跳倉(cāng)法替代后澆帶在大體積混凝土施工中的運(yùn)用

章 誼

上海建工二建集團(tuán)有限公司 上海 200090

大體積混凝土施工時(shí)水化熱釋放比較集中，內(nèi)部升溫快，內(nèi)外溫差大，極其容易產(chǎn)生混凝土裂縫。常見的解決措施是留設(shè)大量的后澆帶，將結(jié)構(gòu)劃分成若干區(qū)域，從而減少裂縫的產(chǎn)生。

然而，后澆帶的設(shè)置存在大量的弊端。以跳倉(cāng)法施工代替后澆帶能有效提高工程實(shí)施效率，減少工程質(zhì)量隱患，并大大減少混凝土裂縫。根據(jù)不同的項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，結(jié)合可行性驗(yàn)算，對(duì)大體積混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的區(qū)域劃分，并以跳倉(cāng)施工代替后澆帶的技術(shù)，在大體積混凝土中的運(yùn)用前景十分廣闊[1-4]。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

背景項(xiàng)目位于上海市浦東新區(qū)，毗鄰黃浦江。本工程由l棟17層大型甲級(jí)高層辦公樓、 l棟6層高層辦公附樓、 3層地下室及配套建筑等組成。主樓為核心筒加外框鋼結(jié)構(gòu)，附樓為鋼結(jié)構(gòu)形式。

以本工程超深基坑底板大體積混凝土施工作為“跳倉(cāng)法施工替代后澆帶”的研究背景。

1.2 地下室概況

本工程基坑面積6 447 m2，地下室周長(zhǎng)312.6 m，基坑形狀較規(guī)則。本項(xiàng)目共計(jì)3層地下室，層高5 m，最大挖深17.25 m。地下室底板普遍厚度1 000 mm，主樓核心筒區(qū)域底板厚度1 800 mm，配筋為4層雙向φ25 mm@150 mm，混凝土為C35P8。地下室外墻厚度550 mm，混凝土等級(jí)為C35P8。地下室共設(shè)置2條后澆帶，即1條沉降后澆帶以及1條伸縮后澆帶，將地下室底板劃分成3個(gè)區(qū)域（圖1）。

圖1 地下室底板平面

1.3 大體積混凝土概況

根據(jù)相關(guān)規(guī)范，本工程地下室底板均屬于大體積混凝土的范疇。大體積混凝土施工時(shí)水化熱釋放比較集中，內(nèi)部升溫快，內(nèi)外溫差大，極其容易產(chǎn)生混凝土裂縫。

2 工程難、特點(diǎn)

1）工程為大型甲級(jí)高層商辦樓，工程質(zhì)量要求極高，杜絕出現(xiàn)貫徹裂縫，嚴(yán)格控制表層裂縫。

2）工程工期較緊，整個(gè)地下室施工計(jì)劃5個(gè)月內(nèi)完成，且大底板施工時(shí)間為盛夏，特殊季節(jié)施工難度大，混凝土澆筑質(zhì)量要求高。

3）工程地下室底板厚度1 000、1 800 mm，大體積混凝土施工裂縫控制要求高。

4）工程場(chǎng)地十分狹小，地下室邊界與規(guī)劃用地紅線最近距離為2 m，上部結(jié)構(gòu)施工時(shí)必須利用地下室頂板作為臨時(shí)行車道路，對(duì)地下室頂板的施工質(zhì)量考驗(yàn)大，且加固要求高。

3 設(shè)計(jì)方案對(duì)比分析及選擇

3.1 設(shè)計(jì)方案

3.1.1 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介

為減少地下室結(jié)構(gòu)施工過程中的混凝土裂縫，本工程地下室結(jié)構(gòu)板共設(shè)置1條沉降后澆帶、1條伸縮后澆帶；墻板上設(shè)置2條豎向后澆帶并延伸至地下室頂板。后澆帶寬度為1 m，中部設(shè)置2條通長(zhǎng)鋼板止水帶及膨潤(rùn)土止水條。底板后澆底部加設(shè)1道通長(zhǎng)中埋式止水帶（圖2、圖3）。

