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        超長大面積底板無縫施工技術(shù)研究與應(yīng)用

        2019-04-12 05:23:46王宇飛李宗皋曲曉波
        城市建筑空間 2019年1期
        關(guān)鍵詞:區(qū)段降溫底板

        王宇飛,李宗皋,曲曉波

        (青建集團(tuán)股份公司,山東 青島 266071)

        超長混凝土結(jié)構(gòu)的大量采用,對抗裂措施提出更新更高要求,因而對混凝土開裂機(jī)理的研究不容忽視。在變形引起的裂縫中,溫度作用的影響不容忽視,規(guī)范中采取后澆帶以釋放溫度應(yīng)力。

        后澆帶往往是在1~2個(gè)月再進(jìn)行澆筑,需要進(jìn)行垃圾清理、模板搭設(shè)、單獨(dú)澆筑等流程,質(zhì)量上往往不能控制到位,經(jīng)常造成滲漏、澆搗不密實(shí)、夾渣等質(zhì)量問題,增加施工成本的同時(shí),還可能出現(xiàn)滲漏、維修費(fèi)用。由于不能及時(shí)拆除后澆帶位置的模板支撐,影響后續(xù)工作的穿插進(jìn)行,最終影響主體結(jié)構(gòu)驗(yàn)收,整體工期會(huì)受到影響,尤其是裙房、地下室層數(shù)多、面積大的工程。

        1 無縫施工原理介紹

        1.1 跳倉法定義

        大體積混凝土工程施工中,在早期溫度收縮應(yīng)力較大的階段,將超長混凝土塊體分為若干小塊體間隔施工,經(jīng)過短期應(yīng)力釋放,在后期收縮應(yīng)力較小的階段再將若干小塊體連成整體,依靠混凝土抗拉強(qiáng)度抵抗下一階段的溫度收縮應(yīng)力,實(shí)現(xiàn)以施工間隔縫取代混凝土后澆帶的施工方法,以防止裂縫出現(xiàn)。

        王鐵夢針對大體積混凝土跳倉法提出了“7d”的代表性間歇時(shí)間,然而大體積混凝土自澆筑至7d齡期時(shí),混凝土溫度并未趨于穩(wěn)定或接近環(huán)境溫度,相鄰混凝土間歇7d澆筑時(shí)已釋放的溫度收縮應(yīng)力達(dá)50%左右,經(jīng)過7~10d后,再合攏相鄰2塊混凝土為1個(gè)整體,剩余的降溫及收縮作用將由混凝土的抗拉應(yīng)變承受[1]。這是“先放后抗”的設(shè)計(jì)原則,這一原則和后澆帶及間歇式加強(qiáng)帶的原理一致,只是后澆帶改變成為施工縫。

        1.2 順序澆筑無縫施工基本原理

        以超長混凝土結(jié)構(gòu)作為研究對象,將跳倉施工改為順序施工,通過理論計(jì)算和大量混凝土澆筑后溫度變化記錄分析,縮短相鄰區(qū)域混凝土的連續(xù)澆筑時(shí)間,由大體體積跳倉7~10d,縮短到3~5d。施工中通過“抗放結(jié)合”的方式,先將超長混凝土按分段原則,分成若干區(qū)域,按流水施工安排施工順序,澆筑一個(gè)區(qū)域的混凝土溫度收縮應(yīng)力大部分釋放后,再按規(guī)定時(shí)間間隔澆筑其相鄰單元混凝土,從而實(shí)現(xiàn)有效減少超長結(jié)構(gòu)混凝土收縮應(yīng)力、控制裂縫的目的。

        2 溫升理論分析

        通過現(xiàn)場試驗(yàn),采集混凝土溫度及應(yīng)變數(shù)據(jù),分析溫度降溫過程中超長混凝土收縮應(yīng)力的實(shí)際變化,對理論數(shù)據(jù)計(jì)算進(jìn)行驗(yàn)證。大體積混凝土在澆筑后均要經(jīng)歷一段短暫的升溫過程,大體積混凝土一般在2~3d內(nèi)達(dá)到溫度峰值,在養(yǎng)護(hù)得當(dāng)?shù)那闆r下溫升值在20~30℃,峰值隨著所使用混凝土強(qiáng)度的增強(qiáng)而提升,一般在60℃左右[2]。

