超長(zhǎng)大面積底板無縫施工技術(shù)研究與應(yīng)用

王宇飛，李宗皋，曲曉波

（青建集團(tuán)股份公司，山東 青島 266071）

超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)的大量采用，對(duì)抗裂措施提出更新更高要求，因而對(duì)混凝土開裂機(jī)理的研究不容忽視。在變形引起的裂縫中，溫度作用的影響不容忽視，規(guī)范中采取后澆帶以釋放溫度應(yīng)力。

后澆帶往往是在1～2個(gè)月再進(jìn)行澆筑，需要進(jìn)行垃圾清理、模板搭設(shè)、單獨(dú)澆筑等流程，質(zhì)量上往往不能控制到位，經(jīng)常造成滲漏、澆搗不密實(shí)、夾渣等質(zhì)量問題，增加施工成本的同時(shí)，還可能出現(xiàn)滲漏、維修費(fèi)用。由于不能及時(shí)拆除后澆帶位置的模板支撐，影響后續(xù)工作的穿插進(jìn)行，最終影響主體結(jié)構(gòu)驗(yàn)收，整體工期會(huì)受到影響，尤其是裙房、地下室層數(shù)多、面積大的工程。

1 無縫施工原理介紹

1.1 跳倉(cāng)法定義

大體積混凝土工程施工中，在早期溫度收縮應(yīng)力較大的階段，將超長(zhǎng)混凝土塊體分為若干小塊體間隔施工，經(jīng)過短期應(yīng)力釋放，在后期收縮應(yīng)力較小的階段再將若干小塊體連成整體，依靠混凝土抗拉強(qiáng)度抵抗下一階段的溫度收縮應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)以施工間隔縫取代混凝土后澆帶的施工方法，以防止裂縫出現(xiàn)。

王鐵夢(mèng)針對(duì)大體積混凝土跳倉(cāng)法提出了“7d”的代表性間歇時(shí)間，然而大體積混凝土自澆筑至7d齡期時(shí)，混凝土溫度并未趨于穩(wěn)定或接近環(huán)境溫度，相鄰混凝土間歇7d澆筑時(shí)已釋放的溫度收縮應(yīng)力達(dá)50%左右，經(jīng)過7～10d后，再合攏相鄰2塊混凝土為1個(gè)整體，剩余的降溫及收縮作用將由混凝土的抗拉應(yīng)變承受[1]。這是“先放后抗”的設(shè)計(jì)原則，這一原則和后澆帶及間歇式加強(qiáng)帶的原理一致，只是后澆帶改變成為施工縫。

1.2 順序澆筑無縫施工基本原理

以超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)作為研究對(duì)象，將跳倉(cāng)施工改為順序施工，通過理論計(jì)算和大量混凝土澆筑后溫度變化記錄分析，縮短相鄰區(qū)域混凝土的連續(xù)澆筑時(shí)間，由大體體積跳倉(cāng)7～10d，縮短到3～5d。施工中通過“抗放結(jié)合”的方式，先將超長(zhǎng)混凝土按分段原則，分成若干區(qū)域，按流水施工安排施工順序，澆筑一個(gè)區(qū)域的混凝土溫度收縮應(yīng)力大部分釋放后，再按規(guī)定時(shí)間間隔澆筑其相鄰單元混凝土，從而實(shí)現(xiàn)有效減少超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)混凝土收縮應(yīng)力、控制裂縫的目的。

2 溫升理論分析

通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，采集混凝土溫度及應(yīng)變數(shù)據(jù)，分析溫度降溫過程中超長(zhǎng)混凝土收縮應(yīng)力的實(shí)際變化，對(duì)理論數(shù)據(jù)計(jì)算進(jìn)行驗(yàn)證。大體積混凝土在澆筑后均要經(jīng)歷一段短暫的升溫過程，大體積混凝土一般在2～3d內(nèi)達(dá)到溫度峰值，在養(yǎng)護(hù)得當(dāng)?shù)那闆r下溫升值在20～30℃，峰值隨著所使用混凝土強(qiáng)度的增強(qiáng)而提升，一般在60℃左右[2]。

