攻克大口径塑料波纹管在悬灌梁中变形的难题课件

攻克大口径塑料波纹管攻克大口径塑料波纹管在在悬灌梁中变形的难题悬灌梁中变形的难题攻克大口径塑料波纹管在悬灌梁中变形的难题攻克大口径塑料波纹管在悬灌梁中变形的难题一、课题概况1、工程概况 钦江三桥地处广西省钦州市境内，为城市桥梁工程。全桥长718m，其中主桥长208m，结构为预应力混凝土T型连续刚构组合箱梁，每幅主梁为单箱单室，采用悬灌法施工，混凝土为C50泵送混凝土；引桥长510m，为先简支后连续预应力箱梁。全桥采用分离式结构，双向四车道，桥面总宽31.5m。主桥预应力为三维预应力体系，纵向预应力吨位大、应力集中，预应力体系孔道压浆采用新工艺真空压浆技术。预应力孔道采用与真空压浆相配套的高密度聚乙烯塑料波纹管成孔，最大管径为：内=120mm，波纹管在混凝土中最大埋深为5m。2、小组介绍；本QC小组成立于2004年6月5日，由钦江三桥经理部成员组成，共计11人，平均年龄28岁，有7人接受过48小时以上TQM教育，有4人接受过24小时以上TQM教育。QC小组名称 钦江三桥经理部第三QC小组课题名称攻克大口径塑料波纹管在悬灌梁中变形的难题 小 组 类 型 攻关型成立日期2004年6月5日活动日期2004年6月5日2004年10月30日注册编号ZTSC-2004-03TQC教育时间48小时以上小组概况及小组成员简介小组概况及小组成员简介QC小组成员简介序号 姓 名性别 学 历组内职务 小 组 分 工1 男大学本科组长QC方案策划2 男大学本科副组长协助策划及方案实施3 男大学专科成员方案实施4 男大学本科成员方案实施5 男中专成员结果检验6 男中专成员测量及结果检验7 男中专成员对外联系8 男大学专科成员方案实施9 男中专成员协助测量10 男大学本科成员方案实施11 男大学本科成员方案实施 3、选题理由：塑料波纹管是真空灌浆工艺中的配套产品，用塑料波纹管在混凝土中成孔是真空灌浆技术的重要组成部分。塑料波纹管是一种新型成孔材料，与传统的金属波纹管相比，具有以下优点：1）、塑料波纹管的材料为高密度聚乙烯，它的耐腐蚀性能远远优于金属，不怕酸、碱腐蚀，不被电化腐蚀和氧化腐蚀，不必担心在施工过程中长久存放引起的生锈等腐蚀破坏。2）、塑料波纹管预留孔道的摩擦系数明显小于金属波纹管预留孔道，减少了张拉过程中的预应力摩擦损失。3）、塑料波纹管密封性好，不漏气，不漏水，对保护钢绞线极为有利。4）、塑料波纹管弯曲韧性好，特别适用于弯曲半径小的预应力布筋。5）、塑料波纹管强度高，在施工现场不怕踩压，混凝土浇注时不易被振捣凿破。但由于真空压浆技术及与之配套的塑料波纹管成孔技术属新工艺，目前发展尚不完善，尚无国家或行业标准。国内采用此技术的已完工程不多，特别是采用大口径（管内径100mm）塑料波纹管，在埋深较深（深度3m）的混凝土中成孔更是少见。我部在施工钦江三桥主桥悬灌梁1号段时出现了塑料波纹管变型现象（塑料波纹管内=120mm，最大埋深5m），造成无法穿索张拉，工程被迫停止。为了尽快攻克塑料波纹管变形的难题，确保正常施工，我部决定成立QC小组进行攻关，选定课题为：“攻克大口径塑料波纹管在悬灌梁中攻克大口径塑料波纹管在悬灌梁中变形的难题变形的难题”。二、现状调查 在业主、设计、监理单位及我们公司的大力支持下，我们召集有经验的专业工程技术人员对目前国内大口径塑料波纹管的使用情况及市场上的产品质量情况进行了调查。对广西境内在建的两座大桥进行了参观学习（南宁邕江大桥，桂林大吁面大桥）；并对1#段出现的塑料波纹管变形进行了认真的观察与分析，总结出如下信息：1、真空压浆技术及与之套配的塑料波纹管成孔技术属新工艺，目前尚无国家及行业标准，各厂家（HVM、OVM、QM、LUM、VLM、桥厦、华昌等）生产的塑料波纹管是按照企业标准来生产的，各厂商的企业标准大同小异，均是按国家塑料制品的标准转变而来。