跳倉法在超長混凝土底板中的設計與研究

劉桂然

（上海建筑設計研究院有限公司，上海 200041）

跳倉法在超長混凝土底板中的設計與研究

劉桂然

（上海建筑設計研究院有限公司，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計和施工不足，給工程質量造成一定的隱患。論文以某工程項目為依托，對跳倉法進行了研究和應用。該方法避免了施工后澆帶的設置，達到了良好的設計和施工效果。

跳倉法；超長結構；混凝土底板

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

1　引言

一般工程中，混凝土結構為避免超長引起使用期與施工期的收縮裂縫，需要設置永久伸縮縫與施工后澆帶，這也是現(xiàn)行混凝土設計規(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量與施工難題，如后澆帶清理工作艱難，施工質量難以保證，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。防止混凝土結構裂縫作為一個綜合性的問題，需要在設計時綜合考慮，不能僅設定單一的后澆帶措施，還要盡量通過落實“減、放、抗”的綜合施工措施，來有條件地取消各種后澆帶與結構縫，從而極大地實現(xiàn)方便施工，從而保證施工質量。基于上述原因，提出了在超長混凝土底板設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計、施工、材料、環(huán)境及管理等的綜合性問題，必須采取耶抗爺與耶放爺相結合的綜合措施來預防”[1,2]。

“放”的原理是基于目前在工民建混凝土結構中，膠凝材料(水泥)水化放熱速率較快，l～3d達到峰值，以后迅速下降，經(jīng)過7～14d接近環(huán)境溫度的特點，通過對現(xiàn)場施工進度、流水、場地的合理安排，先將超長結構劃分為若干倉，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力。“放”的措施還包括初凝后多次細致的壓光抹平，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，讓混凝土緩慢降溫、緩慢干燥，從而利用混凝土的松弛性能，減小疊加應力。

“抗”的基本原則是在不增加膠凝材料用量的基礎上，盡量提高混凝土的抗拉強度，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，保證混凝土均質密實。“抗”的措施還包括加強構造配筋，尤其是板角處的放射筋與大梁中的腰筋。結構整體封倉后，以混凝土本身的抗拉強度抵抗后期的收縮應力，整個過程“先放后抗”，最后“以抗為主”。從約束收縮公式分析中，可得混凝土結構中的變形應力并不是隨結構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,最大應力總是與結構的降溫幅度成正比（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底板跳倉法收縮應力計算

將整個地下室的底板分6倉進行施工，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行收縮應力分析，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)生的外約束應力進行計算。

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度標準值取值

表7　各時段澆筑倉最大收縮應力匯總

從上述計算過程可看出，每一倉在施工過程的收縮應力始終小于混凝土的抗拉強度，60d后在底板形成的最大拉應力為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)護等進行控制，同時可看出,底板收縮應力具有以下特點：

1)由于溫度收縮應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，是控制溫度收縮應力的關鍵，應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度為C35，建議可采用60d強度，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)的松弛效應十分顯著，應充分利用徐變松弛效應來減小結構內(nèi)部應力的疊加，因此必須保證7d的跳倉澆筑間隔，讓應力得到充分松弛后再累加，同時做好保溫,保濕養(yǎng)護措施，讓混凝土緩慢降溫,充分利用徐變松弛效應，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、細致的振搗與收光，局部增加細而密的配筋等方面入手。

3.2底板后澆帶施工收縮應力計算

表8　各時段澆筑倉最大收縮應力匯總

4　結論

根據(jù)上述分析結果，使用跳倉法比使用后澆帶法使底板增加了0.254MPa拉力，但增加后的總拉應力仍小于開裂應力，并仍有一定的安全余量，不會導致底板產(chǎn)生有害裂縫。考慮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量隱患，因此可以認為跳倉法對本工程適用性較強。目前，該項目已經(jīng)結構封頂，地下室底板已通過質量驗收。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：上海科技出版社，1987.

【2】王鐵夢.工程結構裂縫控制[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，山東濟寧人，工程師，從事結構工程設計與研究，（電子信箱）liugr@siadr.com.cn。

2016-02-24