超長地下室無縫施工及技術(shù)分析

【摘要】在混凝土中摻加SY-G高效膨脹抗裂劑配制補(bǔ)償收縮混凝土，即在一定的原則下利用膨脹加強(qiáng)帶取代后澆帶，解決超長鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)收縮開裂問題，從而達(dá)到結(jié)構(gòu)自防水和無縫施工的目的。

【關(guān)鍵詞】超長地下室；無縫施工；膨脹加強(qiáng)帶；自防水

1.工程概況

中國鐵建·海曦項(xiàng)目位于廈門市觀音山商務(wù)運(yùn)營中心片區(qū)最北端，下堡路與塔埔西路交叉口東南側(cè)，塔埔安置社區(qū)北側(cè)。工程總用地面積17972.646m2，總建筑面積56167.89m2，其中地上建筑面積44597.07m2，地下一層建筑面積11570.82m2。本小區(qū)總建筑面積為：56167.89m2，其中：地上計(jì)容建筑面積：45000m2，容積率：2.504。建筑密度：25.00%；綠地率：30%。其中1#樓（幼兒園）建筑面積：3000m2。2#～8#樓及地下室總建筑面積為：53167.89m2，其中：地上建筑面積：41597.07m2，地下室建筑面積：11570.82m2。工程基礎(chǔ)為PHC管樁，選用型號為PHC500-125-A，PHC500-125-AB型，樁尖選用為圓錐形樁尖。4#樓為框架結(jié)構(gòu)體系，2#、3#、5#、6#、7#、8#樓為剪力墻結(jié)構(gòu)體系。抗震等級為二級。本工程室內(nèi)±0.000m相當(dāng)于黃海高程21.700。

2.工程特點(diǎn)及施工難度

本工程工程質(zhì)量控制重難點(diǎn)：本工程樁基采用靜壓預(yù)制管樁，為工程質(zhì)量控制的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)之一。采用按設(shè)計(jì)終壓力控制為主，進(jìn)入設(shè)計(jì)土層深度控制為輔的措施，確保整體樁基質(zhì)量。另一重難點(diǎn)則為5、6#樓的復(fù)合地基控制，確保原狀土不受破壞，及時(shí)對原狀土進(jìn)行封閉，并控制級配砂石褥墊層質(zhì)量，保證按設(shè)計(jì)要求傳力。

地下室底板和側(cè)墻中的混凝土均為超長鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，施工技術(shù)要求較高，一次性澆筑混凝土工程量大。除必須滿足強(qiáng)度、剛度、整體性和耐久性外，還存在裂縫控制及結(jié)構(gòu)自防水問題。如何控制混凝土硬化期間由于水泥水化過程釋放的水化熱所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力和混凝土干縮應(yīng)力的共同作用，導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的開裂，破壞結(jié)構(gòu)防水封閉性及耐久性，將成為施工技術(shù)的關(guān)鍵。

考慮收縮變形，根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：現(xiàn)澆鋼筋混凝土伸縮縫的最大間距為20m（露天）～30m（室內(nèi)或土中），按規(guī)范規(guī)定超長結(jié)構(gòu)需設(shè)置后澆帶，后澆帶處混凝土40d～60d后再澆筑，后澆縫的留置、清理、支模等工序繁多、時(shí)間跨度長，施工成本高，且難以保證混凝土整體質(zhì)量，處理不好易成為滲漏的隱患。大量工程實(shí)踐證明，留縫并不能較好地解決混凝土構(gòu)造物的開裂問題。當(dāng)前鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫普遍存在，應(yīng)采取合理措施，有效避免混凝土自身體積變形等因素造成的結(jié)構(gòu)開裂，提高構(gòu)筑物的耐久性，延長使用壽命。

根據(jù)本工程的實(shí)際情況，經(jīng)過綜合比較分析，在混凝土中摻加SY-G高效膨脹抗裂劑配制補(bǔ)償收縮混凝土，即在一定的原則下利用膨脹加強(qiáng)帶取代后澆帶，在本工程中進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)自防水和無縫施工，能有效控制有害裂縫，提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，同時(shí)大大加快施工速度。