普通結(jié)構(gòu)混凝土由于體量小，結(jié)構(gòu)厚度較薄，水化熱激烈程度小于大體積混凝土，因而達(dá)到溫度峰值所經(jīng)歷的時(shí)間相對(duì)于大體積混凝土較短，一般在1～2d內(nèi)達(dá)到溫度峰值，在養(yǎng)護(hù)得當(dāng)?shù)那闆r下溫升值在10～20℃，峰值隨著所使用的混凝土強(qiáng)度的增強(qiáng)而提升，一般在50℃左右。C25～C30的混凝土溫度峰值為45～50℃，C30～C40混凝土溫度峰值為50～60℃，C40～C60強(qiáng)度混凝土溫度峰值為50～70℃混凝土達(dá)到溫度峰值后即進(jìn)入降溫階段。降溫速率受不同養(yǎng)護(hù)條件影響較大，為充分利用混凝土在慢速荷載作用下的應(yīng)力松弛效應(yīng)，通過后期養(yǎng)護(hù)控制降溫速率，使降溫始終處于緩慢階段，從而避免降溫速率過快而產(chǎn)生有害裂縫，充分發(fā)揮松弛效應(yīng)[3]。

大體積混凝土降溫速率平均下降1.5～2.0℃/d，均在溫控指標(biāo)內(nèi)，而經(jīng)過大量試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)條件無法保證降溫速率控制在1.5～2.0℃/d，很多測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)顯示，降溫速率平均下降1.5～3.0℃/d，大體積混凝土經(jīng)過10～20d的時(shí)間降至環(huán)境溫度或溫度穩(wěn)定狀態(tài)，7d時(shí)所降溫差占據(jù)總降溫差約50%。

普通結(jié)構(gòu)混凝土體積量小，散熱條件好，因而降溫速率較大體積混凝土明顯加快，大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，普通厚度的混凝土結(jié)構(gòu)降溫速率平均下降3～6℃/d，經(jīng)過3～7d便可降至環(huán)境溫度，2～3d時(shí)的所降溫差占總降溫差的50%左右。

3 裂縫理論計(jì)算情況

封閉合攏后采用綜合總降溫差的50%裂縫控制驗(yàn)算，取現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)溫度記錄進(jìn)行驗(yàn)算。

混凝土的抗拉強(qiáng)度：

混凝土防裂性能可按下列公式進(jìn)行判斷：式中，K為防裂安全系數(shù)，取1.15。

經(jīng)過計(jì)算分析驗(yàn)證3d可作為最短間歇時(shí)間。

4 順序施工間隔

為保證在先澆筑區(qū)段混凝土充分釋放溫度應(yīng)力的前提下，澆筑其相鄰區(qū)段的混凝土，不同結(jié)構(gòu)構(gòu)件和尺寸的相鄰區(qū)段混凝土澆筑的間隔時(shí)間應(yīng)根據(jù)底板厚度確定，底板大體積混凝土厚度大于1m為7～10d，小于1m為3～6d，不宜小于3d，間歇時(shí)間應(yīng)按照結(jié)構(gòu)構(gòu)件厚度的大小分別取高值和低值。

5 混凝土配合比和原料要求

選擇低收縮性水泥，優(yōu)化混凝土配合比，嚴(yán)格控制水泥用量，從而有效控制混凝土溫度應(yīng)力和減少混凝土收縮變形[4-5]。降低混凝土水化熱是減少混凝土收縮的基本條件，超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)混凝土配合比設(shè)計(jì)建議滿足以下條件：降低水化熱，減少收縮；水泥用量一般低于270kg；高效減水劑減水不低于20%；聚羧酸與骨料控制含泥量；用水量不高于180kg；摻和料的材料與比例，以粉煤灰為主，礦粉為輔。