目前市场上的塑料波纹管质量水平也基本相当，内径120mm的塑料波纹管，环向刚度均在6.07.0Kpa之间。2、设计单位首次将埋深5m、内径120mm的塑料波纹管用于悬灌梁中，以前没有工程先例，我们参观的南宁工程所用的塑料管管径比我们的小，桂林的工程管径和我们的相仿，但在混凝土中的埋深要小的多（埋深1.2m），虽经多方努力，但还是难以找到类似的工程。3、观察1#段波纹管的变形情况，埋深2.05.0m的均有不同程度变形，埋深越深，变形越严重，波纹管的变形方向及部位并无一定规律。以下为1号段腹板波纹管变形统计表：管号波纹管埋深（m）变形状态 最大变形量（mm）W14.85连续120W23.55基本连续72W32.48断续42W42.05个别点30W51.80个别点10W61.55个别点8W71.35个别点 6W81.15个别点同上W91.00个别点同上W100.85个别点同上W110.70个别点同上W120.55个别点同上 1号段腹板波纹管变形统计表号段腹板波纹管变形统计表三、设定目标 1、QC小组活动目标：确保塑料波纹管在悬灌梁混凝土中能顺利成孔，确保塑料波纹管在悬灌梁混凝土中能顺利成孔，最大变形量不大于最大变形量不大于6mm（及管径的（及管径的5%）。）。2、目标的可行性分析：小组成员文化素质较高，经验丰富，解决问题能力强。大吨位、大孔径、真空压浆技术是预应力体系的发展方向，另外，根据1号段波纹管变形量统计，控制在6mm以内是可行的。业主、设计、监理及公司领导对塑料波纹管成孔工艺非常重视。能力有保证技术上可行领导支持实现目标是可行的四、原因分析 我们QC小组分析塑料波纹管变形原因如下：五、进行要因验证 为了找出影响塑料波纹管变形的主要原因，我们通过不同的实验手段对因果分析图中确定的各条末端原因进行了验证：1）、验证温度对塑料波纹管环向刚度的影响。取OVM、桥厦、QM三家内=120mm的塑料波纹管若干段，每段长200mm，执于不同温度的热水中，等5分钟，波纹管与水同温，取出马上做环向刚度实验，比较其结果。设定了4种温度，用温度计量测；各厂家的波纹管均取两段，取其平均值作为结果。实验地点：工地实验室。实验人员及职责：人 员职 责崔学民 制订方案，监控试验过程，并检验结果，得出结论。晏华巍 负责全部试验过程的操作、记录文启军 协助试验王生鹏 协助试验 实验结果：温度 环向刚度（Kpa）厂家 25 50 75 100 OVM6.56.05.13.6桥厦6.86.25.13.5QM6.45.94.93.4 塑料波纹管环向刚度随温度的升高而降低。故混凝土在凝固期间产生的水化热会使塑料波纹管环向刚度下降，但这是否为波纹管变形的主要原因，还需进一步实验鉴定。2）、验证在施工过程中塑料波纹管变形的主要原因：波纹管变形原因暂定为以上分析的原因。实验方案：模拟悬灌梁腹板的施工过程，做4.6m（宽）5m（高）0.5m（厚）的现浇混凝土实验段，实验段底部埋设桥厦、OVM、QM三种厂家的塑料波纹管（内=120mm）各两根，每根长5m，波纹管布置按照设计图纸最大平弯，竖弯布置，用钢筋固定，固定方法和间距与实际施工中相同。混凝土采用C50泵送混凝土，配合比按实际施工中的配合比，振捣采用一台50型插入式振捣棒。混凝土浇注速度、入模方法、振捣方法均模拟实际施工进行。检测项目及方法：测定混凝土坍落度；初、终凝时间；水化热温度变化（用温度计量测，1次/1h）；观测波纹管变形情况（用=114mm的探测球检测，波纹管埋深每增加50cm检测一次，振捣棒在附近振捣过后检测一次）；观测混凝土冲击力及振捣棒引起的振动力对波纹 管的影响。观测波纹管变形过程，作好记录。参加人员及职责 人 员职责崔学民制订方案，监控整个试验过程。文启军负责试验段模拟实际施工过程进行，并观察检测波纹管变形，做好记录。王生鹏协助检测波纹管变形，并观测混凝土冲击力及振捣力对波纹管的影响。晏华巍负责全过程的混凝土试验，并做好记录。焦明生协助做好混凝土试验。