3.SY-G產(chǎn)品使用的綜合效益對比分析

現(xiàn)對使用后澆帶施工和使用膨脹加強(qiáng)帶連續(xù)施工兩種方法的綜合效益進(jìn)行一些對比分析：

3.1設(shè)置后澆帶的弊端

為解決超長結(jié)構(gòu)的收縮開裂問題，傳統(tǒng)的辦法是設(shè)置后澆帶，弊端很多：

①影響工程質(zhì)量。留于地下室基礎(chǔ)上的后澆帶，至少要?dú)v經(jīng)6周以上、有時(shí)甚至是整個(gè)建筑施工的全過程、直至結(jié)構(gòu)封頂，在這樣長的時(shí)間里，后澆帶將不可避免地落進(jìn)各種垃圾雜物，鋼筋也出現(xiàn)銹蝕。

②影響施工進(jìn)度，耽誤工期。按照規(guī)范規(guī)定，后澆帶至少需42天以后，待先澆混凝土結(jié)構(gòu)收縮基本穩(wěn)定，才能用膨脹混凝土回填。

③后澆帶貫穿于整個(gè)地下、地上結(jié)構(gòu)，所到之處遇梁斷梁，遇板斷板，給施工帶來很多不便，模板支撐、處理工藝繁瑣。

④后澆帶不回填，地下室降水就不能停止，增加大量的降水費(fèi)用。

⑤后澆帶混凝土與先澆混凝土間隔數(shù)月，新老混凝土的結(jié)合非常薄弱，一旦處理不好將嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的整體性和安全性。

⑥由于后澆帶處混凝土澆筑的時(shí)間差，在新老混凝土連接處常常產(chǎn)生塑性收縮或干燥收縮裂縫，設(shè)置后澆帶的初衷是防止結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫，但常常是人為地在后澆帶處造成兩條貫穿裂縫，引起漏水，造成鋼筋銹蝕，進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)安全。

⑦對于地下水位較高地區(qū)，在后澆帶填充之前，地下室往往處于滲漏狀態(tài)，嚴(yán)重影響施工和質(zhì)量。

⑧后澆帶將底板分成若干塊，換撐時(shí)底板抗水平力的能力大大消減，必須采取特殊措施方能確保底板穩(wěn)定性，由于底板的移動還可導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)的位移。

3.2無縫設(shè)計(jì)施工的效益

采用“超長鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計(jì)施工方法”可以取消后澆帶，從而克服留縫的諸多缺點(diǎn)，綜合效益如下：

①提高了工程質(zhì)量，確保建筑結(jié)構(gòu)的整體性和安全性。

②大大縮短了工期，加快了施工進(jìn)度。

③簡化施工工藝，減少后澆帶處理給施工帶來的麻煩和給工程帶來的隱患。

④節(jié)省降水費(fèi)用、人員工資和施工管理費(fèi)用；取消后澆帶兩側(cè)應(yīng)設(shè)的橡膠止水帶（目前市場價(jià)80-100元/米），節(jié)省了這部分的材料費(fèi)。

⑤提高模板周轉(zhuǎn)、降低設(shè)備占用租賃費(fèi)。

⑥提高資金的利用率。

⑦建筑物提前投入使用，也可為業(yè)主帶來較大的直接或間接經(jīng)濟(jì)效益。

4.補(bǔ)償收縮混凝土結(jié)構(gòu)自防水的技術(shù)說明

“超長鋼筋混凝土無縫設(shè)計(jì)施工方法”是中國建筑材料科學(xué)研究院開發(fā)出的一項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)，它是利用混凝土膨脹劑的膨脹性能，通過摻量的變化，調(diào)整膨脹量，對整體混凝土結(jié)構(gòu)不同部位的收縮進(jìn)行補(bǔ)償，即根據(jù)工程結(jié)構(gòu)不同部位的收縮情況，采用膨脹加強(qiáng)帶的方法將整體結(jié)構(gòu)分成若干塊，然后用具有不同膨脹性能的混凝土去填充，施工時(shí)可連續(xù)施工也可間歇施工，應(yīng)用靈活方便，確保工程的整體性。

