超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)連續(xù)施工技術(shù)在地下室中的應(yīng)用

許永坤，朱仁興，姚繼勇，謝永配，李長(zhǎng)成

（1. 中天空港（北京）建設(shè)工程總隊(duì)，北京 102401；2.空軍第一建筑安裝工程總隊(duì)，北京 100000；3.中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院，北京 100024）

超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)連續(xù)施工技術(shù)在地下室中的應(yīng)用

許永坤1，朱仁興1，姚繼勇2，謝永配2，李長(zhǎng)成3

（1. 中天空港（北京）建設(shè)工程總隊(duì)，北京 102401；2.空軍第一建筑安裝工程總隊(duì)，北京 100000；3.中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院，北京 100024）

本文介紹了補(bǔ)償收縮混凝土超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)連續(xù)施工技術(shù)在地下室工程中的應(yīng)用，選用限制膨脹≥0.08%的高性能混凝土膨脹劑配制補(bǔ)償收縮混凝土，依據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)優(yōu)化設(shè)置膨脹加強(qiáng)帶，利用連續(xù)式、后澆式膨脹加強(qiáng)帶替代后澆帶，加快施工進(jìn)度，節(jié)省費(fèi)用。

補(bǔ)償收縮混凝土；超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)連續(xù)施工技術(shù)；膨脹加強(qiáng)帶；限制膨脹率

0　前言

隨著人類對(duì)生活居住環(huán)境要求的提高和工程建設(shè)技術(shù)的發(fā)展，超長(zhǎng)超寬結(jié)構(gòu)（＞100m）的建筑成為當(dāng)前建設(shè)的主流。傳統(tǒng)的 “抗放兼?zhèn)?，以放為主”設(shè)計(jì)方法，通過(guò)設(shè)置后澆帶將結(jié)構(gòu)中的大部分約束應(yīng)力得以釋放，以膨脹混凝土抗衡和抵消殘余的收縮應(yīng)力，從而解決超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)收縮開裂問(wèn)題。然而，設(shè)置后澆帶一方面給設(shè)計(jì)和施工帶來(lái)麻煩，剔鑿費(fèi)工費(fèi)時(shí)，且易成為地下工程滲漏隱患[1-2]。另一方面延長(zhǎng)工期，增加模板周轉(zhuǎn)、降水和施工管理費(fèi)。因此，如能取消后澆帶，則具有明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義。補(bǔ)償收縮混凝土超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)連續(xù)施工技術(shù)在結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中處，通過(guò)設(shè)置膨脹加強(qiáng)帶，給予較大的膨脹應(yīng)力，使收縮應(yīng)力得到適宜的補(bǔ)償，從而控制裂縫的出現(xiàn)。目前，超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)連續(xù)施工技術(shù)已在京滬高鐵南京南站北廣場(chǎng)[3]、體育館看臺(tái)[4]和中大珠海校區(qū)教學(xué)樓[5]等國(guó)內(nèi)眾多超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)工程中成功應(yīng)用[3-5]。

1　工程概況

地下室東西長(zhǎng) 110m，南北寬 105.3m，外墻高度為9.50m，“回”字型結(jié)構(gòu)，超長(zhǎng)超寬。框架剪力墻結(jié)構(gòu)，防水等級(jí)為一級(jí)，設(shè)置混凝土結(jié)構(gòu)自防水、涂膜防水兩道防水。地下室底板厚度 600mm，外墻厚度 300mm，頂板厚度180mm。地下室底板、頂板混凝土強(qiáng)度等級(jí)為 C35，外墻等級(jí)為 C30，抗?jié)B等級(jí)為 P8，內(nèi)墻、柱混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C45。

2　超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)連續(xù)施工技術(shù)方案

2.1技術(shù)原理

補(bǔ)償收縮混凝土超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)連續(xù)施工技術(shù)是一種減少和取消伸縮縫、后澆帶的有效的設(shè)計(jì)、施工方法。

補(bǔ)償收縮混凝土在硬化過(guò)程中產(chǎn)生膨脹作用，在鋼筋和鄰位約束下，鋼筋受拉，混凝土受壓，當(dāng)鋼筋拉應(yīng)力與混凝土壓應(yīng)力平衡時(shí)，則