施工前應(yīng)開展混凝土試配工作，依靠經(jīng)驗(yàn)豐富的混凝土實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)并試驗(yàn)，研究符合要求的混凝土，并進(jìn)行送檢以驗(yàn)證混凝土配合比的各項(xiàng)性能指標(biāo)。對(duì)于商品混凝土的供應(yīng)，必須嚴(yán)格要求各原材料統(tǒng)一性和配合比穩(wěn)定性。

1）水泥采用普通硅酸鹽水泥（非早強(qiáng)型）7d水化熱不超過 270kJ/kg，3d的水化熱不超過 240kJ/kg；水泥用量為220～245kg/m3。水泥比表面積為 300～350m2/kg，盡可能選用水泥比表面積小的水泥；所用水泥在攪拌站的入機(jī)溫度不宜高于60℃。

2）外加劑 聚羧酸高性能緩凝減水劑，外加劑摻量占膠凝材料比重0.8%～1.0%，要求減水劑減水率≥25%。

3）粉煤灰 Ⅱ級(jí)。

4）砂 采用中粗河砂，模數(shù)為2.5～3.0，含泥量≤1.5%，泥塊含量≤0.6%。

5）碎石 采用選取粒徑大、強(qiáng)度高、級(jí)配好的花崗巖石子，5～25mm連續(xù)級(jí)配，含泥量≤0.8%，泥塊含量≤0.5%。

6）拌合水的質(zhì)量應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)JGJ63—2006《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》的有關(guān)規(guī)定。

7）重點(diǎn)控制混凝土入模溫度。

6 混凝土施工和養(yǎng)護(hù)要點(diǎn)

混凝土過程振搗質(zhì)量和養(yǎng)護(hù)也是超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)施工控制的關(guān)鍵點(diǎn)，混凝土澆筑時(shí)加強(qiáng)振搗，但應(yīng)避免漏振、過振，以提高混凝土密實(shí)度和抗拉強(qiáng)度。澆筑后及時(shí)排除表面積水，2～3h后進(jìn)行一次抹面，防止早期收縮裂縫的出現(xiàn)。采用塑料薄膜保濕加毛氈保溫的綜合養(yǎng)護(hù)措施，以達(dá)緩慢降溫，充分發(fā)揮混凝土應(yīng)力松弛效應(yīng)，降低約束應(yīng)力。

大面積混凝土表面水泥漿較厚，在澆筑后要進(jìn)行處理。當(dāng)混凝土澆筑到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)用長(zhǎng)刮尺刮平，在初凝前用木抹子打磨壓實(shí)，以閉合收水裂縫。

大體積混凝土澆筑面應(yīng)及時(shí)進(jìn)行二次抹壓處理，不宜采用二次振搗工藝。澆筑面可用圓盤磨光機(jī)先進(jìn)行收面收光處理。初凝時(shí)（腳踩下去，腳印有4～5mm的下陷），隨即用木抹子進(jìn)行抹壓處理，應(yīng)做到隨裂隨壓，抹壓與噴霧養(yǎng)護(hù)可同時(shí)進(jìn)行。二次抹壓壓光后，應(yīng)馬上進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù)。

雨天澆筑混凝土?xí)r，應(yīng)及時(shí)用塑料薄膜對(duì)混凝土澆筑面進(jìn)行封蓋，嚴(yán)禁雨水直接沖刷新澆筑混凝土。

7 實(shí)施應(yīng)用情況

7.1 工程概況

某項(xiàng)目總建筑面積約48.8萬m2，地上約35.7萬m2，地下約13.1萬m2。擬建酒店、辦公樓、中廳、東展廳、西展廳、能源中心。本項(xiàng)目5個(gè)單體結(jié)構(gòu)聯(lián)為一體，結(jié)構(gòu)尺寸南北長(zhǎng)500m、東西長(zhǎng)480m，屬于典型的超長(zhǎng)大體積混凝土結(jié)構(gòu)，裂縫控制技術(shù)要求高。其中登錄大廳尺寸226m×144m，單個(gè)展廳尺寸154m×68m，辦公樓與酒店尺寸 156m×74m（68m）（見圖 1）。原設(shè)計(jì)中有大量的收縮后澆帶、補(bǔ)償收縮混凝土和膨脹加強(qiáng)帶，如按原設(shè)計(jì)施工，整體工期將無法保證。