4.1無縫設(shè)計(jì)的理論依據(jù)之一：應(yīng)力分析

“無縫設(shè)計(jì)”是相對的，根據(jù)工程結(jié)構(gòu)具體情況，可無縫或少縫。這里的“縫”指的是釋放收縮應(yīng)力的后澆帶或永久伸縮縫，不包括沉降縫。其設(shè)計(jì)思路是“抗放兼施，以抗為主”。即以摻SY-G高效膨脹抗裂劑的補(bǔ)償收縮混凝土作為結(jié)構(gòu)材料，其在水化硬化過程中產(chǎn)生膨脹作用，該膨脹由于受到鋼筋和鄰位的約束，能在結(jié)構(gòu)中建立一定的預(yù)壓應(yīng)力δC，由此來抵抗收縮變形時(shí)產(chǎn)生的拉應(yīng)力，防止混凝土開裂。必須指出，鋼筋或鄰位的約束（或限制）對于膨脹混凝土而言是至關(guān)重要的因素。

膨脹混凝土用于超長結(jié)構(gòu)無縫施工，其限制膨脹（ε2）設(shè)計(jì)和設(shè)定非常重要。ε2偏小則補(bǔ)償收縮能力不足，無縫施工難以實(shí)現(xiàn)；ε2過大，對混凝土強(qiáng)度有明顯影響。經(jīng)大量試驗(yàn)研究與工程實(shí)踐證明，SY-G替代混凝土中的膠凝材料8-12%，對強(qiáng)度無影響，限制膨脹率適宜，ε2=（2.0～3.0）×10-4，在配筋率μ=0.2%～0.8%的條件下，可在結(jié)構(gòu)中建立0.2～0.7MPa預(yù)壓應(yīng)力，這一預(yù)壓應(yīng)力值可以抵消混凝土在硬化過程中因溫度和干縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力，從而防止混凝土收縮開裂，或把裂縫控制在無害裂縫范圍內(nèi)（小于0.2mm）?；谶@一“抗”的原理，采用SY-G后澆縫的間距延長至60m是安全的，比規(guī)范20～40m增加一倍左右。這是無縫設(shè)計(jì)概念中的“少縫”含義，已成功應(yīng)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。

4.2無縫設(shè)計(jì)的理論依據(jù)之二：變形分析

根據(jù)我國著名的水泥混凝土專家，中國工程院院士吳中偉教授關(guān)于膨脹混凝土的基本理論和觀點(diǎn)，防止混凝土開裂，有如下判據(jù)：

│ε2-（St+Sd-CT）│≤SK （1）

式中ε2——限制膨脹率；

St——冷縮率；

Sd——干縮率；

CT——受拉徐變率，徐變CT對補(bǔ)償收縮防止開裂是有利因素；

SK——極限延伸率。

滿足上述判據(jù)，就不必設(shè)伸縮縫，否則應(yīng)設(shè)伸縮縫。當(dāng)不摻SY-G時(shí)，規(guī)范規(guī)定約30m設(shè)一道伸縮縫，以避免收縮應(yīng)力從自由端沿長向積累，引起中段開裂。

我國著名的裂縫專家王鐵夢教授通過對結(jié)構(gòu)物應(yīng)力—應(yīng)變分析與計(jì)算，求得了平均伸縮縫間距（或裂縫間距），計(jì)算公式如下。

[L]=1.5arcosh|αT | /（|αT |-S） （2）

式中H——底板厚度或側(cè)墻高度（mm）；

E——混凝土彈性模量（MPa）；

Cx——基礎(chǔ)的水平阻力系數(shù)N/mm3，配筋混凝土1.0×1.5N/mm3；

α——混凝土的線性膨脹系數(shù)，取1.0×10-5；

T——為綜合溫差，

普通混凝土T=T1+T2，膨脹混凝土=T1+T2-T3（T1—混凝土因水泥 水化熱而引起的溫升值；T2—混凝土的收縮當(dāng)量溫差；T3—膨脹混凝土的膨脹當(dāng)量溫差）；