圖2 基礎(chǔ)底板后澆帶構(gòu)造

圖3 地下室外墻后澆帶構(gòu)造

伸縮后澆帶2個(gè)月后采用強(qiáng)度高一級(jí)配微膨脹混凝土封閉，沉降后澆帶待主體結(jié)構(gòu)完畢后且基本沉降穩(wěn)定方可進(jìn)行封閉。

3.1.2 后澆帶施工隱患

1）影響頂板交通運(yùn)輸。本工程場(chǎng)地十分狹小，上部結(jié)構(gòu)施工時(shí)需利用地下室頂板作為運(yùn)輸通道。而后澆帶的設(shè)置使頂板不能形成整體，后澆帶處加固難度大，存在較大的安全隱患。

2）后澆帶垃圾清運(yùn)困難。設(shè)置后澆帶將會(huì)貫穿整個(gè)項(xiàng)目的始終，不可避免地會(huì)有各類垃圾污染后澆帶區(qū)域，而此處鋼筋密集，構(gòu)造復(fù)雜，清理工作十分困難。

3）鋼筋變形后修復(fù)困難。本工程后澆帶寬度1 m，經(jīng)歷整個(gè)主體結(jié)構(gòu)施工后，密集的鋼筋網(wǎng)必將會(huì)造成極大的破壞，在狹小的空間內(nèi)鋼筋修復(fù)工作極為困難。

4）施工縫多，易漏水。后澆帶處封閉施工，若處理不好則形成冷縫，給防水造成很大困難。

3.2 設(shè)計(jì)方案優(yōu)化

3.2.1 跳倉(cāng)法施工原理簡(jiǎn)介

跳倉(cāng)法施工是指將結(jié)構(gòu)劃分為若干區(qū)域，結(jié)合混凝土材料特性，在每一區(qū)域施工完成后，給予其一定時(shí)間充分釋放內(nèi)應(yīng)力，待該部分結(jié)構(gòu)基本處于穩(wěn)定狀態(tài)后，再施工其余區(qū)域，從而有效控制裂縫的產(chǎn)生。在實(shí)際施工中，為節(jié)省工期，可間隔區(qū)域同時(shí)施工，即為跳倉(cāng)。

3.2.2 跳倉(cāng)法運(yùn)用的可行性分析

1）工程為地下3層，單層施工面積約6 447 m2，分3個(gè)施工作業(yè)區(qū)段，利用棧橋配合機(jī)械施工，有足夠的施工空間。

2）工程場(chǎng)地十分狹小，基坑邊線與用地紅線之間的距離最近僅2 m，上部結(jié)構(gòu)施工時(shí)需利用地下室頂板作為材料堆場(chǎng)及交通運(yùn)輸?shù)耐ǖ?，跳倉(cāng)法施工則避免了留置后澆帶造成的結(jié)構(gòu)不能早日形成整體的問題，從而有利于總體施工部署。

3）工程地下室底板為大體積混凝土，根據(jù)總體施工部署，將其劃分為3個(gè)施工區(qū)域，每一個(gè)區(qū)域施工完成后，間隔10 d時(shí)間，讓其充分完成內(nèi)應(yīng)力釋放，待基本處于穩(wěn)定狀態(tài)后，再完成其他區(qū)域施工，從而有效減少大體積混凝土施工中裂縫的產(chǎn)生。

3.2.3 計(jì)算分析

1）沉降后澆帶計(jì)算分析。本工程采用巖土工程專業(yè)有限元軟件Plaxis，對(duì)差異沉降進(jìn)行驗(yàn)算。通過對(duì)基坑典型條帶進(jìn)行剖面簡(jiǎn)化，建立平面應(yīng)變有限元模型進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算。模型側(cè)向邊界設(shè)為地下連續(xù)墻后4倍開挖深度處，底部邊界設(shè)為坑底4倍開挖深度處。上部樓層質(zhì)量近似采用18 kPa/層的均布荷載進(jìn)行模擬。計(jì)算結(jié)果表明：相鄰樁基差異沉降為10.58 mm，小于規(guī)定限值26 mm，即沉降后澆帶可取消。

