CN111549690A - 一种低成本、高性能雨水箱涵组合结构及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低成本、高性能雨水箱涵组合结构及其施工方法，其中雨水箱涵的底板浇筑PVA纤维混凝土；侧墙内外保护层和顶板底部保护层采用掺固废陶瓷粉或掺固废玻璃粉的PVA‑ECC材料制为预制板。解决了现有的雨水箱涵混凝土自身脆性大、抗渗能力弱等缺陷，导致结构提前失效，在使用过程中会造成一定的安全隐患，以及大量木制模板使用还得拆卸的问题，本发明通过采用PVA纤维混凝土作为雨水箱涵的底板，可有效提高底板的抗渗性和抗雨水冲刷磨耗性能；采用掺固废陶瓷粉的PVA‑ECC材料或掺固废玻璃粉的PVA‑ECC材料所制保护层，可以提高施工进度，减少模板使用量，增加结构的抗渗性能，增加顶板的抗弯性能及耐久性，且材料为绿色环保型材料，可以增加结构的可持续型。

Description

一种低成本、高性能雨水箱涵组合结构及其施工方法
技术领域
本发明具体涉及低成本、高性能雨水箱涵组合结构及其施工方法，属于桥涵工程技术领域。
背景技术
箱涵是市政道路工程施工的关键，城市道路工程能否长远健康发展，受雨水排水设计的直接影响，因此，对雨水箱涵工程进行合理、经济、便捷的设计，对城市道路工程具有重要研究意义。
现有技术中，箱涵一般采用钢筋混凝土材料制造，大多采用现场浇筑的方式进行，但由于混凝土自身脆性大、抗渗能力弱等缺陷，导致结构提前失效，在使用过程中会造成一定的安全隐患。除此之外，木制模板在箱涵工程中被广泛使用，但模板的重复使用率较低，材料损耗量较大，而且在使用过程中，对模板的平整度要求较高，使用前，需要按尺寸制作模板，需进行大量的拼接工作，使用后还得拆除，会严重影响施工进度和施工质量。除此之外，已有的技术中，墙体浇筑前需要用到若干水平钢筋，用来控制墙体保护层厚度，而顶板浇筑前，需要用到若干垫块，用来控制顶板保护层厚度，给施工带来了极大的不变，还一定程度上增加施工成本。
发明内容
本发明针对上述背景技术中提出的问题，提供一种低成本、高性能雨水箱涵组合结构及其施工方法，通过PVA纤维混凝土材料代替原有的普通混凝土材料浇筑雨水箱涵底板，可增加底板的抗渗、抗压、抗雨水冲刷磨损能力；采用掺固废陶瓷粉的PVA-ECC材料或掺固废玻璃粉的PVA-ECC材料替代原有的木制模板和普通混凝土保护层，可以有效提高施工进度，节省大量的模板、水平钢筋以及垫块，增加结构性能，实现固废再回收利用。
本发明提出一种低成本、高性能雨水箱涵组合结构，包括垫层、底板、两面侧墙和顶板，包括垫层、底板、两面侧墙和顶板，所述垫层上浇筑底板，所述底板上垂直设置有侧墙，侧墙上设置有顶板，每面侧墙包括两个侧墙保护层和侧墙核心区，两个侧墙保护层平行设置，中间浇筑侧墙核心区，所述顶板包括顶板底部保护层和顶板上部层，所述顶板上部层浇筑在顶板底部保护层上；所述底板采用PVA纤维混凝土材料，所述PVA纤维混凝土材料的配合比为：水泥为353kg/m3，水169kg/m3，粉煤灰为67kg/m3，砂子为712kg/m3，石子为1068kg/m3，减水剂为4.2kg/m3，纤维长度为12mm，体积掺量为1.2kg/m3，所述侧墙保护层和顶板底部保护层采用掺固废陶瓷粉的聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料或掺固废玻璃粉的聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料所制。
优选地，所述掺固废陶瓷粉的聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料的配合比为：水泥126.4kg/m3、粉煤灰884.8kg/m3、固废陶瓷粉252.8kg/m3、石英砂455kg/m3、水303kg/m3、纤维26kg/m3，减水剂为胶凝材料掺量的1.3％，消泡剂为胶凝材料掺量的0.3％，增稠剂为胶凝材料掺量的0.08％，所述固废陶瓷粉为300目。
优选地，所述掺固废玻璃粉的聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料的配合比为：水泥252.8kg/m3、粉煤灰758.4kg/m3、固废玻璃粉252.8kg/m3、石英砂455kg/m3、水303kg/m3、纤维26kg/m3，减水剂为胶凝材料掺量的1.3％，消泡剂为胶凝材料掺量的0.3％，增稠剂为胶凝材料掺量的0.08％，所述固废玻璃粉为300目。