        普通結(jié)構(gòu)混凝土由于體量小,結(jié)構(gòu)厚度較薄,水化熱激烈程度小于大體積混凝土,因而達(dá)到溫度峰值所經(jīng)歷的時(shí)間相對于大體積混凝土較短,一般在1~2d內(nèi)達(dá)到溫度峰值,在養(yǎng)護(hù)得當(dāng)?shù)那闆r下溫升值在10~20℃,峰值隨著所使用的混凝土強(qiáng)度的增強(qiáng)而提升,一般在50℃左右。C25~C30的混凝土溫度峰值為45~50℃,C30~C40混凝土溫度峰值為50~60℃,C40~C60強(qiáng)度混凝土溫度峰值為50~70℃混凝土達(dá)到溫度峰值后即進(jìn)入降溫階段。降溫速率受不同養(yǎng)護(hù)條件影響較大,為充分利用混凝土在慢速荷載作用下的應(yīng)力松弛效應(yīng),通過后期養(yǎng)護(hù)控制降溫速率,使降溫始終處于緩慢階段,從而避免降溫速率過快而產(chǎn)生有害裂縫,充分發(fā)揮松弛效應(yīng)[3]。

        大體積混凝土降溫速率平均下降1.5~2.0℃/d,均在溫控指標(biāo)內(nèi),而經(jīng)過大量試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)條件無法保證降溫速率控制在1.5~2.0℃/d,很多測溫?cái)?shù)據(jù)顯示,降溫速率平均下降1.5~3.0℃/d,大體積混凝土經(jīng)過10~20d的時(shí)間降至環(huán)境溫度或溫度穩(wěn)定狀態(tài),7d時(shí)所降溫差占據(jù)總降溫差約50%。

        普通結(jié)構(gòu)混凝土體積量小,散熱條件好,因而降溫速率較大體積混凝土明顯加快,大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示,普通厚度的混凝土結(jié)構(gòu)降溫速率平均下降3~6℃/d,經(jīng)過3~7d便可降至環(huán)境溫度,2~3d時(shí)的所降溫差占總降溫差的50%左右。

        3 裂縫理論計(jì)算情況

        封閉合攏后采用綜合總降溫差的50%裂縫控制驗(yàn)算,取現(xiàn)場實(shí)測溫度記錄進(jìn)行驗(yàn)算。

        混凝土的抗拉強(qiáng)度:

        混凝土防裂性能可按下列公式進(jìn)行判斷:式中,K為防裂安全系數(shù),取1.15。

        經(jīng)過計(jì)算分析驗(yàn)證3d可作為最短間歇時(shí)間。

        4 順序施工間隔

        為保證在先澆筑區(qū)段混凝土充分釋放溫度應(yīng)力的前提下,澆筑其相鄰區(qū)段的混凝土,不同結(jié)構(gòu)構(gòu)件和尺寸的相鄰區(qū)段混凝土澆筑的間隔時(shí)間應(yīng)根據(jù)底板厚度確定,底板大體積混凝土厚度大于1m為7~10d,小于1m為3~6d,不宜小于3d,間歇時(shí)間應(yīng)按照結(jié)構(gòu)構(gòu)件厚度的大小分別取高值和低值。

        5 混凝土配合比和原料要求

        選擇低收縮性水泥,優(yōu)化混凝土配合比,嚴(yán)格控制水泥用量,從而有效控制混凝土溫度應(yīng)力和減少混凝土收縮變形[4-5]。降低混凝土水化熱是減少混凝土收縮的基本條件,超長結(jié)構(gòu)混凝土配合比設(shè)計(jì)建議滿足以下條件:降低水化熱,減少收縮;水泥用量一般低于270kg;高效減水劑減水不低于20%;聚羧酸與骨料控制含泥量;用水量不高于180kg;摻和料的材料與比例,以粉煤灰為主,礦粉為輔。

