跳倉法在超長混凝土底板中的設(shè)計與研究

劉桂然

（上海建筑設(shè)計研究院有限公司，上海 200041）

跳倉法在超長混凝土底板中的設(shè)計與研究

劉桂然

（上海建筑設(shè)計研究院有限公司，上海 200041）

一般工程中對超長地下室主要采用設(shè)置施工后澆帶的方式，從而釋放施工階段混凝土的收縮變形。但這種常規(guī)的處理方式存在一些設(shè)計和施工不足，給工程質(zhì)量造成一定的隱患。論文以某工程項(xiàng)目為依托，對跳倉法進(jìn)行了研究和應(yīng)用。該方法避免了施工后澆帶的設(shè)置，達(dá)到了良好的設(shè)計和施工效果。

跳倉法；超長結(jié)構(gòu)；混凝土底板

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.05.004

1　引言

一般工程中，混凝土結(jié)構(gòu)為避免超長引起使用期與施工期的收縮裂縫，需要設(shè)置永久伸縮縫與施工后澆帶，這也是現(xiàn)行混凝土設(shè)計規(guī)范的建議做法。但永久性伸縮縫在防水材料老化后，經(jīng)常成為滲水的原因。后澆帶也帶來一系列質(zhì)量與施工難題，如后澆帶清理工作艱難，施工質(zhì)量難以保證，后澆帶處往往開裂與滲水；后澆帶填充前，地下室始終處于漏水狀態(tài)，嚴(yán)重影響施工開展，且土體必須長時間降水，后澆帶處底板長期存在抗浮穩(wěn)定安全隱患；樓板后澆帶處的模板支撐體系留置時間較長，給室內(nèi)回填和二次裝修穿插帶來較大影響，造成總工期較長；并且后澆帶在預(yù)防墻體與樓板收縮裂縫效果上并不理想，后澆帶自身反而經(jīng)常成為開裂漏水的原因。

由此可見，通過留設(shè)后澆帶來防止混凝土裂縫可以起到一定的作用，但同時也存在一些不足。防止混凝土結(jié)構(gòu)裂縫作為一個綜合性的問題，需要在設(shè)計時綜合考慮，不能僅設(shè)定單一的后澆帶措施，還要盡量通過落實(shí)“減、放、抗”的綜合施工措施，來有條件地取消各種后澆帶與結(jié)構(gòu)縫，從而極大地實(shí)現(xiàn)方便施工，從而保證施工質(zhì)量?；谏鲜鲈?，提出了在超長混凝土底板設(shè)計中使用跳倉法的可能性。

2　跳倉法施工原理

跳倉法施工原理基于“混凝土的開裂是一個涉及設(shè)計、施工、材料、環(huán)境及管理等的綜合性問題，必須采取耶抗?fàn)斉c耶放爺相結(jié)合的綜合措施來預(yù)防”[1,2]。

“放”的原理是基于目前在工民建混凝土結(jié)構(gòu)中，膠凝材料(水泥)水化放熱速率較快，l～3d達(dá)到峰值，以后迅速下降，經(jīng)過7～14d接近環(huán)境溫度的特點(diǎn)，通過對現(xiàn)場施工進(jìn)度、流水、場地的合理安排，先將超長結(jié)構(gòu)劃分為若干倉，相鄰倉混凝土需要間隔7d后才能澆筑相連，通過跳倉間隔釋放混凝土前期大部分溫度變形與干燥收縮變形引起的約束應(yīng)力。“放”的措施還包括初凝后多次細(xì)致的壓光抹平，消除混凝土塑性階段由大數(shù)量級的塑性收縮而產(chǎn)生的原始缺陷；澆筑后及時保溫、保濕養(yǎng)護(hù)，讓混凝土緩慢降溫、緩慢干燥，從而利用混凝土的松弛性能，減小疊加應(yīng)力。

“抗”的基本原則是在不增加膠凝材料用量的基礎(chǔ)上，盡量提高混凝土的抗拉強(qiáng)度，主要從控制混凝土原材料性能、優(yōu)化混凝土配合比入手，包括控制骨料粒徑、級配與含泥量，盡量減小膠凝材料用量與用水量，控制混凝土入模溫度與入模塌落度，保證混凝土均質(zhì)密實(shí)?！翱埂钡拇胧┻€包括加強(qiáng)構(gòu)造配筋，尤其是板角處的放射筋與大梁中的腰筋。結(jié)構(gòu)整體封倉后，以混凝土本身的抗拉強(qiáng)度抵抗后期的收縮應(yīng)力，整個過程“先放后抗”，最后“以抗為主”。從約束收縮公式分析中，可得混凝土結(jié)構(gòu)中的變形應(yīng)力并不是隨結(jié)構(gòu)長度或約束情況而線性變化的，其最大值最后總是趨近于某一極值，若混凝土的抗拉強(qiáng)度能盡量貼近這一值，則可極大地減小開裂。同時可看出,最大應(yīng)力總是與結(jié)構(gòu)的降溫幅度成正比（干燥收縮也等效為等量降溫），故提高抗拉強(qiáng)度不能以增加水化熱溫升或干燥收縮為前提。

