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        大型國際航站樓超長、大體積混凝土結(jié)構(gòu)的跳倉法施工技術(shù)

        2020-11-10 00:08:04龐程程
        建筑施工 2020年7期
        關(guān)鍵詞:航站樓分塊底板

        龐程程 付 敏 王 剛 陳 華 沈 潔

        中國建筑第八工程局有限公司總承包公司 上海 201204

        目前,建筑施工領(lǐng)域在面對超長、大體積混凝土基礎(chǔ)底板以及超長結(jié)構(gòu)樓板時,均是通過留置后澆帶來控制混凝土內(nèi)部應(yīng)力,避免裂縫的產(chǎn)生。近年來,后澆帶在建筑施工領(lǐng)域已得到十分廣泛的應(yīng)用。不同工程后澆帶留設(shè)情況也有所不同。在結(jié)構(gòu)施工過程中,后澆帶需保留至主體結(jié)構(gòu)全部封頂后再進(jìn)行封閉,從而保證結(jié)構(gòu)形成一個整體。后澆帶的留設(shè)可以代替結(jié)構(gòu)中的永久變形縫,有助于改善結(jié)構(gòu)的性能。但是在基礎(chǔ)底板施工過程中,后澆帶施工縫處由于基礎(chǔ)底板鋼筋過密,在后期清理過程中質(zhì)量很難控制,在澆筑完混凝土后,施工縫位置極易發(fā)生底板滲漏現(xiàn)象,給工程質(zhì)量帶來很大隱患。樓板也存在同樣的問題。后澆帶的留設(shè)導(dǎo)致超長結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力張拉,必須在后澆帶施工完成且強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求后方可進(jìn)行,同時該區(qū)域高支模架體在預(yù)應(yīng)力張拉完成后方可拆除,嚴(yán)重影響工程進(jìn)度。因此,如何解決后澆帶帶來的諸多不便已成為建筑工程施工領(lǐng)域必須解決的一個問題。

        近年來,眾多專業(yè)學(xué)者以及工程技術(shù)人員對取消后澆帶施工進(jìn)行了大量的研究和實(shí)踐工作[1]。本文在既有研究成果的基礎(chǔ)上,以杭州蕭山國際機(jī)場新建T4航站樓工程為背景,通過工程軟件建立相關(guān)模型并輸入?yún)?shù),對混凝土澆筑施工過程進(jìn)行了模擬。在此基礎(chǔ)上,研究了不同厚度以及分倉大小對混凝土裂縫控制的影響。通過對比分析認(rèn)為,在合理分倉的條件下,取消后澆帶施工對混凝土裂縫控制有較好的效果。

        1 工程概況

        杭州蕭山國際機(jī)場三期項目新建T4航站樓位于既有T1/T2/T3航站樓西側(cè)及2條跑道中間,航站樓西側(cè)緊鄰空管局和出租車服務(wù)區(qū),南側(cè)與南保通道路和高架橋相鄰,北側(cè)與機(jī)場離場道路和北保通道路相連,且跨越杭州地鐵蕭山機(jī)場站。目前地鐵施工仍在進(jìn)行,新建T4航站樓位于場區(qū)中間,施工期間需保證機(jī)場不停航運(yùn)行(圖1)。

        圖1 周邊環(huán)境示意

        新建T4航站樓主樓地下2層(局部地下3層),地上4層。標(biāo)高-17.3 m基礎(chǔ)底板最大厚度1.5 m,長248 m,寬16.5 m;標(biāo)高-13.7 m基礎(chǔ)底板長248 m,寬41 m,厚1.5 m;航站樓主樓核心區(qū)域基礎(chǔ)底板標(biāo)高為-6.67 m,長143 m,寬125 m,厚1 m。航站樓承臺最大尺寸8.8 m× 6.4 m×3.5 m,基礎(chǔ)梁最大截面尺寸1.5 m×2.0 m?;炷翗前遄畲箝L度為490 m,寬度208 m,樓板厚度150 mm,屬于超長結(jié)構(gòu)。樓層框架梁最大截面尺寸1.4 m×1.9 m。為有效控制混凝土裂縫的產(chǎn)生,采用跳倉法進(jìn)行施工。