│αT│——約束體與被約束體的相對自由溫差變形（mm）；

SK——混凝土的極限拉伸值；

arcosh——雙曲余弦函數(shù)的反函數(shù)。

該公式是用極限變形計(jì)算伸縮縫間距。這表明王鐵夢的裂縫間距計(jì)算公式在極限狀態(tài)下其本質(zhì)同吳中偉的防止混凝土開裂的判據(jù)公式完全一致。由上式可見，溫差或收縮很重要，一般總是│αT│大于SK。它們的差距越大，伸縮縫間距越小；差距越小，伸縮縫間距越大。如設(shè)法使約束程度下降，即可增大伸縮縫的間距。如CX→0，則L→∞，即在理論上建筑物任意長度均可取消伸縮縫。這就需要降低溫差或減小混凝土收縮，提高混凝土的極限拉伸SK。然而，提高混凝土的SK是十分困難的，只有設(shè)法降低混凝土的水化熱和收縮，即控制裂縫原則是│αT│≤SK，這是“抗”的辦法。工程實(shí)踐表明，在混凝土中摻入適量的SY-G，由于混凝土的膨脹可補(bǔ)償混凝土的冷縮和干縮，可顯著地減少│αT│，從而延長伸縮縫的間距。

4.3 大體積混凝土裂縫的成因

從材料方面看， 水泥水化是個(gè)放熱過程， 根據(jù)水泥品種的不同， 其7天水化熱為300～400J/Kg。在絕熱情況下，混凝土內(nèi)部溫升可達(dá)40～70℃。水泥的水化熱大部分集中在前7天釋放，在自然環(huán)境中，由于存在發(fā)熱和散熱兩種因素，混凝土的內(nèi)部溫度一般在2～4天達(dá)到最高，然后逐步降溫，這樣就會產(chǎn)生冷縮，溫度每下降10℃時(shí)，產(chǎn)生冷縮值約1×10-4，相應(yīng)地就會產(chǎn)生較大的收縮拉應(yīng)力；另一方面，大體積混凝土的散熱較慢，這樣內(nèi)外就會出現(xiàn)很大的溫差，從而在內(nèi)部產(chǎn)生溫差應(yīng)力，這就是大體積混凝土開裂的主要原因。

5.混凝土裂縫控制措施

補(bǔ)償收縮混凝土是指在所使用的配筋條件下能使混凝土內(nèi)部建立0.2～0.7MPa的預(yù)壓應(yīng)力或者使混凝土所受的拉力低于混凝土抗拉強(qiáng)度的一種微膨脹混凝土。它能有效補(bǔ)償混凝土的干縮和冷縮，同時(shí)水化形成的大量晶體物質(zhì)鈣礬石具有填充毛細(xì)孔縫的作用，使毛細(xì)孔變細(xì)、減小，增加致密性，顯著提高了混凝土的抗裂防滲性能。

本工程現(xiàn)澆混凝土工程量大，預(yù)防和控制混凝土結(jié)構(gòu)裂縫是保證工程質(zhì)量的關(guān)鍵。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，控制的主要對象是超長的地下室底板和側(cè)墻。采取的技術(shù)措施主要是：

（1）狠抓結(jié)構(gòu)質(zhì)量，增強(qiáng)全員質(zhì)量意識。

從項(xiàng)目部到生產(chǎn)班組、從干部到工人要始終把加強(qiáng)施工管理、提高工程質(zhì)量放在工作首位，堅(jiān)持貫徹“百年大計(jì)、質(zhì)量第一”方針，走質(zhì)量效益型道路，在狠抓結(jié)構(gòu)質(zhì)量、提高工程產(chǎn)品質(zhì)量上下功夫，爭創(chuàng)優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)工程。