优选地，所述侧墙保护层和顶板底部保护层的厚度为40mm。
优选地，所述侧墙保护层上设置有若干孔洞。
所述的低成本、高性能雨水箱涵组合结构的施工方法，具体包括以下步骤：
(1)、测量放样，基坑开挖；
(2)、平整基坑，安装模版，浇筑垫层；
(3)、在所述垫层上方铺设钢筋，进行绑扎，在绑扎好的底板钢筋网片两侧绑扎墙筋。
(4)、在侧墙两侧安装吊模，材料选用预制好的保护层；
(5)、浇筑底板和侧墙下半部分；
(6)、在侧墙上半部分钢筋两侧安装预制好的侧墙保护层，对每个侧墙的两个侧墙保护层3进行锚固；
(7)、在两个侧墙上侧铺设顶板底部保护层和钢筋，并进行钢筋绑扎；
(8)、在两个侧墙内及顶板上浇筑混凝土。
优选地，所述侧墙保护层的锚固装置包括若干钢管、若干蝴蝶卡、若干加固木方、穿墙螺杆、螺帽和钢片，所述侧墙保护层的外壁固定有钢片，若干加固木方固定在钢片的外侧壁上，若干钢管相互平行通过蝴蝶卡垂直固定在加固木方外侧，所述穿墙螺杆穿过侧墙保护层上预留的空洞，并通过螺帽进行锚固。
本发明所述的低成本、高性能雨水箱涵组合结构的有益效果为：
1、本发明采用PVA纤维混凝土底板具有良好的抗渗性能及抗雨水冲刷磨耗能力；掺固废陶瓷粉的PVA-ECC材料或掺固废玻璃粉的PVA-ECC材料保护层具有良好的弯曲韧性和拉伸韧性，可有效提高底板的抗弯能力，而且该材料具有良好的自愈合能力，抗渗能力，可避免结构内部钢筋被锈蚀，有效提高结构的耐久性，节约大量的模板，该材料的利用还可减少固废垃圾的堆放量，达到废物利用的效果，减少环境污染。
2、本发明采用的ECC(Engineered Cementitious Composites)是一种纤维增强水泥基复合材料。与普通混凝土材料相比，具有较高的韧性及阻裂能力，有较好的抗渗和自修复能力。使用寿命比传统的混凝土材料延长2倍以上，可以减少在结构在整个寿命周期内的维修次数，具有较好的环保性和可持续性。
3、本发明采用掺固废陶瓷粉的PVA-ECC材料或掺固废玻璃粉的PVA-ECC材料的复合材料预制板作为保护层，保证其具有良好的平整度，而且预制板高度和宽度可根据实际工程去设计，无需进行大量的拼接工作，方便操作。
4、与现有技术相比，本发明的施工过程只需将保护层预制板紧密搭接，使用穿墙螺杆将墙体两侧保护层预制板固定好即可，为了促使墙体保护层与墙体核心区之间具有更好的整体性，本发明在保护层外侧设置了若干钢片，可有效促使两侧保护层与核心区成为一整体。通过采用保护层预制板，省去了模板拆除这道工序，因此，不会受模板使用次数的限制，节约了大量的模板和钢钉，降低了施工成本的同时促进了绿色可持续发展。
5、本发明的支模板过程简单，无需太专业的技术人员人来支模板，降低人工成本。同时支模板过程中，省去了控制保护层厚度这道工序，同时节省了大量的水平钢筋和垫块，该方法既省时又省料。
6、本发明的施工方法简单快捷，所用材料环保、高性能且成本低，可为新型环保材料未来的发展开拓了新的方向。
附图说明
图1为本发明所述的低成本、高性能雨水箱涵组合结构的结构示意图；
图2为本发明所述的低成本、高性能雨水箱涵组合结构的侧墙和顶板的正视图；
图3为本发明所述的低成本、高性能雨水箱涵组合结构的侧墙保护层的结构示意图；
图4为本发明所述的低成本、高性能雨水箱涵组合结构的侧墙保护层的锚固结构的结构示意图；
图5为本发明所述的低成本、高性能雨水箱涵组合结构的侧墙结构断面图；
附图标记说明：1-垫层；2-底板；3-侧墙保护层；4-侧墙核心区；5-顶板底部保护层；6-顶板上部层；7-施工缝；31-侧墙保护层接口处；32-钢管；33-蝴蝶卡；34-加固木方；35-穿墙螺杆；36-螺帽；37-钢片。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：
具体实施方式一：参见图1-5说明本实施方式。本实施方式所述的低成本、高性能雨水箱涵组合结构，包括垫层1、底板2、两面侧墙和顶板，所述垫层1上浇筑底板2，所述底板2上垂直设置有侧墙，侧墙上设置有顶板，所述侧墙包括两个侧墙保护层3和侧墙核心区4，两个侧墙保护层3平行设置，中间浇筑侧墙核心区4，所述顶板包括顶板底部保护层5和顶板上部层6，所述顶板上部层6浇筑在顶板底部保护层5上；
