大連金州新區(qū)斯大林路地下商業(yè)街工程超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)問(wèn)題探討

隋 旭

大連港口設(shè)計(jì)研究院有限公司

大連金州新區(qū)斯大林路地下商業(yè)街工程超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)問(wèn)題探討

隋 旭

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“大連金州新區(qū)斯大林路地下商業(yè)街工程”是采用蓋挖法施工的地下建筑，建在城市主干道的地下，沿著道路延伸布置的，采用板柱體系，南北方向長(zhǎng)度470米，不設(shè)永久變形縫。

蓋挖法；溫度應(yīng)力；混凝土早期變形

1 前言

大連金州新區(qū)斯大林路地下商業(yè)街工程南北方向長(zhǎng)度470米，東北至西南方向341米，建在城市主要道路的地下，是沿著與中心廣場(chǎng)相交的幾條道路分布的，柱間距8米，采用板柱體系，不設(shè)永久的變形縫的超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，是采用蓋挖法施工的地下建筑，所以溫度應(yīng)力和變形問(wèn)題就成了值得探討的問(wèn)題，這實(shí)際是有交集的兩個(gè)問(wèn)題，一個(gè)是由于結(jié)構(gòu)環(huán)境溫度變化產(chǎn)生的溫度應(yīng)力，另一個(gè)是來(lái)自于施工階段混凝土的早期變形。

2 結(jié)構(gòu)環(huán)境溫度變化產(chǎn)生的溫度應(yīng)力

結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力，一般是指結(jié)構(gòu)由于水平分布構(gòu)件（板、梁或墻）的溫度變化所產(chǎn)生的水平方向變形，使得支撐構(gòu)件（柱、墻和支撐）截面承受其帶來(lái)的應(yīng)力，同時(shí)，支撐構(gòu)件也反過(guò)來(lái)阻止水平構(gòu)件變形使之產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力，當(dāng)這種應(yīng)力超出極限時(shí)，會(huì)使構(gòu)件產(chǎn)生裂縫甚至斷裂破壞。

大連金州新區(qū)斯大林路地下商業(yè)街工程采用分段施工的方法，首先進(jìn)行中心區(qū)段頂板整體澆筑，覆土，恢復(fù)道路；在該段通車后再接建東、南、西頂板和北面地下兩層結(jié)構(gòu)的頂板施工；最后完成地下挖掘土體和接建基礎(chǔ)、墻、柱。

為了給地面以下的管網(wǎng)及暗渠留出埋置空間，頂板上覆土深度大于2.4米，由于地下溫度、濕度較為穩(wěn)定，變化幅度較小，接近恒定（前期專家評(píng)審會(huì)上認(rèn)為正常使用期間平均溫度為16.2度）。所以處于使用階段的地下結(jié)構(gòu)，只要使用的環(huán)境不發(fā)生改變，其溫度應(yīng)力和變形就是可控的。其最大的溫度變化區(qū)間為施工期間和正常使用階段之間的溫度差。

該工程最長(zhǎng)的頂板澆筑段--中心區(qū)段為310多米，頂板混凝土澆注時(shí)間選在平均氣溫與建筑正常使用期間溫度相接近的時(shí)間點(diǎn)。該段頂板采用的是半幅施工，混凝土的澆注時(shí)間分別是5月中旬和11月初，大連五月氣溫：12～20度，平均16度；大連十月氣溫：11～18度，平均14.5度；與正常使用時(shí)間段溫度基本一致，相差小于2度。按平均溫差2度來(lái)算（鋼筋混凝土中的鋼筋線膨脹系數(shù)為1.2x10-5/oC，混凝土的線膨脹系1x10-5/oC，兩者非常接近，因而鋼筋混凝土中的鋼筋和混凝土在溫度應(yīng)力作用下能協(xié)同工作，其線膨脹系采用1x10-5/oC），?L=L·ac·?t=310000x1x10-5x2=6.2；則該段頂板變形量小于6.2毫米，即每側(cè)遠(yuǎn)端最大伸縮量小于3.1毫米。由于頂板施工是先在地面上鋪模板（竹木模板），預(yù)埋柱帽和墻的鋼筋，澆筑混凝土，然后頂板上部做柔性防水，覆蓋泥土，恢復(fù)路面。所以其溫度變形產(chǎn)生的應(yīng)力要克服現(xiàn)澆板與模板和模板與地面以及柔性防水與土體的摩擦力，還有柱帽模板凸出于地下產(chǎn)生的水平向阻力。同時(shí)應(yīng)該考慮模板和土體自身材料彈性變形的抵消作用。

接建的東、南、西和北部方向頂板區(qū)段的施工是在中心區(qū)段頂蓋完成覆土后間隔一段時(shí)間開始的，覆土后構(gòu)件的溫度被認(rèn)為與正常使用的溫度一致，也就是說(shuō)中心區(qū)段的溫度變形已完成不會(huì)與被接建部分累加。