检测结果：混凝土坍落度：162mm、168mm。混凝土凝固时间：初凝时间：4.5h；终凝时间：7.0h。混凝土浇注速度：6.2m3/h，即平均每11min，波纹管埋深增加0.5m。混凝土温度变化：时间（h）入模1h2h3h4h5h6h7h8h 温度（）36.53737374045505558 时间（h）9h10h11h12h13h14h15h16h17h 温度（）616363626260554842 波纹管变形记录：桥厦、OVM、QM三种厂家的塑料波纹管均发生变形，开始变形出现在混凝土埋深1.52.0m时，随着埋深的增加，变形量加大，波纹管内径最终由原来的120mm被压缩至2050mm，变形部位及方向无规律，属受压失稳变形。从开始变形至变形终止，混凝土水化热温度无明显上升，至温度上升，混凝土已经初凝，已能承受住自身重量，不再发生变形。混凝土入模时的冲击力及振捣棒的振动力对波纹管变形无明显影响。要因确认表序 号原 因论 证要因 判断1波纹管本身环向刚度波纹管本身环向刚度不足，受压失稳变形不足，受压失稳变形波纹管承受不住混凝波纹管承受不住混凝土自重引起的流体压土自重引起的流体压力，发生失稳变形力，发生失稳变形 是是2波纹管受水化热作用，环向刚度降低引起变形波纹管变形时，混凝土水化热温度不高，待温度上升时，混凝土已初凝否3振动棒触及波纹管引起变形经过试验观察，振动棒触及波纹管不会引起变形否4混凝土流体压力太大引起波纹管变形混凝土坍落度，初、终凝时间等符合泵送混凝土规范要求，不宜调整。否5混凝土冲击力引起波纹管变形。经过实验观察，混凝土浇注时冲击力不引起波纹管变形。否6外界气候温度高引起波纹管环向刚度降低 经实验，外界温度高会使波纹管环向刚度降低，但混凝土浇注过程中主要受水化热影响，外界气温对波纹管影响不大。否六、制定对策 我们QC小组针对主要原因，召开“诸葛亮会”制定出了不同的实施对策，并进行对策的可行性了论证：对策论证表对策论证表序号对策论 证结论有利方面不利方面 1改变材质 施工方便 难度大，合适材料不易找到。试验期、费用不易估算。暂不采用 2改变结构施工方便，我部QC小组与桥厦波纹管厂家联合开发加强性塑料波纹管，通过增加波纹密度、高度，增加波纹管壁厚等来增强环向刚度。主要费用为改变生产模具：8万元（厂家承担），试验期估算：15天。可能要多次试验。采用 经过论证找到了突破口，明确了改进的方向，根据论证结果制定对策表如下：4内衬充气胶囊充气胶囊易取出 施工工艺复杂，胶囊需定做，费用大，试验期长。暂不采用 5内衬橡胶棒 衬砌效果好，波纹管变形量小。施工工艺复杂，橡胶棒不易拔出，橡胶棒需定做，费用大，试验期长。暂不采用 对对 策策 表表要因对策目标措施地点负责人执行日期波纹管本身环向刚度不足，受压失稳变形。改变结构 环向刚度要求12KPa，波纹管最大变形量不大于6mm 改变波纹管结构，通过增加波纹管上波纹密度、高度、增加波纹管壁厚来增强环向刚度 现场及生产厂家 崔学民文启军 2004、7、2 波纹管最终变形量不大于6mm，内衬塑料弹簧管可以人工轻松拔出 内衬塑料弹簧管 现场及生产厂家崔学民文启军王生鹏 2004、7、2 七、对策实施 1、与柳州桥厦管道工程有限公司（桥厦塑料波纹管厂）联合研制了加强型塑料波纹管，与桥厦原波纹管对比如下：波纹管名称 材质 壁厚 波纹间距 波纹高度 环向刚度 加强型波纹管 高密度聚乙烯 3mm 20mm 5mm 12Kpa 原波纹管 高密度聚乙烯 2.5mm 35mm 3.5mm 6.8Kpa 2、购买外=115mm的弹簧塑料管4根，每根5m长，作为内衬管。实验方案：模拟悬灌梁腹板的施工过程，做4.6m（宽）5m（高）0.5m（厚）的现浇混凝土实验段，实验段底部埋设桥厦加强型塑料波纹管（内=120mm）4根，两根穿内衬管，两根不穿，每根长5m；埋设桥厦原塑料波纹管（内=120mm）2根，穿内衬管。波纹管布置按照设计图纸最大平弯，竖弯布置，位置用钢筋固定，固定方法和间距与实际施工中相同。