所述底板1采用PVA纤维混凝土材料，所述PVA纤维混凝土材料的配合比为：水泥为353kg/m3，水169kg/m3，粉煤灰为67kg/m3，砂子为712kg/m3，石子为1068kg/m3，减水剂为4.2kg/m3，纤维长度为12mm，体积掺量为1.2kg/m3，
所述侧墙保护层3和顶板底部保护层5采用掺固废陶瓷粉的聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料或掺固废玻璃粉的聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料所制。
所述侧墙核心区4和顶板上部结构6均采用混凝土浇筑，为普通混凝土材料，混凝土强度按设计要求强度而定。
顶板底部保护层5采用掺固废陶瓷粉的PVA-ECC材料或掺固废玻璃粉的PVA-ECC材料所制的预制板，配比同侧墙保护层3。所述顶板底部保护层5尺寸按实际工程需求而定。
所述掺固废陶瓷粉的PVA-ECC材料配合比为：水泥126.4kg/m3(P.O 42.5)，粉煤灰884.8kg/m3(一级)，陶瓷粉252.8kg/m3(300目)，石英砂455kg/m3，水303kg/m3，纤维26kg/m3(K-Ⅱ型可乐纶)减水剂(改性聚羧酸盐类)为胶凝材料掺量的1.3％，消泡剂为胶凝材料掺量的0.3％，增稠剂(羟丙甲基纤维素)为胶凝材料掺量的0.08％。
所述掺固废玻璃粉的PVA-ECC材料配合比为：水泥252.8kg/m3(P.O 42.5)，粉煤灰758.4kg/m3(一级)，玻璃粉252.8kg/m3(300目)，石英砂455kg/m3，水303kg/m3，纤维26kg/m3(K-Ⅱ型可乐纶)，减水剂(改性聚羧酸盐类)为胶凝材料掺量的1.3％，消泡剂为胶凝材料掺量的0.3％，增稠剂(羟丙甲基纤维素)为胶凝材料掺量的0.08％。
所述侧墙保护层3和顶板底部保护层5的厚度为40mm。所述侧墙保护层3的高度可按工程需求设计。侧墙每块侧墙保护层3为预制板，两边接缝处宽度为50mm，厚度为20mm，便于相邻两块板搭接，如图3接口处31所示。
所述侧墙保护层3上设置有若干孔洞。所述孔洞用于进行锚固时穿墙螺杆35的穿过。
所述的低成本、高性能雨水箱涵组合结构的施工方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)、测量放样，基坑开挖；
(2)、平整基坑，安装模版，浇筑垫层1；
(3)、在所述垫层1上方铺设钢筋，进行绑扎，在绑扎好的底板钢筋网片两侧绑扎墙筋。
(4)、在侧墙两侧安装吊模，材料选用预制好的保护层3；
(5)、浇筑底板2和侧墙下半部分；
(6)、在侧墙上半部分钢筋两侧安装预制好的侧墙保护层3，对每个侧墙的两面侧墙保护层3进行锚固；
(7)、在两面侧墙上侧铺设顶板底部保护层5和钢筋，并进行钢筋绑扎；
(8)、在两面侧墙内及顶板上浇筑混凝土。
所述侧墙保护层3的锚固装置包括若干钢管32、若干蝴蝶卡33、若干加固木方34、穿墙螺杆35、螺帽36和钢片37，所述侧墙保护层3的外壁固定有钢片37，若干加固木方34固定在钢片37的外侧壁上，若干钢管32相互平行通过蝴蝶卡33垂直固定在加固木方34外侧，所述穿墙螺杆35穿过侧墙保护层3上预留的空洞，并通过螺帽36进行锚固。
为了避免侧墙在浇筑工程中出现胀模现象，采用加固木方34、穿墙螺杆35以及钢管32对墙体两侧进行了加固，蝴蝶卡33和螺帽36主要对加固木方34和钢管32起到固定作用，钢片37主要用于固定侧墙两侧保护层，促使侧墙保护层3和侧墙核心区4成一整体。
需要说明的是，本实施例公开侧墙横向加固材料为圆形钢管，本领域技术人员可以根据需要选用方钢等材料。
本发明的施工方法简单快捷，所用材料环保、高性能且成本低，可为新型环保材料未来的发展开拓了新的方向。