2）伸縮后澆帶計(jì)算分析。本工程采用大型商業(yè)有限元軟件Ansys對(duì)混凝土澆筑溫度場(chǎng)進(jìn)行求解。由于底板混凝土厚度遠(yuǎn)小于長(zhǎng)度和寬度，因此可簡(jiǎn)化為單向傳導(dǎo)的熱力學(xué)模型。由上到下，依次建立鋼筋混凝土、墊層、下方土體單元，混凝土厚度偏安全的按底板厚1.8 m考慮。空氣、土壤溫度取24 ℃，空氣熱交換系數(shù)取11.93，混凝土入模溫度取30 ℃。經(jīng)計(jì)算，7 d內(nèi)截面中部最高溫度為50.2 ℃，在澆筑77 h后達(dá)到。

① 最大拉應(yīng)力計(jì)算：計(jì)算得到的最大拉應(yīng)力為0.22 MPa，在混凝土澆筑7 d后達(dá)到，小于C35混凝土2.2 MPa的抗拉強(qiáng)度，滿足抗裂條件。

② 最小裂縫間距計(jì)算：經(jīng)驗(yàn)算，跳倉(cāng)塊允許長(zhǎng)度（計(jì)算時(shí)考慮10 K的夏季晝夜溫差）可以達(dá)到84.99 m，本工程取75.64 m是滿足抗裂要求的。

③ 合攏長(zhǎng)度驗(yàn)算：經(jīng)驗(yàn)算，底板的最大合攏長(zhǎng)度為132.65 m，大于本工程合攏長(zhǎng)度81.4 m，滿足抗裂要求。

3.2.4 跳倉(cāng)法施工技術(shù)優(yōu)勢(shì)分析

1）運(yùn)用跳倉(cāng)法施工，后澆帶變?yōu)槭┕たp，兩側(cè)混凝土結(jié)合更加緊密，處理更加簡(jiǎn)單。

2）運(yùn)用跳倉(cāng)法施工，在控制配合比及澆筑質(zhì)量的前提下，能盡量減小混凝土澆筑中的溫差，減少因收縮而產(chǎn)生的裂縫，從而減少滲漏隱患。

3）運(yùn)用跳倉(cāng)法施工避免了留置后澆帶造成的結(jié)構(gòu)不能早日形成整體的問題，尤其在場(chǎng)地狹小等需利用地下室底板作為材料堆場(chǎng)或交通運(yùn)輸通道的項(xiàng)目中，跳倉(cāng)法施工有利于總體施工部署。

4）運(yùn)用跳倉(cāng)法施工避免了留置后澆帶時(shí)下部大量的排架模板支撐體系，在節(jié)省施工空間的同時(shí)，也能節(jié)約較大的成本。

5）跳倉(cāng)法施工將施工區(qū)域劃分為若干小塊間隔施工，不僅給先行澆筑區(qū)域充足的應(yīng)力釋放時(shí)間，而且能大大提高施工效率，節(jié)省工期。

4 跳倉(cāng)法施工技術(shù)措施

4.1 混凝土及原材料技術(shù)要求

本工程大體積混凝土采用C 3 5 P 8 級(jí)預(yù)拌混凝土，采用混凝土60 d強(qiáng)度作為指標(biāo)；坍落度宜控制在140 mm±30 mm；拌和水用量不宜大于155 kg/m3；粉煤灰摻量30%；礦渣粉摻量20%；砂率宜為38%～42%，設(shè)計(jì)為40%；細(xì)骨料采用中粗砂，細(xì)度模數(shù)在2.3以上；粗骨料宜選用粒徑5～25 mm石子。

