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

隋 旭

大連港口設(shè)計研究院有限公司

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

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)力和變形問題就成了值得探討的問題，這實際是有交集的兩個問題，一個是由于結(jié)構(gòu)環(huán)境溫度變化產(chǎn)生的溫度應(yīng)力，另一個是來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）截面承受其帶來的應(yīng)力，同時，支撐構(gòu)件也反過來阻止水平構(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，會使構(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（前期專家評審會上認(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。

該工程最長的頂板澆筑段--中心區(qū)段為310多米，頂板混凝土澆注時間選在平均氣溫與建筑正常使用期間溫度相接近的時間點。該段頂板采用的是半幅施工，混凝土的澆注時間分別是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；與正常使用時間段溫度基本一致，相差小于2度。按平均溫差2度來算（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，也就是說中心區(qū)段的溫度變形已完成不會與被接建部分累加。

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)力對下部支撐結(jié)構(gòu)無所謂影響。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)力不會造成危及結(jié)構(gòu)安全的影響。

3 來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)件長度的加大，其收縮量如果累積起來會產(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形成分布的微隙或裂縫。這種裂縫在凝固硬化后會成為使用應(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、疲勞強度和使用壽命，也會使混凝土的滲透性加強，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)采用補償收縮混凝土+連續(xù)式膨脹加強帶，同時摻加聚丙烯纖維；各澆筑分段區(qū)之間通過時間間隔和采用間歇式膨脹加強帶(前后接建時采用)的措施來解決。

補償收縮混凝土+膨脹加強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，混凝土膨脹時對鋼筋產(chǎn)生拉應(yīng)力，與此相應(yīng)鋼筋對混凝土產(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度，推遲了混凝土收縮的產(chǎn)生，抗拉強度在此期間得到較大的增長，當(dāng)混凝土開始收縮時，其抗拉強度已增長到足以抵抗收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力，從而使混凝土不裂，延長構(gòu)件的最大長度，可連續(xù)澆筑施工。膨脹加強帶是在混凝土澆筑時，間隔不超過40米的范圍內(nèi)設(shè)置2米寬高膨脹率混凝土帶，在膨脹加強帶得到0.5～1.0MPa預(yù)壓應(yīng)力，對補償收縮混凝土的殘余應(yīng)力再補償，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)街工程膨脹加強帶的混凝土限制膨脹率（水中14d齡期限制膨脹率）為0.055%；補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《補償收縮混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中對微膨脹混凝土的約束（限制）要求。

混凝土中摻加聚丙烯微細纖維（≥1.2公斤/立方米），針對的是混凝土早期原生裂縫（6～12小時），細微纖維通過物理方法對裂縫產(chǎn)生阻裂作用；也針對其制成后因脆性引起容易開裂的問題。其作用不同于配筋，而是對混凝土自身缺陷的改善，增加其韌性、減少微隙、杜絕裂縫。所以來自于施工階段混凝土的早期變形帶來的變形不會對本工程帶來嚴(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對結(jié)構(gòu)造成危及到使用安全的影響。

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