        1.1 跳倉法施工原理

        超長、大體積混凝土結(jié)構(gòu)跳倉法施工的基本過程就是將結(jié)構(gòu)合理劃分為若干塊,然后根據(jù)施工現(xiàn)場劃分區(qū)塊合理組織施工,相鄰塊混凝土間隔7 d后進(jìn)行澆筑,合理利用“減、放、抗”的原理,從而取消溫度后澆帶(施工縫),較好地控制混凝土裂縫。通過“抗放兼施、先抗后放、以抗為主”的原理,充分釋放混凝土前期溫度應(yīng)力,經(jīng)過短期的應(yīng)力釋放,在后期混凝土收縮應(yīng)力較小時再澆筑相鄰區(qū)塊,依靠混凝土的抗拉強(qiáng)度來抵抗相鄰區(qū)段的溫度收縮應(yīng)力,從而避免混凝土裂縫的產(chǎn)生。

        1.2 跳倉法施工控制措施

        1)通過前后間隔7 d澆筑相鄰塊混凝土,釋放混凝土前期大部分溫度應(yīng)力變形以及干縮變形。

        2)優(yōu)化混凝土配合比,減小膠凝材料用量及用水量,控制混凝土入模溫度與坍落度,進(jìn)一步減小混凝土的收縮。

        3)嚴(yán)格控制混凝土原材料質(zhì)量,減少粗細(xì)骨料的含泥量,通過細(xì)致振搗提高混凝土的密實(shí)度和均勻性,通過增強(qiáng)構(gòu)造配筋率來提高混凝土表面的抗拉強(qiáng)度。

        4)混凝土澆筑完成后經(jīng)多次收面、壓光及抹平,消除混凝土在塑性階段的收縮,避免在前期產(chǎn)生缺陷。在混凝土終凝后進(jìn)行保濕、保溫養(yǎng)護(hù),減小混凝土在強(qiáng)度增長階段的應(yīng)力。

        2 跳倉法施工的混凝土內(nèi)部應(yīng)力計算

        選取航站樓核心區(qū)域最具代表性的基礎(chǔ)底板進(jìn)行分析計算,底板厚度分別設(shè)置為1.0 m和1.5 m,底板區(qū)塊大小選取40、45、50 m三個尺寸。通過建立模型,分別研究同一厚度下分塊大小不同時混凝土內(nèi)部溫度的變化以及同一分塊大小下底板厚度不同時混凝土內(nèi)部溫度的變化。選取其中9塊分倉進(jìn)行典型應(yīng)力計算。澆筑完成后混凝土的保溫、保濕養(yǎng)護(hù)時間為14 d,保溫養(yǎng)護(hù)方式為頂面覆蓋厚0.12 mm的塑料薄膜。幾何模型及分塊模型如圖2所示。

        圖2 幾何模型及分塊模型

        通過不同分塊大小及不同厚度底板水化模型和傳熱模型的耦合,計算出水化度場和溫度場。通過水化度場計算出混凝土力學(xué)性能、收縮徐變等相關(guān)性能的演變,并將其和溫度場一起通過力學(xué)模型計算得到應(yīng)變和應(yīng)力場?;炷恋淖畲鬁囟热舫^70 ℃,將會因延遲鈣礬石反應(yīng)而導(dǎo)致脹裂,通?;炷翝仓? d后的溫度將達(dá)到最大值,此時澆筑塊內(nèi)部的第一主應(yīng)力也將達(dá)到早期的最大值,因此通過觀察每次澆筑3 d后的溫度,即可對比得出有利于混凝土裂縫控制的最佳分倉大小。

