車(chē)輛基地超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制技術(shù)研究和應(yīng)用

李培超

(中鐵四局集團(tuán)建筑工程有限公司 安徽 合肥 230000)

一、工程概況

廈門(mén)市軌道交通3號(hào)線(xiàn)工程蔡厝車(chē)輛基地項(xiàng)目，由運(yùn)用庫(kù)，聯(lián)合檢修庫(kù)、2個(gè)咽喉區(qū)等多個(gè)單位工程組成的一層綜合體結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)約1600m，寬約140～350m不等、蓋板厚度為250mm，總建筑面積約30.8萬(wàn)平米。其中運(yùn)用庫(kù)、聯(lián)合檢修庫(kù)和2個(gè)咽喉區(qū)均為單層框架結(jié)構(gòu)，高12米，為避免后期使用時(shí)屋面出現(xiàn)滲漏的風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以不設(shè)縫或少設(shè)縫為主，各單體結(jié)構(gòu)縫最長(zhǎng)的為175m、最短的為125m，在長(zhǎng)度和寬度方向均屬于超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)。且由于使用功能需要，該工程跨度大(大于15米)、荷載重(有覆土)，故混凝土梁的截面都比較大，絕大部分梁寬在0.6～0.8m、高在1.5～1.8m之間。因此，如何有效的解決混凝土溫度應(yīng)力產(chǎn)生的收縮裂縫是本工程施工的重點(diǎn)。

二、溫度應(yīng)力產(chǎn)生和解決措施

(一)溫度應(yīng)力的產(chǎn)生

混凝土從澆搗開(kāi)始到凝固以及最終形成結(jié)構(gòu)并正常使用的過(guò)程中不斷發(fā)生溫度變化，主要有水化熱溫差、季節(jié)溫差、日晝溫差、混凝土收縮當(dāng)量溫差等。

其中水化熱溫差是水泥水化作用而產(chǎn)生，主要發(fā)生在混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)的前期階段。

對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，由于其熱惰性，結(jié)構(gòu)中部的溫度變化比表面存在明顯的溫度差滯后效應(yīng)，晝夜及朝向間的溫度差異對(duì)結(jié)構(gòu)中部的溫度變化影響不大，結(jié)構(gòu)中部溫差主要由所在地月平均溫度控制，即季節(jié)溫差。[1，4]

混凝土在空氣中硬化時(shí)其體積會(huì)縮小，這種現(xiàn)象稱(chēng)為混凝土的收縮，混凝土的收縮在早期發(fā)展較快，以后逐漸減慢，整個(gè)收縮過(guò)程可延續(xù)兩年以上。最后趨于一個(gè)最終收縮值，其應(yīng)變值在0.0002～0.0005范圍內(nèi)變化。當(dāng)混凝土不能自由收縮時(shí)，會(huì)在混凝土內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力而引起裂縫。[3]

故混凝土結(jié)構(gòu)在使用階段的溫差效應(yīng)主要由季節(jié)溫差和混凝土收縮當(dāng)量溫差兩部分產(chǎn)生。

(二)解決溫度應(yīng)力的措施

由以上分析可知，溫度應(yīng)力產(chǎn)生主要由前期的水化熱和后期的外部環(huán)境溫差和混凝土收縮產(chǎn)生的當(dāng)量溫差引起。因此解決溫度應(yīng)力應(yīng)采用疏和堵相結(jié)合的方法。在混凝土初期，通過(guò)采用設(shè)置后澆帶、提高混凝土材料性能和加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)等釋放溫度應(yīng)力；在混凝土的后期，通過(guò)預(yù)應(yīng)力筋提前給混凝土施加壓應(yīng)力，抵消混凝土收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力。

三、混凝土澆搗的措施

(一)材料保證措施

采用商品混凝土澆筑。對(duì)主要材料要求如下

(1)水泥：考慮蓋板厚度、梁截面尺寸等因素，本工程以收縮控制為主，采用強(qiáng)度高、收縮性小的42.5的普通硅酸鹽水泥，并參加高效減水劑改善混凝土的性能，提高混凝土的抗?jié)B性能。

(2)粗骨料：粗骨料選用干凈的碎石，粒徑在5～31.5mm為宜，要求級(jí)配合理、粒形良好、質(zhì)地堅(jiān)固、線(xiàn)脹系數(shù)小，且含泥量不大于1.0%。