3　計算和分析

3.1底板跳倉法收縮應(yīng)力計算

將整個地下室的底板分6倉進(jìn)行施工，每倉編號如圖1所示。

圖1　分倉示意圖

取M軸線所在底板對跳倉進(jìn)行收縮應(yīng)力分析，按整體跳倉施工部署，整個底板混凝土從中間向兩側(cè)開始施工，首先施工2-1倉，然后施工3-1倉、3-2倉，每倉間的施工間隔一般都大于7d，但為了計算簡便且考慮安全因素，可均按間隔7d時間考慮。間隔7天流水遞推施工過程見圖2，第一次澆筑編號為2-1倉（長度55m）的澆筑塊；7d后第二次澆筑編號3-1倉（長度66m）與3-2倉（長度63m）的澆筑塊。

根據(jù)《大體積混凝土施工規(guī)范》［1］中公式（1），對由于混凝土綜合降溫而產(chǎn)生的外約束應(yīng)力進(jìn)行計算。

不同澆筑長度不同齡期下的約束系數(shù):

公式中涉及的參數(shù)計算如表1～表7所示。

表1　底板不同齡期中心溫度計算

表3　不同齡期底板綜合降溫值

表4　不同加載齡期應(yīng)力松弛系數(shù)計算值

表5　C35混凝土不同齡期彈模取值

表6　C35混凝土不同齡期混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值取值

表7　各時段澆筑倉最大收縮應(yīng)力匯總

從上述計算過程可看出，每一倉在施工過程的收縮應(yīng)力始終小于混凝土的抗拉強(qiáng)度，60d后在底板形成的最大拉應(yīng)力為0.976MPa，所以,底板不會在施工過程中產(chǎn)生貫穿性的裂縫，對于由于內(nèi)外溫差引起的混凝土表面裂縫，將通過保溫、保濕養(yǎng)護(hù)等進(jìn)行控制，同時可看出,底板收縮應(yīng)力具有以下特點(diǎn)：

1)由于溫度收縮應(yīng)力始終與降溫幅度成正比，故控制混凝土的內(nèi)部水化溫升大小，是控制溫度收縮應(yīng)力的關(guān)鍵，應(yīng)努力從減小膠凝材料用量、用水量、控制入模溫度等方面控制水化溫升值與干縮值，本工程中底板混凝土的強(qiáng)度為C35，建議可采用60d強(qiáng)度，則對控制裂縫更為有利。

2)由于混凝土在早期特別是前28d內(nèi)的松弛效應(yīng)十分顯著，應(yīng)充分利用徐變松弛效應(yīng)來減小結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力的疊加，因此必須保證7d的跳倉澆筑間隔，讓應(yīng)力得到充分松弛后再累加，同時做好保溫,保濕養(yǎng)護(hù)措施，讓混凝土緩慢降溫,充分利用徐變松弛效應(yīng)，也同時避免由于內(nèi)外溫差與表面干燥形成的表面收縮裂縫。

3)在不增加膠凝材料用量的前提下，提高混凝土本身的抗拉強(qiáng)度是控制裂縫的根本，主要從控制骨料的含泥量、優(yōu)化骨料級配、細(xì)致的振搗與收光，局部增加細(xì)而密的配筋等方面入手。

3.2底板后澆帶施工收縮應(yīng)力計算

表8　各時段澆筑倉最大收縮應(yīng)力匯總

4　結(jié)論

根據(jù)上述分析結(jié)果，使用跳倉法比使用后澆帶法使底板增加了0.254MPa拉力，但增加后的總拉應(yīng)力仍小于開裂應(yīng)力，并仍有一定的安全余量，不會導(dǎo)致底板產(chǎn)生有害裂縫?？紤]跳倉法能減少一半數(shù)量的施工縫，同時能避免后澆帶因長期存在而帶來的質(zhì)量隱患，因此可以認(rèn)為跳倉法對本工程適用性較強(qiáng)。目前，該項(xiàng)目已經(jīng)結(jié)構(gòu)封頂，地下室底板已通過質(zhì)量驗(yàn)收。這也佐證了跳倉法在混凝土大底板中的有效性。

【1】王鐵夢.建筑物的裂縫控制[M].上海：上?？萍汲霭嫔?，1987.

【2】王鐵夢.工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997.

【3】GB 50496—2009大體積混凝土施工規(guī)范[S].

Design and Research of Sequence Construction to Super-long Concrete Foundation Slab

LIU Gui-ran
(Shanghai Institute of Architecture Design and Research,Shanghai 200041，China)

In order to release the shrinkage deformation in concrete construction phase,the late poured band is always applied in super-long foundation slabs.But many disadvantages have been found in the process of design and construction,increasing the probality of safety risks. Based on an engineering project,the sequence construction has been conducted and researched.The application of the sequence construction gets perfect design and construction effect,insteading of the late poured band.

sequence construction;super-long structure;concrete foundation slab

TU37

A

1007-9467（2016）05-0028-03

劉桂然（1984～），男，山東濟(jì)寧人，工程師，從事結(jié)構(gòu)工程設(shè)計與研究，（電子信箱）liugr@siadr.com.cn。

2016-02-24