式中：

σc——混凝土預(yù)壓應(yīng)力，MPa；

As——鋼筋截面積，mm2；

μ——配筋率，%；

Ac——混凝土筋截面積，mm2；

Es——鋼筋彈性模量，MPa；

ε2——混凝土的限制膨脹率，%。

由公式可知，σc與 ε2成正比關(guān)系，限制膨脹率ε2隨膨脹劑摻量增加而增加。因此，通過(guò)調(diào)整膨脹劑摻量就可以使混凝土獲得不同的預(yù)壓應(yīng)力。通過(guò)在應(yīng)力集中處 σmax，設(shè)置膨脹加強(qiáng)帶（見圖 1），給予較大的膨脹應(yīng)力 σc，而在兩側(cè)給予較小的膨脹應(yīng)力，就可以使結(jié)構(gòu)的收縮應(yīng)力得到補(bǔ)償，超到抗裂的效果，這就是補(bǔ)償收縮混凝土超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)連續(xù)施工技術(shù)的理論依據(jù)[6]。

圖1　補(bǔ)償收縮混凝土超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)連續(xù)施工設(shè)計(jì)示意圖

2.2技術(shù)方案

本地下室屬于超長(zhǎng)超寬結(jié)構(gòu)，即使設(shè)置后澆帶，結(jié)構(gòu)開裂風(fēng)險(xiǎn)也較大。經(jīng)專家論證，本工程采用補(bǔ)償收縮混凝土超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)連續(xù)施工技術(shù)，利用膨脹加強(qiáng)帶取代后澆帶。地下室底板、外墻和頂板均使用補(bǔ)償收縮混凝土。JGJ/T 178—2009《補(bǔ)償收縮混凝土應(yīng)用應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》4.0.2 節(jié)指出，結(jié)構(gòu)總長(zhǎng)度大于 120m 的，限制膨脹率應(yīng)提高一個(gè)等級(jí)。本工程不同結(jié)構(gòu)部位混凝土的強(qiáng)度和限制膨脹率見表 1。

表1　補(bǔ)償收縮混凝土性能要求

膨脹劑性能指標(biāo)應(yīng)滿足 GB 23439—2009《混凝土膨脹劑》規(guī)定的 Ⅱ 型產(chǎn)品要求，并且水中 7d 的限制膨脹率必須≥0.080%。

考慮混凝土供應(yīng)及施工力量配置問(wèn)題，本工程基礎(chǔ)底板、頂板采用間歇式膨脹加強(qiáng)帶，帶寬 2000mm，膨脹加強(qiáng)帶之間的間距約為 40m 左右；外墻采用后澆式膨脹加強(qiáng)帶，帶寬 800mm，膨脹加強(qiáng)帶之間的間距約為 30m 左右，后澆式膨脹加強(qiáng)帶可在兩側(cè)混凝土澆筑之后 14d 進(jìn)行澆筑。間歇式、后澆式膨脹加強(qiáng)帶[7]分別見圖 2、圖 3。

圖2　間歇式膨脹加強(qiáng)帶示意圖

圖3　后澆式膨脹加強(qiáng)帶示意圖

在膨脹加強(qiáng)帶的兩側(cè)用快易收口網(wǎng)（成面好，無(wú)需后期剔鑿處理），將帶內(nèi)混凝土與帶外混凝土分開。澆筑補(bǔ)償收縮混凝土?xí)r，膨脹加強(qiáng)帶外的混凝土不能澆到加強(qiáng)帶內(nèi)。

底板水平施工縫的鋼板止水帶采用為“V”型，即鋼板止水帶兩側(cè)向上有一約 10°傾角，防止鋼板止水板下方有混凝土澆筑缺陷。外墻豎向施工縫的鋼板止水帶采用平板式鋼板止水帶即可。

地下室底板、外墻和頂板膨脹加強(qiáng)帶位置相同，膨脹加強(qiáng)帶位置劃分見圖 4。

圖4　地下室膨脹加強(qiáng)帶劃分

3　補(bǔ)償收縮混凝土制備

水泥：P·O 42.5 普通硅酸鹽水泥，性能符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。砂：中砂，含泥量小于 1.3。石：碎卵石，連續(xù)級(jí)配，含泥量＜1%。礦物摻合料、Ⅱ 級(jí)以上粉煤灰，S95 磨細(xì)礦渣粉。混凝土膨脹劑：CMA 膨脹劑，GB 23439－2009《混凝土膨脹劑》規(guī)定的 Ⅱ 型產(chǎn)品，7d 膨脹率不低于 0.08%。泵送劑，性能符合國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，減水率不小于 20%。

考慮現(xiàn)階段混凝土工人技術(shù)水平，為保證補(bǔ)償收縮混凝土密實(shí)性，混凝土入模坍落度控制在 180～200mm。以混凝土強(qiáng)度性能、限制膨脹率為目標(biāo)，兼顧混凝土施工性能，通過(guò)試驗(yàn)確定混凝土配合比，見表 2。