需要说明的是，本实施例中垫层和保护层所用材料配比可根据工程需求适当调整，顶板上部层和侧墙核心区也可采用PVA纤维混凝土材料浇筑，而且本发明中预制保护层薄板的施工方法亦可用于电力箱涵、一些涵洞工程以及钢筋混凝土建筑墙体工程中。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，还可以是上述各个实施方式记载的特征的合理组合，凡在本发明精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种低成本、高性能雨水箱涵组合结构，其特征在于，包括垫层(1)、底板(2)、两面侧墙和顶板，所述垫层(1)上浇筑底板(2)，所述底板(2)上垂直设置有侧墙，侧墙上设置有顶板，每面侧墙包括两个侧墙保护层(3)和侧墙核心区(4)，两个侧墙保护层(3)平行设置，中间浇筑侧墙核心区(4)，所述顶板包括顶板底部保护层(5)和顶板上部层(6)，所述顶板上部层(6)浇筑在顶板底部保护层(5)上；
所述底板(2)采用PVA纤维混凝土材料，所述PVA纤维混凝土材料的配合比为：水泥为353kg/m3，水169kg/m3，粉煤灰为67kg/m3，砂子为712kg/m3，石子为1068kg/m3，减水剂为4.2kg/m3，纤维长度为12mm，体积掺量为1.2kg/m3，
所述侧墙保护层(3)和顶板底部保护层(5)采用掺固废陶瓷粉的聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料或掺固废玻璃粉的聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料所制。
2.根据权利要求1所述的低成本、高性能雨水箱涵组合结构，其特征在于，所述掺固废陶瓷粉的聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料的配合比为：水泥126.4kg/m3、粉煤灰884.8kg/m3、固废陶瓷粉252.8kg/m3、石英砂455kg/m3、水303kg/m3、纤维26kg/m3，减水剂为胶凝材料掺量的1.3％，消泡剂为胶凝材料掺量的0.3％，增稠剂为胶凝材料掺量的0.08％，所述固废陶瓷粉为300目。
3.根据权利要求1所述的低成本、高性能雨水箱涵组合结构，其特征在于，所述掺固废玻璃粉的聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料的配合比为：水泥252.8kg/m3、粉煤灰758.4kg/m3、固废玻璃粉252.8kg/m3、石英砂455kg/m3、水303kg/m3、纤维26kg/m3，减水剂为胶凝材料掺量的1.3％，消泡剂为胶凝材料掺量的0.3％，增稠剂为胶凝材料掺量的0.08％，所述固废玻璃粉为300目。
4.根据权利要求1所述的低成本、高性能雨水箱涵组合结构，其特征在于，所述侧墙保护层(3)和顶板底部保护层(5)的厚度为40mm。
5.根据权利要求1所述的低成本、高性能雨水箱涵组合结构，其特征在于，所述侧墙保护层(3)上设置有若干孔洞。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的低成本、高性能雨水箱涵组合结构的施工方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)、测量放样，基坑开挖；
(2)、平整基坑，安装模版，浇筑垫层(1)；
(3)、在所述垫层(1)上方铺设底板钢筋网片，进行绑扎，在绑扎好的底板钢筋网片两侧绑扎墙筋；
(4)、在侧墙两侧安装吊模，材料选用预制好的侧墙保护层(3)；
(5)、浇筑底板(2)和侧墙下半部分；
(6)、在侧墙上半部分钢筋两侧安装预制好的侧墙保护层(3)，对每面侧墙的两个侧墙保护层(3)进行锚固；
(7)、在两面侧墙上侧铺设顶板底部保护层(5)和钢筋，并进行钢筋绑扎；
(8)、在两面侧墙内及顶板上浇筑混凝土。
7.根据权利要求6所述的低成本、高性能雨水箱涵组合结构的施工方法，其特征在于，所述侧墙保护层(3)的锚固装置包括若干钢管(32)、若干蝴蝶卡(33)、若干加固木方(34)、穿墙螺杆(35)、螺帽(36)和钢片(37)，所述侧墙保护层(3)的外壁固定有钢片(37)，若干加固木方(34)固定在钢片(37)的外侧壁上，若干钢管(32)相互平行通过蝴蝶卡(33)垂直固定在加固木方(34)外侧，所述穿墙螺杆(35)穿过侧墙保护层(3)上预留的空洞，并通过螺帽(36)进行锚固。
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