(3)細(xì)骨料：細(xì)骨料選用采用干凈的中砂，要求級(jí)配合理、質(zhì)地堅(jiān)硬、吸水率低、空隙率小，且含泥量不大于2.5%、泥塊含量不大于0.5%。

(4)粉煤灰和外加劑采用雙摻技術(shù)，降低水泥的用量，減少水灰比，并通過(guò)配合比驗(yàn)證其強(qiáng)度、抗?jié)B性等各項(xiàng)性能指標(biāo)。

(二)混凝土養(yǎng)護(hù)措施

混凝土澆筑完成后在上面鋪一層土工布，并采用自主研發(fā)的自動(dòng)噴淋系統(tǒng)進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)14天。自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)是通過(guò)濕度感應(yīng)器與混凝土相連，并將混凝土表面的濕度傳入至控制箱后自動(dòng)轉(zhuǎn)化為噴淋的指令，完全實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)全程養(yǎng)護(hù)，且可以將養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至手機(jī)APP及電腦中。

圖1 混凝土自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)

四、預(yù)應(yīng)力筋的安裝

(一)預(yù)應(yīng)力筋的設(shè)置

本工程大跨度梁比較多，且荷載大，梁中采用緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)、板中采用無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)。緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋在梁這按照曲線(xiàn)布置，無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋在板中按自然拋物線(xiàn)布置。

緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋由鋼絞線(xiàn)、緩粘劑和高強(qiáng)PE護(hù)套組成，無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋由鋼絞線(xiàn)、防銹油漆和聚乙烯護(hù)套組成，如圖1和圖2所示。緩粘結(jié)和無(wú)粘結(jié)的鋼絞線(xiàn)均采用強(qiáng)度為1860級(jí)，直徑為Ф15.24mm。

圖2 緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋

圖3 無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋

本工程中東西方向的梁長(zhǎng)約165米，平均跨度為7.5m，梁的截面尺寸為600x1600mm；南北方向的梁長(zhǎng)約120米，平均跨度為18m，分為主梁和次梁兩種，截面尺寸分別為800x1550mm和700x1600mm。東西方向梁配置18根預(yù)應(yīng)力筋，南北方向主梁配置24根、次梁配置22根預(yù)應(yīng)力筋。樓板的厚度為250mm，預(yù)應(yīng)力筋間距為400mm。預(yù)應(yīng)力筋的張拉端采用單孔夾片錨具，固定端采用擠壓錨具，錨具效率系數(shù)不小于0.95。

(二)預(yù)應(yīng)力筋鋪設(shè)

緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋可以分散單根布置，也可以集中分束布置。分束布置時(shí)預(yù)應(yīng)力筋每束5～6根布置，并保證保證混凝土振搗密實(shí)以及預(yù)應(yīng)力筋和混凝土粘結(jié)牢固。

鋪設(shè)后的預(yù)應(yīng)力筋在梁內(nèi)對(duì)稱(chēng)分布。為保證預(yù)應(yīng)力的曲線(xiàn)線(xiàn)型滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，預(yù)應(yīng)力筋要每隔1.5m左右綁扎成束并與定位筋固定。預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)順平，不應(yīng)絞在一起。在進(jìn)行鋪設(shè)的過(guò)程中，如遇預(yù)應(yīng)力筋與普通鋼筋等沖突的情況，普通鋼筋的箍筋、拉筋等應(yīng)避讓預(yù)應(yīng)力筋。若預(yù)應(yīng)力筋一排放置不下，可采用上下兩排布置，應(yīng)保證混凝土澆搗時(shí)，有足夠空間能夠流到梁底從而保證澆筑質(zhì)量。

(三)預(yù)應(yīng)力筋后澆帶處理方法

本工程結(jié)構(gòu)后澆帶間距設(shè)計(jì)為40米左右，后澆帶與預(yù)應(yīng)力筋正交，后澆帶在兩側(cè)混凝土齡期達(dá)60天后澆筑。為了保證后澆帶之間的預(yù)應(yīng)力筋不受后澆帶的影響提前進(jìn)行張拉且不受后澆帶影響，后澆帶處采用預(yù)應(yīng)力筋搭接的方法，并將張拉端在非箍筋加密區(qū)處的梁面撅起。出張拉端位置應(yīng)前后錯(cuò)開(kāi)，前后間距≥500mm，并且每排根數(shù)≤6根，如圖3所示。板后澆帶做法見(jiàn)圖4。