（2）加強(qiáng)施工管理，嚴(yán)密施工組織，完善施工工藝。

（3）優(yōu)化混凝土配合比，在混凝土中摻加SY-G高效膨脹抗裂劑，利用其膨脹性能，補(bǔ)償混凝土在水化硬化過程中因干縮、冷縮等引起的體積收縮。

①在滿足結(jié)構(gòu)要求的基礎(chǔ)上，通過適量摻加優(yōu)質(zhì)粉煤灰和緩凝高效減水劑，盡量降低水泥用量，使水化熱相應(yīng)降低；②在保證滿足泵送工藝要求的前提下，盡量降低混凝土單方用水量及砂率；③控制混凝土初凝時(shí)間在10小時(shí)左右，避免冷縫，推遲水化熱峰值。

（4）嚴(yán)格執(zhí)行混凝土配合比。

（5）保證混凝土澆筑質(zhì)量。

為了保證混凝土澆搗的質(zhì)量，在澆搗前做好有針對性和可操作性的詳細(xì)的質(zhì)量、安全交底，在施工過程中，管理人員嚴(yán)格督促操作班組按規(guī)程和交底要求去做。澆搗混凝土要派專人負(fù)責(zé)平倉和養(yǎng)護(hù)，以保證混凝土澆搗的質(zhì)量。

（6）構(gòu)造（溫度）鋼筋的設(shè)計(jì)對膨脹混凝土有效膨脹能的利用和分散收縮應(yīng)力集中起到重要作用。為補(bǔ)償溫度應(yīng)力，在膨脹加強(qiáng)帶部分增加雙層雙向配筋，位置垂直于加強(qiáng)帶。

（7）對底板混凝土表面在初凝后終凝前進(jìn)行多次原漿收面，用木抹刀或機(jī)械多次搓壓，以閉合早期塑性收縮裂紋，然后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

（8）及時(shí)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。

6.主要施工技術(shù)措施

根據(jù)大量工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，工業(yè)與民用建筑地下空間結(jié)構(gòu)可以使用摻SY-G高性能膨脹抗裂劑的補(bǔ)償收縮混凝土，通過設(shè)置“間歇式”膨脹加強(qiáng)帶，建立“以抗為主，抗放結(jié)合”的裂縫控制體系。達(dá)到裂縫控制及結(jié)構(gòu)自防水目的。為了節(jié)省工期和施工方便，本工程選用如下方法施工：

選用“連續(xù)式”膨脹加強(qiáng)帶，即整體混凝土連續(xù)澆筑，到膨脹加強(qiáng)帶位置時(shí)更換混凝土配合比，膨脹加強(qiáng)帶兩側(cè)為軟接茬，不留施工縫（如下圖）。膨脹加強(qiáng)帶設(shè)置寬度為2m，帶的兩側(cè)分別架設(shè)密孔鐵絲網(wǎng)，并用Φ10@100短筋加固。防止不同配合比的砼流入加強(qiáng)帶內(nèi)，施工時(shí)，帶外先用小膨脹混凝土（摻入8%SY-G）澆注，砼強(qiáng)度等級為C35。澆至加強(qiáng)帶時(shí)，改用大膨脹混凝土（摻入12% SY-G），砼強(qiáng)度等級為C40，澆完后再用小膨脹混凝土（摻入8% SY-G）澆另一側(cè)底板，砼強(qiáng)度等級為C35，如此循環(huán)下去，可連續(xù)澆筑150m左右的超長結(jié)構(gòu)。

本工程用膨脹加強(qiáng)帶劃分施工區(qū)段，采用分段連續(xù)作業(yè)、一氣呵成的方法施工。混凝土的澆筑沿縱向每區(qū)段內(nèi)采用“一個(gè)坡度、循序推進(jìn)、一次到頂”的連續(xù)澆筑方法，混凝土自然流淌形成一個(gè)斜坡。這種方法能較好地適應(yīng)泵送工藝，避免泵管的經(jīng)常拆除沖洗和接長，提高泵送效率，保證及時(shí)接茬，避免冷縫的出現(xiàn)。

混凝土的養(yǎng)護(hù)是保證工程質(zhì)量的最重要的措施之一，要派專人負(fù)責(zé)養(yǎng)護(hù)工作。在實(shí)際的施工過程中，針對不同的建筑部位，應(yīng)采用不同的養(yǎng)護(hù)方法。

