跳倉法施工在超長混凝土結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用

袁紅勝 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司上海華東鐵路建設(shè)監(jiān)理有限公司

當(dāng)前我國社會經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定向前發(fā)展，人民生活水平不斷提高，汽車逐步在家庭中普及，住宅小區(qū)停車難的矛盾越來越突出，因此，越來越多的新建住宅小區(qū)采取整個地塊地下均建設(shè)為地下車庫來增加停車位，這樣就使地下車庫的規(guī)模越來越大，超長結(jié)構(gòu)的地下車庫也就應(yīng)運(yùn)而生。超長結(jié)構(gòu)按通常的做法是采用設(shè)置后澆帶的方法來達(dá)到控制裂縫的目的，后澆帶的保留時間一般需要在結(jié)構(gòu)完成60天后方可封閉，對工期產(chǎn)生一定的影響，同時由于整個場地被后澆帶分割成許多區(qū)域，不利于施工現(xiàn)場的整體布置和場內(nèi)運(yùn)輸，另外后澆帶處垃圾也不便于清理，施工縫多，致使地下結(jié)構(gòu)漏水的情況時有發(fā)生。在超長地下結(jié)構(gòu)工程中使用跳倉法施工，可以為解決這些問題提供一種有效途徑。

1 工程概況

某住宅小區(qū)占地面積47 743 m2，總建筑面積約157 540 m2，包含10棟24～33層的高層住宅、整個場地地下一層為車庫。地下車庫為框架結(jié)構(gòu)，整體采用筏板加承臺基礎(chǔ)；工程東西寬度為138m，南北長度為267m～294m，基坑面積38952m2，底板標(biāo)號為C30P6，地下車庫底板厚度為500mm。根據(jù)地下室結(jié)構(gòu)特點及工期要求，結(jié)合施工現(xiàn)場布置及場內(nèi)運(yùn)輸?shù)男枰?，本工程采用跳倉法施工。

2 跳倉法施工的優(yōu)點及基本原理

2.1 跳倉法施工的優(yōu)點

普通混凝土超長結(jié)構(gòu)施工采用較多的是留置后澆帶等的做法，但留置后澆帶具有留置時間長影響工期；新老混凝土粘結(jié)強(qiáng)度不易保證；后澆帶兩側(cè)混凝土鑿毛帶來的施工麻煩；后澆帶內(nèi)垃圾清理困難；施工縫處理不好往往造成地下室漏水；后澆帶封閉前兩側(cè)結(jié)構(gòu)改變正常受力形式而變成臨時懸挑結(jié)構(gòu)，不利于場內(nèi)施工布置及運(yùn)輸?shù)热秉c。而跳倉法施工卻具有以下優(yōu)點：

（1）跳倉法施工是以“縫”代“帶”，取消后澆帶，即取消后澆帶封閉需要的約60天等候期，使結(jié)構(gòu)整體早日達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度，并能及時投入使用，縮短施工時間。同時，由于施工場地早日形成一個整體，有利于施工現(xiàn)場的整體布置和場地內(nèi)的運(yùn)輸，提供施工效率。

（2）采用跳倉法施工減少施工縫（原來一個后澆帶有2條施工縫），可增加建筑結(jié)構(gòu)的整體性。

（3）減少了后澆帶清理的時間，同時倉間施工縫清理容易，混凝土結(jié)合有保證。利用倉間混凝土的澆筑時間間隔短（7-10天）、施工縫處混凝土強(qiáng)度較低，后澆倉的鋼筋尚未綁扎完成之前，垃圾雜物較少，易于邊施工邊清理，這就有利于倉體間混凝土的結(jié)合。

（4）降低了施工成本和安全質(zhì)量隱患。由于取消后澆帶，因此節(jié)省了后澆帶封閉時的清理、支模、澆筑、養(yǎng)護(hù)等所產(chǎn)生的成本，以及后澆帶兩側(cè)在后澆帶封閉前，結(jié)構(gòu)的受力形式變成懸挑結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的支撐成本、安全防護(hù)成本等，同時降低了由此帶來的安全、質(zhì)量隱患。