本工程分為5個(gè)部分，底板相連，酒店和辦公樓、東、西、中廳3個(gè)展廳。東西展廳筏板下為預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，中廳區(qū)域部分為人工挖孔樁。

圖2 基礎(chǔ)平面尺寸

7.2 底板分區(qū)劃分

整體底板按各單體劃分5個(gè)大的施工區(qū)域，酒店底板部劃分為6個(gè)區(qū)段，酒店最大分段長(zhǎng)度44.8m×34.0m，辦公樓底板部劃分為11個(gè)區(qū)段，辦公樓最大分段長(zhǎng)度46m×37m；A展廳底板劃分為40個(gè)施工段，最大區(qū)段43.2m×39.5m；B展廳底板劃分為50個(gè)施工段，最大區(qū)段46m×36m；中廳底板劃分為30個(gè)施工段，最大區(qū)段46m×36m；整體劃分長(zhǎng)度基本在 30～50m。

7.3 工期影響分析

本工程合同工期緊張，結(jié)構(gòu)工程中設(shè)計(jì)的大量后澆帶對(duì)按期完工造成巨大制約，設(shè)置大量的沉降后澆帶和加強(qiáng)膨脹帶2.4萬m，給施工帶來諸多問題。

如果未留置后澆帶，后續(xù)砌體及粗裝可及時(shí)穿插，地下室提前封閉，粗裝修穿插開展，后期安裝設(shè)備安裝將不受影響，節(jié)省關(guān)鍵線路工期至少1個(gè)月，對(duì)整體工期非常有利。后續(xù)裝飾已穿插施工。

各展廳部分上部結(jié)構(gòu)均有鋼結(jié)構(gòu)屋面，A、B廳上部鋼結(jié)構(gòu)桁架需要吊裝，中廳大跨度鋼結(jié)構(gòu)桁架需要滑移就位，如留置后澆帶，主體結(jié)構(gòu)不能連接成整體，待后澆帶澆筑完成，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，鋼結(jié)構(gòu)將延后2個(gè)月進(jìn)行吊裝和滑移，整體工期將無法保證。

8 經(jīng)濟(jì)效益分析

8.1 經(jīng)濟(jì)效益

本課題研究間歇法施工措施，是對(duì)筏板和樓板溫度后澆帶傳統(tǒng)施工方法的進(jìn)一步優(yōu)化，其施工措施較傳統(tǒng)施工相比，更簡(jiǎn)單、便捷、節(jié)省人工和材料，而且施工周期短，推廣后能產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益。以取消1 000m底板后澆帶為例做節(jié)省費(fèi)用計(jì)算，可節(jié)省27萬元。

8.2 社會(huì)效益

本課題主要研究了超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)無縫施工，針對(duì)不同結(jié)構(gòu)部位，提出區(qū)域合理劃分、施工組織安排原則，具有較大的社會(huì)與環(huán)保效益。①保證工程施工質(zhì)量，避免因留設(shè)后澆帶而造成的施工質(zhì)量問題；②本研究有利于加快工程進(jìn)度，縮短工期，為工程項(xiàng)目的順利進(jìn)展提供保證；③節(jié)約人力資源和降低環(huán)境資源消耗，同時(shí)減少社會(huì)資源和成本的消耗。

9 結(jié)語(yǔ)

本文在大體積混凝土跳倉(cāng)法的原理上，進(jìn)一步研發(fā)應(yīng)用到普通超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)上，取消后澆帶，實(shí)現(xiàn)無縫施工，且改進(jìn)了跳倉(cāng)施工，改為順序施工，控制相鄰區(qū)域混凝土澆筑間隔時(shí)間即可，減少混凝土裂縫的產(chǎn)生，給施工帶來諸多好處，進(jìn)一步完善了規(guī)范中跳倉(cāng)法的理論和應(yīng)用，有助于超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)裂縫控制，提高行業(yè)混凝土施工質(zhì)量水平。