        施工前應(yīng)開展混凝土試配工作,依靠經(jīng)驗(yàn)豐富的混凝土實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)并試驗(yàn),研究符合要求的混凝土,并進(jìn)行送檢以驗(yàn)證混凝土配合比的各項(xiàng)性能指標(biāo)。對于商品混凝土的供應(yīng),必須嚴(yán)格要求各原材料統(tǒng)一性和配合比穩(wěn)定性。

        1)水泥采用普通硅酸鹽水泥(非早強(qiáng)型)7d水化熱不超過 270kJ/kg,3d的水化熱不超過 240kJ/kg;水泥用量為220~245kg/m3。水泥比表面積為 300~350m2/kg,盡可能選用水泥比表面積小的水泥;所用水泥在攪拌站的入機(jī)溫度不宜高于60℃。

        2)外加劑 聚羧酸高性能緩凝減水劑,外加劑摻量占膠凝材料比重0.8%~1.0%,要求減水劑減水率≥25%。

        3)粉煤灰 Ⅱ級。

        4)砂 采用中粗河砂,模數(shù)為2.5~3.0,含泥量≤1.5%,泥塊含量≤0.6%。

        5)碎石 采用選取粒徑大、強(qiáng)度高、級配好的花崗巖石子,5~25mm連續(xù)級配,含泥量≤0.8%,泥塊含量≤0.5%。

        6)拌合水的質(zhì)量應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)JGJ63—2006《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》的有關(guān)規(guī)定。

        7)重點(diǎn)控制混凝土入模溫度。

        6 混凝土施工和養(yǎng)護(hù)要點(diǎn)

        混凝土過程振搗質(zhì)量和養(yǎng)護(hù)也是超長混凝土結(jié)構(gòu)施工控制的關(guān)鍵點(diǎn),混凝土澆筑時(shí)加強(qiáng)振搗,但應(yīng)避免漏振、過振,以提高混凝土密實(shí)度和抗拉強(qiáng)度。澆筑后及時(shí)排除表面積水,2~3h后進(jìn)行一次抹面,防止早期收縮裂縫的出現(xiàn)。采用塑料薄膜保濕加毛氈保溫的綜合養(yǎng)護(hù)措施,以達(dá)緩慢降溫,充分發(fā)揮混凝土應(yīng)力松弛效應(yīng),降低約束應(yīng)力。

        大面積混凝土表面水泥漿較厚,在澆筑后要進(jìn)行處理。當(dāng)混凝土澆筑到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)用長刮尺刮平,在初凝前用木抹子打磨壓實(shí),以閉合收水裂縫。

        大體積混凝土澆筑面應(yīng)及時(shí)進(jìn)行二次抹壓處理,不宜采用二次振搗工藝。澆筑面可用圓盤磨光機(jī)先進(jìn)行收面收光處理。初凝時(shí)(腳踩下去,腳印有4~5mm的下陷),隨即用木抹子進(jìn)行抹壓處理,應(yīng)做到隨裂隨壓,抹壓與噴霧養(yǎng)護(hù)可同時(shí)進(jìn)行。二次抹壓壓光后,應(yīng)馬上進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù)。

        雨天澆筑混凝土?xí)r,應(yīng)及時(shí)用塑料薄膜對混凝土澆筑面進(jìn)行封蓋,嚴(yán)禁雨水直接沖刷新澆筑混凝土。

        7 實(shí)施應(yīng)用情況

        7.1 工程概況

        某項(xiàng)目總建筑面積約48.8萬m2,地上約35.7萬m2,地下約13.1萬m2。擬建酒店、辦公樓、中廳、東展廳、西展廳、能源中心。本項(xiàng)目5個(gè)單體結(jié)構(gòu)聯(lián)為一體,結(jié)構(gòu)尺寸南北長500m、東西長480m,屬于典型的超長大體積混凝土結(jié)構(gòu),裂縫控制技術(shù)要求高。其中登錄大廳尺寸226m×144m,單個(gè)展廳尺寸154m×68m,辦公樓與酒店尺寸 156m×74m(68m)(見圖 1)。原設(shè)計(jì)中有大量的收縮后澆帶、補(bǔ)償收縮混凝土和膨脹加強(qiáng)帶,如按原設(shè)計(jì)施工,整體工期將無法保證。