2.2 跳倉法施工定義

在大體積混凝土工程施工中，將超長的混凝土塊體分為若干小塊體間隔施工，經(jīng)過短期的應(yīng)力釋放，再將若干小塊體連成整體，依靠混凝土抗拉強(qiáng)度抵抗下一段的溫度收縮應(yīng)力的施工方法。

2.3 跳倉法的原理

跳倉法施工是用施工縫來取代后澆帶，達(dá)到解決超長超寬混凝土結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)。其原理就是用“抗放兼施,以抗為主,先放后抗”的原則進(jìn)行施工。這里的總能量通過“抗”來吸收,通過“放”而耗散。所謂“放”，是指混凝土澆筑完畢后，采取措施讓其充分收縮，以盡量減少殘留在混凝土內(nèi)部的收縮拉應(yīng)力，從而減少裂縫產(chǎn)生。所謂“抗”是指采取設(shè)計、施工、材料、管理等方面的措施，提高混凝土的抗拉強(qiáng)度和極限拉應(yīng)變,以減少裂縫的產(chǎn)生。由于混凝土澆筑完成后，早期的溫差及收縮大，而后期溫差及收縮小,故應(yīng)先“放”后“抗”。“跳倉法”是將上述的“抗”與“放”的原理結(jié)合起來,也就是“抗放兼施”,“先放后抗”,最后“以抗為主”的綜合辦法。

3 跳倉法施工在地下室結(jié)構(gòu)施工中的實施

3.1 跳倉法施工分倉長度的確定

采用計算平均伸縮縫間距來確定跳倉塊的長度，同時由于分倉澆筑間隔時間不小于7天，所以采用澆筑混凝土7天時的相關(guān)數(shù)據(jù)來進(jìn)行計算。

采用極限變形概念研究推導(dǎo)出平均伸縮縫間距的具體公式：

[L]-平均伸縮縫間距

E-混凝土彈性模量

H-底板厚度或板墻厚度

Cx-地基或基礎(chǔ)水平阻力系數(shù)

α-混凝土線膨脹系數(shù)

T-互相約束結(jié)構(gòu)的綜合溫差降，包括水化熱差T1、氣溫差T2、收縮當(dāng)量差T3

εP-混凝土的極限變形

（1）混凝土彈性模量E的計算

此處的E為混凝土早期彈性模量，驗證t=7d時砼的彈性模量為：

E（7）=E0（1-e-0.09t=3.0×104×（1-e-0.09×7）=1.4×104N/mm2

E0為混凝土齡期為C30混凝土28天的彈性模量，按《建筑施工計算手冊》（以下取值均為本手冊）取3.0×104

（2）地基或基礎(chǔ)水平阻力系數(shù)Cx的計算

連續(xù)地基底板與樓面板在計算時的內(nèi)部約束相同，邊界條件可以進(jìn)行代換，只需對Cx進(jìn)行修正。

Cx=Cx1+Cx2

Cx1--側(cè)向剛度系數(shù)，取3.0×10-2N/mm3

Cx2--無樁基，取0

（3）混凝土線膨脹系數(shù)α的計算

α 取值為 1.0×10-5/°C

（4）綜合溫差降T的計算

T=T1+T2+T3

T1--水化熱溫差，T2--氣溫差，T3--收縮當(dāng)量溫差

①T1--水化熱溫差的計算

混凝土的絕熱溫升Tt=mcQ/Cρ×(1-e-mt)

最終溫升值Tmax=mcQ/Cρ

公式中：

mc--每m3混凝土水泥用量(kg/m3)；

Q--每千克水泥水化熱量（kJ/kg），P.O42.5水泥取375 kJ/kg

C--混凝土的比熱容，一般為 0.84～1.05〔kJ/(kg.K)〕,一般取0.96 kJ/(kg.K)；

ρ--混凝土的質(zhì)量密度，取2 400(kg/m3)；

m--與水泥品種、澆筑溫度等有關(guān)的系數(shù)，0.3～0.5(d-1)；

t--混凝土齡期(d)。

根據(jù)結(jié)構(gòu)相關(guān)參數(shù)所確定的施工配合比可得如下參數(shù)：

mc=278 kg/m3

C=0.96 kJ/(kg.K)