圖4 后澆帶處梁中預(yù)應(yīng)力筋搭接大樣

圖5 板中后澆帶預(yù)應(yīng)力筋做法

(四)梁柱節(jié)點(diǎn)處預(yù)應(yīng)力筋布置

超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)比較長(zhǎng)，為了減少預(yù)應(yīng)力筋的摩擦損失，以及保證后澆帶之間的預(yù)應(yīng)力筋不受后澆帶的影響提前進(jìn)行張拉和混凝土的澆搗密實(shí)。超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)中緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋在后澆帶處沿水平方向分段搭接，沿豎向分層布置的空間布筋的方法。

如圖5所示，在梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)域普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力筋根數(shù)較多，該處由于預(yù)應(yīng)力筋搭接，預(yù)應(yīng)力筋將變?yōu)?倍。為保證混凝土振搗密實(shí)，預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)上下排布置，上下排間距保證距離≥200mm，但不能超過(guò)300mm。預(yù)應(yīng)力筋撅起時(shí)同樣分成3排或者4排出梁面，如圖3所示。

圖6 梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)域預(yù)應(yīng)力筋布置

五、超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力筋的安裝工藝

(一)預(yù)應(yīng)力筋的安裝工序

預(yù)應(yīng)力筋制作→曲線(xiàn)控制點(diǎn)定位筋安裝→預(yù)應(yīng)力筋鋪設(shè)→張拉端承壓板固定→螺旋筋安裝→隱蔽工程驗(yàn)收→混凝土澆筑→張拉預(yù)應(yīng)力筋→封錨處理。

(二)撅起張拉工藝

在預(yù)應(yīng)力混凝土梁施工工程中，一般在預(yù)應(yīng)力混凝土梁的端部張拉預(yù)應(yīng)力筋，需在梁中預(yù)留張拉槽進(jìn)行預(yù)應(yīng)力的張拉。為了保證千斤頂有足夠的張拉空間，要求張拉槽比較大，這種情況下就會(huì)導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力混凝土梁的截面削弱比較嚴(yán)重，需要采取措施保證梁截面削弱后的受力安全；另一方面，在張拉槽中進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋張拉，其難度大，施工麻煩。

本工程根據(jù)緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力的特點(diǎn)，提出梁頂撅起張拉張拉工藝，如圖6所示，具體安裝步驟如下：

(1)布置緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋：緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋在預(yù)應(yīng)力混凝土梁中沿縱向按束布置或均勻布置，在緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋撅起張拉端處開(kāi)始均勻散開(kāi)，并依次撅起，形成多排張拉端；

(2)組裝張拉端組件：取附加鋼筋，將其與梁縱向普通鋼筋綁扎固定；將承壓板垂直套設(shè)在緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋撅起張拉端上，承壓板底部與附加鋼筋固定連接；在承壓板外側(cè)垂直于承壓板安裝穴模；在承壓板內(nèi)側(cè)安裝螺旋筋，螺旋筋套設(shè)在緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋上。

(3)澆搗混凝土；

(4)待混凝土初凝后把穴模移走；

(5)待混凝土達(dá)到強(qiáng)度后進(jìn)行張拉；

(6)封錨。

圖7 緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力梁的撅起張拉工藝

六、結(jié)論

本工程面積大，單體建筑多。每個(gè)單體結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)，而且荷載大，跨度大，通過(guò)對(duì)混凝土溫度收縮應(yīng)力成因分析，并針對(duì)不同階段的混凝土采用相應(yīng)抗裂措施。施工完成后混凝土梁板的裂縫均控制規(guī)范之內(nèi)，效果顯著。

對(duì)于地鐵車(chē)輛基地這種大面積、大跨度、重載且超長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)，通過(guò)自行研發(fā)的混凝土自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)并細(xì)化緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋配節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，同時(shí)改進(jìn)張拉施工工藝，大大縮短了工程的施工工期，提高了工程的施工質(zhì)量。