        在同一底板厚度下,分別按照長度40、45、50 m的分塊建立模型,通過模擬計算得出分塊大小不同情況下,澆筑3 d后混凝土內(nèi)部的溫度變化情況(圖3~圖5)。

        圖3 1.0 m底板、 40 m分塊模型的 溫度云圖

        圖4 1.0 m底板、 45 m分塊模型的 溫度云圖

        圖5 1.0 m底板、 50 m分塊模型的 溫度云圖

        通過圖3~圖5可以看出:底板厚度為1.0 m,分塊大小在45 m左右時,混凝土內(nèi)部最高溫度接近70 ℃;當(dāng)分塊大小在50 m左右時,混凝土內(nèi)部最高溫度為73.2 ℃,超過70 ℃,混凝土極易脹裂??梢缘贸觯?.0 m厚底板的分倉大小應(yīng)控制在45 m以內(nèi),最大不超過45 m。

        在45 m相同分塊大小情況下,分別建立厚1.0 m和1.5 m底板模型,通過模擬計算得出不同厚度底板情況下,澆筑3 d后混凝土內(nèi)部的溫度變化情況(圖6、圖7)。再通過建立40 m分塊大小、厚1.5 m底板模型,測得澆筑3 d后混凝土內(nèi)部的溫度變化情況(圖8)。

        圖6 1.0 m底板、45 m分塊模型的溫度云圖

        圖7 1.5 m底板、 45 m分塊模型的 溫度云圖

        圖8 1.5 m底板、40 m分塊模型的 溫度云圖

        通過圖6~圖8可以看出:分塊大小均在45 m左右時,1.5 m厚底板內(nèi)部最高溫度為75.4 ℃,大于70 ℃,混凝土脹裂;當(dāng)1.5 m厚基礎(chǔ)底板分塊大小在40 m左右時,測得混凝土內(nèi)部最高溫度為68.5 ℃,未超過70 ℃??梢缘贸?,1.5 m厚底板分倉大小應(yīng)控制在40 m以內(nèi),最大不超過40 m。

        在現(xiàn)場實(shí)際施工過程中,按照計算結(jié)果進(jìn)行分倉施工,在養(yǎng)護(hù)到位的情況下,對大體積混凝土測溫后發(fā)現(xiàn),基本上與理論數(shù)據(jù)相符合,即通過合理分倉能夠有效地控制混凝土裂縫的產(chǎn)生。以此為基礎(chǔ),對地下室外墻超長結(jié)構(gòu)以及混凝土樓板超長結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬計算,得出了不同厚度墻體以及樓板的最佳分倉大小,在取消后澆帶、加快工期的同時,能夠有效地避免混凝土裂縫的產(chǎn)生,保證了施工質(zhì)量。

        3 結(jié)語

        航站樓超長、大體積混凝土結(jié)構(gòu)采用跳倉法施工,取消原設(shè)計的溫度后澆帶,可避免留設(shè)后澆帶對高支模架體周轉(zhuǎn)、預(yù)應(yīng)力張拉、模板支設(shè)周轉(zhuǎn)的影響,在保證質(zhì)量的前提下極大地縮短了施工工期,利于后續(xù)二次結(jié)構(gòu)工程的提前穿插施工。通過流水遞推施工,可以有效地控制混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生。基礎(chǔ)底板及樓板施工以“縫”代“帶”,有效地避免了基礎(chǔ)底板后澆帶漏水的潛在隱患。跳倉法的應(yīng)用,合理地解決了后澆帶留設(shè)帶來的諸多問題,在國內(nèi)很多重點(diǎn)項目中均已得到驗證,且實(shí)施效果良好,具有十分廣闊的應(yīng)用前景,值得進(jìn)一步推廣使用。但在實(shí)施前,需根據(jù)工程特點(diǎn)制定專項施工方案及保證措施,科學(xué)合理地利用該工法,從而為建筑工程創(chuàng)造更好的社會與經(jīng)濟(jì)效益。

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