        本工程分為5個(gè)部分,底板相連,酒店和辦公樓、東、西、中廳3個(gè)展廳。東西展廳筏板下為預(yù)應(yīng)力混凝土管樁,中廳區(qū)域部分為人工挖孔樁。

        圖2 基礎(chǔ)平面尺寸

        7.2 底板分區(qū)劃分

        整體底板按各單體劃分5個(gè)大的施工區(qū)域,酒店底板部劃分為6個(gè)區(qū)段,酒店最大分段長度44.8m×34.0m,辦公樓底板部劃分為11個(gè)區(qū)段,辦公樓最大分段長度46m×37m;A展廳底板劃分為40個(gè)施工段,最大區(qū)段43.2m×39.5m;B展廳底板劃分為50個(gè)施工段,最大區(qū)段46m×36m;中廳底板劃分為30個(gè)施工段,最大區(qū)段46m×36m;整體劃分長度基本在 30~50m。

        7.3 工期影響分析

        本工程合同工期緊張,結(jié)構(gòu)工程中設(shè)計(jì)的大量后澆帶對按期完工造成巨大制約,設(shè)置大量的沉降后澆帶和加強(qiáng)膨脹帶2.4萬m,給施工帶來諸多問題。

        如果未留置后澆帶,后續(xù)砌體及粗裝可及時(shí)穿插,地下室提前封閉,粗裝修穿插開展,后期安裝設(shè)備安裝將不受影響,節(jié)省關(guān)鍵線路工期至少1個(gè)月,對整體工期非常有利。后續(xù)裝飾已穿插施工。

        各展廳部分上部結(jié)構(gòu)均有鋼結(jié)構(gòu)屋面,A、B廳上部鋼結(jié)構(gòu)桁架需要吊裝,中廳大跨度鋼結(jié)構(gòu)桁架需要滑移就位,如留置后澆帶,主體結(jié)構(gòu)不能連接成整體,待后澆帶澆筑完成,達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度,鋼結(jié)構(gòu)將延后2個(gè)月進(jìn)行吊裝和滑移,整體工期將無法保證。

        8 經(jīng)濟(jì)效益分析

        8.1 經(jīng)濟(jì)效益

        本課題研究間歇法施工措施,是對筏板和樓板溫度后澆帶傳統(tǒng)施工方法的進(jìn)一步優(yōu)化,其施工措施較傳統(tǒng)施工相比,更簡單、便捷、節(jié)省人工和材料,而且施工周期短,推廣后能產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益。以取消1 000m底板后澆帶為例做節(jié)省費(fèi)用計(jì)算,可節(jié)省27萬元。

        8.2 社會(huì)效益

        本課題主要研究了超長結(jié)構(gòu)無縫施工,針對不同結(jié)構(gòu)部位,提出區(qū)域合理劃分、施工組織安排原則,具有較大的社會(huì)與環(huán)保效益。①保證工程施工質(zhì)量,避免因留設(shè)后澆帶而造成的施工質(zhì)量問題;②本研究有利于加快工程進(jìn)度,縮短工期,為工程項(xiàng)目的順利進(jìn)展提供保證;③節(jié)約人力資源和降低環(huán)境資源消耗,同時(shí)減少社會(huì)資源和成本的消耗。

        9 結(jié)語

        本文在大體積混凝土跳倉法的原理上,進(jìn)一步研發(fā)應(yīng)用到普通超長混凝土結(jié)構(gòu)上,取消后澆帶,實(shí)現(xiàn)無縫施工,且改進(jìn)了跳倉施工,改為順序施工,控制相鄰區(qū)域混凝土澆筑間隔時(shí)間即可,減少混凝土裂縫的產(chǎn)生,給施工帶來諸多好處,進(jìn)一步完善了規(guī)范中跳倉法的理論和應(yīng)用,有助于超長結(jié)構(gòu)裂縫控制,提高行業(yè)混凝土施工質(zhì)量水平。

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