4.2 施工縫留置與構(gòu)造

本工程結(jié)構(gòu)板及側(cè)墻的施工縫在原設(shè)計(jì)圖紙中的后澆帶位置附近，盡量選擇結(jié)構(gòu)變化不大且受力較小的部分，結(jié)合實(shí)際施工情況進(jìn)行微調(diào)。

同時(shí)，施工縫留置時(shí)，在先行施工區(qū)域設(shè)置止水鋼板以避免施工縫處的滲漏水情況，中層板施工縫擬采用快易口做法將先后澆筑的混凝土分隔。

4.3 混凝土澆筑

本工程地下室底板大體積混凝土需嚴(yán)格按照400 mm一層分層澆筑。大底板施工時(shí)正處于盛夏，混凝土很容易失水，嚴(yán)禁施工過程中向混凝土中加水，同時(shí)與泵站及時(shí)溝通混凝土進(jìn)場(chǎng)時(shí)間，避免出現(xiàn)冷縫現(xiàn)象。混凝土澆筑時(shí)嚴(yán)格控制振搗質(zhì)量，嚴(yán)禁少振、漏振現(xiàn)象的產(chǎn)生。

4.4 混凝土養(yǎng)護(hù)

根據(jù)混凝土材料特性，澆筑完成后的72 h是混凝土溫度應(yīng)力釋放的集中時(shí)間，內(nèi)部升溫快，內(nèi)外溫差過大即會(huì)產(chǎn)生大量裂縫。因此必須采取措施對(duì)混凝土表面進(jìn)行保溫處理。

經(jīng)計(jì)算，本工程大體積混凝土施工保溫層采用2層氣泡薄膜＋1層土工織物，在塑料薄膜、土工織物覆蓋的綜合條件下，保溫保濕，降低混凝土內(nèi)外部溫差，有效控制裂縫的產(chǎn)生。另外，施工過程中對(duì)混凝土內(nèi)部進(jìn)行測(cè)溫處理，隨時(shí)觀察溫度變化情況。

5 裂縫控制注意事項(xiàng)

1）混凝土施工前，制定材料配比方案，嚴(yán)格控制混凝土的水灰比及混凝土單位用水量。

2）合理設(shè)置施工縫，混凝土結(jié)構(gòu)分區(qū)設(shè)置盡量大小均勻，且多設(shè)施工縫。

3）混凝土嚴(yán)格按照既定方案分層澆筑，同時(shí)控制好振搗質(zhì)量。

4）注意混凝土澆筑完成后的養(yǎng)護(hù)措施，尤其在大體積混凝土施工過程中，需及時(shí)進(jìn)行保溫覆蓋，減少溫度裂縫。

5）對(duì)大體積混凝土需進(jìn)行內(nèi)部溫度監(jiān)測(cè)，隨時(shí)了解混凝土內(nèi)部溫度變化情況以及內(nèi)外溫差。

6 結(jié)語

本文詳細(xì)闡述了在大體積混凝土結(jié)構(gòu)中，以跳倉(cāng)法施工替代后澆帶的做法。跳倉(cāng)法施工替代后澆帶能有效地提高工程實(shí)施效率，減少工程質(zhì)量隱患，大大減少了混凝土裂縫。

同時(shí)，跳倉(cāng)施工解決了后澆帶留置導(dǎo)致地下室頂板不能形成整體的難題，有利于場(chǎng)地狹小的工程項(xiàng)目施工中的場(chǎng)地布置。

整體而言，跳倉(cāng)施工解決了后澆帶留置產(chǎn)生的諸多質(zhì)量和安全問題，在經(jīng)過科學(xué)合理的驗(yàn)算后，在本工程中得到了很好的運(yùn)用，為其他同類存在大體積混凝土以及場(chǎng)地狹小的工程施工提供了理論和實(shí)踐依據(jù)。