地下室底板：由于地下室底板四周都有反邊，澆筑完混凝土后會形成一個(gè)小水池，所以在底板終凝后馬上進(jìn)行蓄水養(yǎng)護(hù)14d，然后轉(zhuǎn)入自然養(yǎng)護(hù)。

地下室側(cè)壁： 墻體澆筑完后，頂部接好DN20PVC塑料管，并接通自來水，塑料管迎墻面每隔20～30刺一小孔，使能形成噴淋小水幕帶模養(yǎng)護(hù)1～2天，松動模板的螺絲，讓模板離混凝土墻體有2～3mm的間隙，不斷淋水，帶模養(yǎng)護(hù)5～7天以后，拆除模板后，用麻袋片緊貼墻體表面，繼續(xù)淋水養(yǎng)護(hù)14d。

7.質(zhì)量檢查

（1）控制混凝土裂縫，必須加強(qiáng)質(zhì)量檢查，保證施工質(zhì)量。在澆筑混凝土期間，值班人員要負(fù)責(zé)檢查混凝土的調(diào)配、澆筑和養(yǎng)護(hù)，使其始終于受控狀態(tài)。

（2）檢查混凝土施工工藝，重點(diǎn)是膨脹加強(qiáng)帶的預(yù)留、混凝土澆筑、施工縫的處理、底板、頂板混凝土表面的二次抹面、養(yǎng)護(hù)覆蓋是否符合設(shè)計(jì)與施工方案的規(guī)定。

（3）按GB50208-2001《地下防水工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》規(guī)定檢測混凝土坍落度、檢查原材料稱量；按規(guī)定留抗?jié)B試塊。

（4）檢查混凝土的凝結(jié)時(shí)間是否滿足連續(xù)作業(yè)需要。

（5）覆蓋養(yǎng)護(hù)時(shí)，敞露的混凝土表面必須全部嚴(yán)密地覆蓋。

（6）檢查混凝土澆筑時(shí)，拆除模板、撤除養(yǎng)護(hù)覆蓋物中申請的執(zhí)行情況。

（7）按《混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》留置抗壓強(qiáng)度試塊及檢驗(yàn)評定。

8.技術(shù)分析

混凝土結(jié)構(gòu)工程是百年大計(jì)，而外防水（如瀝青卷材或煤焦油、聚氨酯防水涂料等）通常則壽命較短，根據(jù)以往的工程經(jīng)驗(yàn)，外防水壽命往往不超過十年，這樣就存在外防水壽命和結(jié)構(gòu)壽命不同步的問題。在外防水失效后，混凝土結(jié)構(gòu)本身能不能防水才是決定性的因素。因此，混凝土結(jié)構(gòu)自防水是根本。要做好混凝土本身的自防水，首先要解決超長鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)收縮開裂問題，然后才是抗?jié)B，即抗裂比抗?jié)B更重要。

SY-G高效膨脹抗裂劑可有效補(bǔ)償混凝土的收縮，防止有害裂縫的產(chǎn)生，并大幅度提高混凝土的抗?jié)B性（比普通混凝土提高2-3倍）。通過無縫設(shè)計(jì)施工，不但可以解決結(jié)構(gòu)整體防水，而且可以加快施工速度，簡化設(shè)計(jì)和施工。

在我國《鋼筋混凝土裂縫控制指南》中提出：應(yīng)采取“防”、“放”、“抗”的綜合措施，設(shè)計(jì)、材料和施工相結(jié)合的裂縫控制方法，其中對混凝土材料的選擇和配合比，除達(dá)到設(shè)計(jì)的強(qiáng)度、抗?jié)B等級外，還應(yīng)具有抵抗裂縫的功能。設(shè)膨脹加強(qiáng)帶方式屬于“抗”，后澆式膨脹加強(qiáng)帶方式屬于“放”，改變結(jié)構(gòu)的約束是“防”。本工程超長地下室的無縫設(shè)計(jì)施工正是體現(xiàn)了“抗”、“放”和“防”三者的結(jié)合。