表2　混凝土配合比和抗壓強(qiáng)度

為保證補(bǔ)償收縮混凝土的均勻性，混凝土的攪拌時(shí)間取常規(guī)混凝土攪拌時(shí)間的 1.5 倍。混凝土攪拌站嚴(yán)格按制定的混凝土配合比拌制混凝土，當(dāng)原材料發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)試配后才可變更配合比。同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)砂、石含水量的抽檢工作，及時(shí)調(diào)整混凝土拌合用水量。補(bǔ)償收縮混凝土的限制膨脹率測(cè)量結(jié)果見圖 5。

圖5　補(bǔ)償收縮混凝土限制膨脹率

4　超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)連續(xù)施工

混凝土澆筑采用汽車泵泵送方式，地下室劃分為 5 個(gè)施工段，每個(gè)施工段安排 2 臺(tái)泵車和 2 個(gè)施工班組，每個(gè)班組配備 3 臺(tái)振搗棒?；炷翝仓鞍才湃藛T檢查膨脹加強(qiáng)帶支護(hù)，確保澆筑時(shí)不發(fā)生跑灰現(xiàn)象。

底板為上翻梁結(jié)構(gòu)，由施工段兩側(cè)向中間澆筑梁下面的混凝土，待混凝土接近初凝前，再由兩側(cè)向中間回澆，保證梁底基礎(chǔ)和梁內(nèi)混凝土之間不出現(xiàn)施工冷縫。加強(qiáng)振搗，采用梅花式振搗方式，每個(gè)振點(diǎn)振搗時(shí)間控制在 10s 左右，確保不漏振。對(duì)止水鋼板處、穿墻螺栓等防水節(jié)點(diǎn)加強(qiáng)振搗，從而確?；炷撩軐?shí)性。振搗后抹面覆蓋塑料薄膜，能上人后澆水養(yǎng)護(hù)。下一個(gè)施工段澆筑前，先澆筑膨脹加強(qiáng)帶的混凝土，然后再按照上述方式澆筑限制膨脹率小的補(bǔ)償收縮混凝土。

外墻高度 9.5m，分兩次澆筑，水平施工縫采用遇水膨脹橡膠止水條做止水構(gòu)造。外墻澆筑前按排人員重點(diǎn)檢查模板是否牢固，避免施工時(shí)發(fā)生跑?，F(xiàn)象。外墻混凝土分層澆筑，減少混凝土對(duì)模板的側(cè)壓力。振搗時(shí)，振搗棒插到底，快插慢拔。下部外墻帶模養(yǎng)護(hù) 7d 后拆模。上部外墻連同頂板一起澆筑，頂板在外墻膨脹加強(qiáng)處位置做一個(gè)隔離。外墻整體澆筑完成 14d 后，安排人員澆筑膨脹加強(qiáng)帶。

5　小結(jié)

地下室采用補(bǔ)償收縮混凝土超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)連續(xù)施工技術(shù)，利用間歇式、后澆式膨脹加強(qiáng)帶取消后澆帶，顯著加快施工進(jìn)度，地下室封頂累計(jì)耗時(shí) 45d。加快模板周轉(zhuǎn)，避免后澆帶剔鑿、滲漏隱患，降低工程造價(jià)。

[1] 孫福江，王斌，段先軍．首都機(jī)場(chǎng) T 3A 地下室局部滲治理[J]．中國(guó)建筑防水，2009(12)：35-38．

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Application of super-long structure continuous construction technology used in the basement project

Bai Yugui1, Zhang Shifeng2, Wang Gufeng2, Li Changcheng3
(Xu Yongkun 1, Zhu Renxing 1, Yao Jiyong 2, Dr John with 2, 3 Li Changcheng (1.Zhongtian airport (Beijing) construction corps, Beijing 102401; 2. Air Corps first construction and installation works, Beijing 100000; 3. China Building Materials Academy, Beijing 100024)China Building Materials Academy, Beijing100024)

The application super-long structure continuous construction technology of shrinkage-compensating concrete in a basement was introduced in this paper. Restrained expansion rate ≥0.08% was selected to make shrinkage-compensating concrete. An optimized design for locations of expansion reinforcing band was analyzed based on structural features. Post-poured strip was replaced by continuous and post-poured expansion reinforcing band. The above measures have the obvious effect to speed up the construction schedule and reduce the construction cost.

shrinkage-compensating concrete; super-long structure continuous construction technology; expansion reinforcing band; restrained expansion rate

許永坤（1969－），男，工程師。