负偏差，气囊外径不合格率 85%。因此，“气囊自带压力表读数不准或压力表图 9 气
9、囊尺寸量测损坏”“气囊保压性差”“气囊有效长度不足、外径负偏差”为影响半圆体预留孔飞边烂边、褶皱变形缺陷的 3 条主要原因。四、对策制定针对 3 条要因，逐条提出多种对策，并对对策进行客观评价，选取最优对策。要因一“气囊自带压力表读数不准或压力表损坏”制定对策：（1）维修压力表；（2）压力表换新；（3）使用电子压力表。要因二“气囊保压性差”制定对策：（1）根据气压变化情况，专人定时补压；（2）查找气囊漏点并修补；（3）加厚气囊，更换气囊材质。要因三“气囊有效长度不足、外径负偏差”制定对策：（1）发泡剂堵缝；（2）止浆条堵缝；（3）加长气囊有效长度，根据模板开孔孔径正偏差情况，微调气囊外径。通过
10、实施性、有效性、经济性、可靠性的客观评价分析，择优选择“使用电子压力表”“加厚气囊，更换气囊材质”“加长气囊有效长度，根据模板开孔孔径正偏差情况，微调气囊外径”的 3 条对策。五、对策实施1.对策一“使用电子压力表”实施采购电子压力表，经由第三方检测单位进行校表，测量精度为 0.4%FS，量程为 0-0.1 MPa，最 大 测 量 误 差 为 0.4%0.1 MPa=0.0004 MPa51山东工业技术 2023 年 第 2 期(总第 310 期）0.005 MPa，能够准确检测气囊气压。指定专人使用和保管电子压力表，如图 10，并对其进行专项培训，要求施工过程中认真填写记录每个气囊的气压变化
11、，留好原始记录，对气囊气压降低较大的及时补压，保证气囊从浇筑到放气全过程气压稳定8。图 10 电子压力表检测气囊气压2.对策二“加厚气囊，更换气囊材质”实施改进气囊尺寸和材质，采购制作新气囊。新气囊制作共 4 层，总厚度不小于 4 mm，旧气囊厚度为 2.5 mm，气囊加厚了 1.5 mm。其中内层胶厚度 1.0 mm，中间纵横 2 层帘子布 1.8 mm（0.9 mm+0.9 mm），外层胶厚度 1.2 mm。帘子布可以使气囊增大承压能力，保压性能提升，耐冲击负荷，提高气囊使用寿命。新气囊正常使用压力 0.06 MPa，最大使用压力0.1 MPa，破坏压力 3.0 MPa。3.对策三“加长气
12、囊有效长度，根据模板开孔孔径正偏差情况，微调气囊外径”实施经现场量测，模板开孔孔径均为 10 mm 以内的正偏差，考虑到气囊充盈后与模板开孔封堵严密，不漏浆，加大加长气囊尺寸。将气囊外径加大至510 mm，将消浪孔气囊有效长度加长至 950 mm，透气孔气囊有效长度加长至 1050 mm。新旧气囊参数对比见表 1。表 1 新旧气囊参数对比表种类标压材质壁厚有效长度外径周转次数原气囊0.05橡胶2.5658/95749530 新气囊0.06橡胶+帘子布4950/1050510100 对新气囊保压性进行现场测试，随机抽取 20个气囊测试 24 h 气压变化率，测试结果合格，24 h气压变化率均小于
13、 5%。对新气囊与模板开孔封堵情况进场现场检查，发现气囊与模板封堵严密，没有漏浆情况发生，对策实施有效。通过以上对策实施，半圆体预留孔平均缺陷发生频次由 1.32 次/孔降低至 0.20 次/孔，预留孔缺陷得到有效治理，半圆体预制构件观感质量显著提升，如图 11，结构耐久性得到保证。图 11 半圆体预制外观六、结语半圆体预制气囊成孔工艺优于抽拔钢管和预埋 PVC 管工艺，气囊材质、尺寸和测压方式经过改进后，成孔质量更能得到保证，半圆体观感质量和耐久性提升。安装后更好的发挥固滩、导流、稳槽等作用。同时新气囊可周转次数提高，产生一定的经济效益。希望能为今后类似水利、水运工程多孔混凝土结构施工，提供
14、一定的借鉴。参考文献1 Manrique J D,Al-Hussein M,Telyas A,et al.Case Study-Based Challenges of Quality Concrete Finishing for Architecturally Complex StructuresJ.Journal of Construction Engineering&Management,2007,133(3):208-216.2 Pan,L Z,Ding,P X,Ge,J Z.Impacts of deep waterway project on morphological change
15、s within the north passage of the changjiang estuary,ChinaJ.Journal of Coastal Research:An International Forum for the Littoral Sciences,2012,28(5):1165-1176.3 赵刚.混凝土半圆体预留孔气囊成孔施工工艺研究 J.中国水运,2019,8:89-90.4 唐晒华，熊勇.长江干线航道整治工程质量通病及防治措施研究 J.中国水运,2018,7:65-68.525 交通运输部工程质量监督局.水运工程质量通病防治手册 M.北京:人民交通出版社,201
16、3.6 长江航运发展研究中心.长江干线航道整治工程质量通病防治手册 M.北京:人民交通出版社股份有限公司,2017.7 中国质量协会.质量管理小组基础知识 M.北京:中国计量出版社,2011.8 李龙彬,姜立志.水运工程质量通病防治的分级管理探究 J.工程质量,2020,38(10):57-60.Research on Gas Bag Hole-forming Technology of Precast Semi-circular Structure in Waterway Regulation ProjectLI Long-bin(Shandong Water Conservancy Construction Group Co,Ltd.,Jining 272021,China)Abstract:The semi-circular structure used in waterway regulation project is porous and large aperture,and gas bag hole-forming technology is priority of ado