混凝土采用C50泵送混凝土，配合比按实际施工中的配合比，振捣采用一台50型插入式振动棒。混凝土浇注速度、入模方法、振捣方法均模拟实际施工进行。检测项目及方法：测定混凝土坍落度；初、终凝时间；观测加强型波纹管（无内衬）变形情况（用=114mm的探测球检测，波纹管埋深每增加50cm检测一次，振动棒在附近振捣过后检测一次）；观测有内衬波纹管变形情况（波纹管埋深每增加50cm时，1人抽动内衬管，观察抽动难易程度）。并作好记录。参加人员及职责人员职 责崔鸿利制订方案崔学民协助制订方案，监控整个实验过程。文启军负责实验段浇注过程模拟实际施工过程进行，并观察检测波纹管变形，做好记录。王生鹏协助检测波纹管变形。晏华巍负责全过程的混凝土实验，并做好记录。焦民生协助做好混凝土实验。张奕宝协助实验 张涵协助实验 检测结果：混凝土坍落度：165mm、165mm。混凝土凝固时间：初凝时间：4.5h；终凝时间：7.0h。混凝土浇注速度：6.2m3/h，即平均每11min，波纹管埋深 增加0.5m。波纹管变形记录：桥厦加强型塑料波纹管无变形，探测 球始终可顺利通过，穿有内衬管的，内衬管始终可抽动；非加强型波纹管在埋深1.8m时开始人力抽不动，最后用倒链拔出，大约需力300400KN，用=110mm的探球可通过。根据实验结果，决定在今后施工中采用新研制的桥厦加强型塑料波纹管，要求环向刚度12Kpa。八、效果检查 1、与设定目标对比 在悬灌梁施工中使用新研制的桥厦加强型塑料波纹管后，波纹管变形量均小于6mm再未发生过波纹管变形量大于6mm的现象,达到了预期的目标。目前已施工至11#段，自制直径分别为118mm、116mm、114mm的探球，每施工完一个对称段，就对该段腹板管道探测，下面为16号段最大变形量统计数据：波纹管最大变形量统计表波纹管最大变形量统计表 段号波纹 最大 管编号 变形量（mm）123456W1 6W2 6 6W3 6 6 6W4 6 6 6 6W5 4 6 6 6 6W6 4 4 6 4 6 4W7 4 4 4 4 6 4W8 4 4 2 4 6 4W9 2 2 2 4 6 4W10 2 2 4 2 6 2W11 2 2 2 2 6 2W12 2 4 4 2 6 2 通过这次QC活动，控制了工程质量，保证了工程进度，提高了技术人员的业务水平，增强了自信心，达到了本次QC活动的目标。2、社会效益 在没有工程先例，没有塑料波纹管国家及行业标准的情况下，我们攻克了大口径塑料波纹管在悬灌梁混凝土施工中，埋深较深的情况下，保持不失稳变形的难关，确保了工程的顺利进展，得到业主、设计、监理单位的一致好评。同时，为新工艺真空压浆技术的推广扫清了障碍，也为今后类似工程提供了宝贵资料。九、巩固措施 1、加强对进场塑料波纹管的质量监控，确保质量不出现滑坡现象。要求对每批进场的塑料波纹管进行环向刚度检测，检测值12Kpa。2、在混凝土浇注过程中加强对波纹管变形的监控，万一发现问题，马上处理。3、制定了大口径塑料波纹管悬灌梁施工实施细则，指导现场施工。十、今后打算 继续联合波纹管生产厂商，开展QC活动，争取系统解决塑料波纹管环向刚度问题，即根据波纹管的管径、在混凝土中的埋深，要求其具有不同的环向刚度。根据环行结构在平面内环向受压失稳的理论公式：q=3EI/R3。q环向均布压力 E材料弹性模量 I管壁垂直于径向的惯性矩 R管的半径 可系统推导出波纹管管径、壁厚、波纹密度、波纹高度与波纹管所能承受的最大环向均布压力之间的关系（环向均布压力与波纹管在混凝土中的埋深和混凝土的流动性有关）。再通过实验加以验证，系统解决在不同管径、不同埋深的情况下，对波纹管环向刚度的具体要求。生产厂商也可根据此成果，对不同管径的波纹管采用不同的壁厚，改变现在所有波纹管壁厚一致的现象，以节省材料。同时，此项成果将填补国家或行业标准空白。发表完毕，谢谢大家！发表完毕，谢谢大家！