ρ=2 400 kg/m3

m=0.4

Tmax=mcQ/Cρ=278×375/0.96×2400=45.25°C

水化熱溫差（水化熱引起的實際溫升）T1=ξTmax

ξ為不同澆筑厚度的溫降系數(shù)，本工程車庫底板厚度為500 mm，小于1 000 mm，按《建筑施工計算手冊》給出的最小澆筑塊厚度1 m的ξ值，按插入法計算7天的ξ為0.25，故T1=0.25×45.25=11.31°C

②T2--氣溫差，澆筑時采用雙泵施工，縮短澆筑時間，氣溫差按5°C計算。

③T3--收縮當(dāng)量溫差的計算

齡期為t時混凝土的收縮變形值為：

εy（t）=×M1×M2×M3×…×Mn

其中

M1--采用普通水泥，查表取1.0；

M2--水泥細(xì)度5000，查表取1.35；

M3--骨料，花崗巖查表取1.0

M4--水膠比為0.49，查表取1.2；

M5--膠漿量為22%，查表取1.1；

M6--養(yǎng)護(hù)時間為14d，查表取0.93

M7--環(huán)境相對濕度60%，查表取為0.88；

M8--水力半徑倒數(shù)為0.25，查表取1.02；

M9--機(jī)械振搗，查表取1.0；

M10--配筋率0.2%，查表取0.61；

代入上式，εy（t）=2.94×10-4×(1-e-0.01t)

則εy（7）=0.199×10-4

混凝土收縮當(dāng)量溫差

Ty（t）=εy（t）/α

其中α為混凝土的線膨脹系數(shù)，α=1×10-5/℃

Ty(7)=1.99℃

T3按7天的收縮當(dāng)量溫差，T3=1.99℃

綜合溫差T=T1+T2+T3=11.31+5+1.99=18.30℃

（5）混凝土的極限變形εP的計算

鋼筋混凝土的極限拉伸值εPa=0.5ft（1+ρ/d）×10-4

其中：ft為混凝土的抗拉設(shè)計強(qiáng)度（N/mm2）,本工程筏板基礎(chǔ)底板采用C30混凝土ft=1.43 N/mm2；

ρ為截面配筋率×100，本工程配筋率為0.2%，ρ=0.2

d為鋼筋直徑（cm），筏板鋼筋d=14 mm；

得 εPa=0.5ft1+ρ/d）×10-4=0.5×1.43（1+0.2/1.4）×10-4=0.81×10-4

考慮混凝土的抗拉徐變變形比抗壓徐變變形大1倍，即：εP=2εPa=2×0.81×10-4=1.62×10-4

綜上，代入公式：

經(jīng)計算［L］=65.28 m

由計算得知，跳倉塊在65.28 m以內(nèi)，混凝土就不會產(chǎn)生裂縫。考慮本工程的地下車庫柱網(wǎng)布置、主樓與地下車庫的相對關(guān)系等因素，按照施工縫留置的要求進(jìn)行分倉，施工縫留置在結(jié)構(gòu)受剪力較小且便于施工的部位（留置在跨度1/3處），因此，本工程按不大于40 m來確定倉塊的大小。

3.2 跳倉法施工的技術(shù)措施

（1）保證混凝土的質(zhì)量

首先，優(yōu)選原材料。選擇中低熱的水泥品種，由于混凝土內(nèi)部溫度上升主要是由水泥水化熱產(chǎn)生，為降低水化熱，采用早期水化熱低，水 泥 鋁 酸 三 鈣（C3A)含量低（不大于8%）、細(xì)度適合、不含石灰石粉的水泥。經(jīng)過綜合考慮后決定采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥。細(xì)骨料采用級配良好的中砂，細(xì)度模數(shù)為2.3～2.8,含泥量小于2%，砂率為41%。粗骨料選用級配、外觀良好的碎石，5 mm～31.5 mm連續(xù)級配，含泥量不得大于1%。