由于工程采用蓋挖法施工，在完成頂蓋澆筑恢復(fù)路面后，建造基礎(chǔ)和支撐結(jié)構(gòu)前，頂板是由土體支撐的，因此，溫度變化引起頂板的應(yīng)力對(duì)下部支撐結(jié)構(gòu)無(wú)所謂影響。所以商業(yè)街工程結(jié)構(gòu)環(huán)境溫度變化產(chǎn)生的溫度應(yīng)力不會(huì)造成危及結(jié)構(gòu)安全的影響。

3 來(lái)自于施工階段的混凝土早期變形

結(jié)構(gòu)的變形除了結(jié)構(gòu)的溫度原因，很大程度上還有來(lái)自于施工階段混凝土的早期變形。能引起混凝土早期變形且產(chǎn)生裂縫的因素有很多，其中最主要是以混凝土內(nèi)部濕度變化引起的收縮（干縮）和水化溫差引起的收縮（冷縮）以及由混凝土材料自身原因引起的收縮（自收縮）。隨著構(gòu)件長(zhǎng)度的加大，其收縮量如果累積起來(lái)會(huì)產(chǎn)生很大的變形量。由于鋼筋的阻隔和約束作用，混凝土的這種收縮會(huì)形成分布的微隙或裂縫。這種裂縫在凝固硬化后會(huì)成為使用應(yīng)力、溫度應(yīng)力和疲勞應(yīng)力的突破口，產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而降低承載能力、疲勞強(qiáng)度和使用壽命，也會(huì)使混凝土的滲透性加強(qiáng)，甚至出現(xiàn)貫通裂縫，造成構(gòu)件破壞，危及結(jié)構(gòu)安全。因此，商業(yè)街頂板各澆筑分段區(qū)內(nèi)采用補(bǔ)償收縮混凝土+連續(xù)式膨脹加強(qiáng)帶，同時(shí)摻加聚丙烯纖維；各澆筑分段區(qū)之間通過(guò)時(shí)間間隔和采用間歇式膨脹加強(qiáng)帶(前后接建時(shí)采用)的措施來(lái)解決。

補(bǔ)償收縮混凝土+膨脹加強(qiáng)帶方法阻止混凝土裂縫的原理就是在制備混凝土?xí)r加入硫鋁酸鈣作為膨脹劑，水化反應(yīng)形成膨脹性水化物鈣礬石，混凝土膨脹時(shí)對(duì)鋼筋產(chǎn)生拉應(yīng)力，與此相應(yīng)鋼筋對(duì)混凝土產(chǎn)生壓應(yīng)力，或者因鄰位約束在混凝土結(jié)構(gòu)中得到0.2～0.7MPa預(yù)壓應(yīng)力，這就相當(dāng)于提高了混凝土的早期抗拉強(qiáng)度，推遲了混凝土收縮的產(chǎn)生，抗拉強(qiáng)度在此期間得到較大的增長(zhǎng)，當(dāng)混凝土開始收縮時(shí)，其抗拉強(qiáng)度已增長(zhǎng)到足以抵抗收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力，從而使混凝土不裂，延長(zhǎng)構(gòu)件的最大長(zhǎng)度，可連續(xù)澆筑施工。膨脹加強(qiáng)帶是在混凝土澆筑時(shí)，間隔不超過(guò)40米的范圍內(nèi)設(shè)置2米寬高膨脹率混凝土帶，在膨脹加強(qiáng)帶得到0.5～1.0MPa預(yù)壓應(yīng)力，對(duì)補(bǔ)償收縮混凝土的殘余應(yīng)力再補(bǔ)償，相當(dāng)于結(jié)構(gòu)水平方向變形縫。大連金州新區(qū)斯大林路地下商業(yè)街工程膨脹加強(qiáng)帶的混凝土限制膨脹率（水中14d齡期限制膨脹率）為0.055%；補(bǔ)償收縮混凝土限制膨脹率為0.030%，頂板配筋采用雙層雙向連續(xù)布置，間距@150，雙層鋼筋配筋率1.01%，滿足《補(bǔ)償收縮混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中對(duì)微膨脹混凝土的約束（限制）要求。

混凝土中摻加聚丙烯微細(xì)纖維（≥1.2公斤/立方米），針對(duì)的是混凝土早期原生裂縫（6～12小時(shí)），細(xì)微纖維通過(guò)物理方法對(duì)裂縫產(chǎn)生阻裂作用；也針對(duì)其制成后因脆性引起容易開裂的問(wèn)題。其作用不同于配筋，而是對(duì)混凝土自身缺陷的改善，增加其韌性、減少微隙、杜絕裂縫。所以來(lái)自于施工階段混凝土的早期變形帶來(lái)的變形不會(huì)對(duì)本工程帶來(lái)嚴(yán)重后果。

4 結(jié)論

蓋挖法施工的“大連金州新區(qū)斯大林路地下商業(yè)街工程”采取以上措施，加之接近恒濕、恒溫的使用環(huán)境，采用不設(shè)永久縫的超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，其環(huán)境溫度變化造成溫度應(yīng)力和施工階段混凝土早期變形都不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)造成危及到使用安全的影響。

[1]王齊.對(duì)目前聚丙烯纖維混凝土推廣應(yīng)用的認(rèn)識(shí).中國(guó)水泥網(wǎng).