其次，優(yōu)化配合比。合理確定水膠比、用水量和坍落度，控制砂率和粗骨料用量。采用高效減水劑減少用水量，混凝土坍落度確定為160±30 mm 。

再次，嚴(yán)格按確定的配合比進(jìn)行混凝土的拌制。材料最大允許偏差嚴(yán)格按規(guī)范執(zhí)行。

（2）降低混凝土入模溫度

混凝土原材料的冷卻，不僅可以降低混凝土的澆筑溫度，而且還可以削減混凝土內(nèi)部的水化熱峰值，減少混凝土內(nèi)部溫度和外部溫度的差值，從而減少溫度變形和溫度應(yīng)力。

（3）加強(qiáng)混凝土振搗

本工程混凝土施工采用商品混凝土，澆筑前與攪拌站聯(lián)系確保混凝土及時供應(yīng)，同時采用兩臺泵車同時澆筑，以減少澆筑時間和施工冷縫的產(chǎn)生。采用插入式振搗棒振搗施工，振動棒移動間距不大于400 mm，振搗時間宜為30 s，快插慢拔，但還應(yīng)視混凝土表面不再明顯下沉、不再出現(xiàn)氣泡、表面泛出灰漿為準(zhǔn)，對于墻柱及較厚的梁板應(yīng)采用分層澆筑，振動棒應(yīng)插入下層混凝土50 mm左右，以消除二層之間的接縫。振搗過程要全面仔細(xì)，禁止因出現(xiàn)漏振而導(dǎo)致蜂窩、麻面等混凝土施工質(zhì)量問題，對基礎(chǔ)底板采用混凝土表面的二次抹壓 ,以減少早期塑性收縮。

（4）加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)

底板混凝土二次抹面后立即用塑料薄膜覆蓋保水養(yǎng)護(hù)，待混凝土強(qiáng)度大于1.2 MPa后方可上人進(jìn)行放線工作，放線時不可將薄膜全部揭除，只可揭開軸線位置進(jìn)行放線。放線完成后立即對放線位置底板進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)。24 h后方可將薄膜全部揭除并進(jìn)行蓄水養(yǎng)護(hù)?；炷琉B(yǎng)護(hù)時間不小于14天。

（5）做好混凝土溫度監(jiān)控

重視混凝土溫度監(jiān)測工作，繪制溫度隨時間變化曲線圖，防止混凝土內(nèi)外溫差過大產(chǎn)生裂縫，并根據(jù)溫度監(jiān)測情況及時調(diào)整配合比，減少水化熱，降低混凝土中心溫度。

（6）跳倉接縫處施工縫的處理

在施工縫施工時，在已硬化的混凝土表面上（澆筑完成至少24 h后），用鏨子清除水泥薄膜和松動的石子以及軟弱的混凝土層，并加以鑿毛。施工縫混凝土澆筑前一天用水沖洗干凈并充分濕潤，并在施工縫處鋪一層與混凝土內(nèi)成分相同的水泥砂漿。

4 結(jié)束語

跳倉法施工把超長超大的結(jié)構(gòu)劃分成若干小塊，用“抗放兼施,以抗為主,先放后抗”的原理，按照“分塊施工、跳倉澆筑、整體成型”的原則進(jìn)行施工，跳倉間隔施工的時間不少于7天，通過采取一定的措施來控制超長結(jié)構(gòu)的施工裂縫的產(chǎn)生。通過本工程的實踐取得了良好的效果，不僅縮短了施工工期，以“縫”代“帶”還減少了施工縫，也就減少了地下室滲漏的幾率，確保了工程的質(zhì)量，同時跳倉法施工使得施工場地能夠早日形成一個整體，有利于施工現(xiàn)場的整體布置，有利于降低施工成本。