大型國際航站樓超長、大體積混凝土結(jié)構(gòu)的跳倉法施工技術(shù)

龐程程 付 敏 王 剛 陳 華 沈 潔

中國建筑第八工程局有限公司總承包公司 上海 201204

目前，建筑施工領(lǐng)域在面對超長、大體積混凝土基礎(chǔ)底板以及超長結(jié)構(gòu)樓板時，均是通過留置后澆帶來控制混凝土內(nèi)部應(yīng)力，避免裂縫的產(chǎn)生。近年來，后澆帶在建筑施工領(lǐng)域已得到十分廣泛的應(yīng)用。不同工程后澆帶留設(shè)情況也有所不同。在結(jié)構(gòu)施工過程中，后澆帶需保留至主體結(jié)構(gòu)全部封頂后再進(jìn)行封閉，從而保證結(jié)構(gòu)形成一個整體。后澆帶的留設(shè)可以代替結(jié)構(gòu)中的永久變形縫，有助于改善結(jié)構(gòu)的性能。但是在基礎(chǔ)底板施工過程中，后澆帶施工縫處由于基礎(chǔ)底板鋼筋過密，在后期清理過程中質(zhì)量很難控制，在澆筑完混凝土后，施工縫位置極易發(fā)生底板滲漏現(xiàn)象，給工程質(zhì)量帶來很大隱患。樓板也存在同樣的問題。后澆帶的留設(shè)導(dǎo)致超長結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力張拉，必須在后澆帶施工完成且強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求后方可進(jìn)行，同時該區(qū)域高支模架體在預(yù)應(yīng)力張拉完成后方可拆除，嚴(yán)重影響工程進(jìn)度。因此，如何解決后澆帶帶來的諸多不便已成為建筑工程施工領(lǐng)域必須解決的一個問題。

近年來，眾多專業(yè)學(xué)者以及工程技術(shù)人員對取消后澆帶施工進(jìn)行了大量的研究和實踐工作[1]。本文在既有研究成果的基礎(chǔ)上，以杭州蕭山國際機(jī)場新建T4航站樓工程為背景，通過工程軟件建立相關(guān)模型并輸入?yún)?shù)，對混凝土澆筑施工過程進(jìn)行了模擬。在此基礎(chǔ)上，研究了不同厚度以及分倉大小對混凝土裂縫控制的影響。通過對比分析認(rèn)為，在合理分倉的條件下，取消后澆帶施工對混凝土裂縫控制有較好的效果。

1 工程概況

杭州蕭山國際機(jī)場三期項目新建T4航站樓位于既有T1/T2/T3航站樓西側(cè)及2條跑道中間，航站樓西側(cè)緊鄰空管局和出租車服務(wù)區(qū)，南側(cè)與南保通道路和高架橋相鄰，北側(cè)與機(jī)場離場道路和北保通道路相連，且跨越杭州地鐵蕭山機(jī)場站。目前地鐵施工仍在進(jìn)行，新建T4航站樓位于場區(qū)中間，施工期間需保證機(jī)場不停航運行（圖1）。

圖1 周邊環(huán)境示意

新建T4航站樓主樓地下2層（局部地下3層），地上4層。標(biāo)高－17.3 m基礎(chǔ)底板最大厚度1.5 m，長248 m，寬16.5 m；標(biāo)高－13.7 m基礎(chǔ)底板長248 m，寬41 m，厚1.5 m；航站樓主樓核心區(qū)域基礎(chǔ)底板標(biāo)高為－6.67 m，長143 m，寬125 m，厚1 m。航站樓承臺最大尺寸8.8 m× 6.4 m×3.5 m，基礎(chǔ)梁最大截面尺寸1.5 m×2.0 m。混凝土樓板最大長度為490 m，寬度208 m，樓板厚度150 mm，屬于超長結(jié)構(gòu)。樓層框架梁最大截面尺寸1.4 m×1.9 m。為有效控制混凝土裂縫的產(chǎn)生，采用跳倉法進(jìn)行施工。

1.1 跳倉法施工原理

超長、大體積混凝土結(jié)構(gòu)跳倉法施工的基本過程就是將結(jié)構(gòu)合理劃分為若干塊，然后根據(jù)施工現(xiàn)場劃分區(qū)塊合理組織施工，相鄰塊混凝土間隔7 d后進(jìn)行澆筑，合理利用“減、放、抗”的原理，從而取消溫度后澆帶（施工縫），較好地控制混凝土裂縫。通過“抗放兼施、先抗后放、以抗為主”的原理，充分釋放混凝土前期溫度應(yīng)力，經(jīng)過短期的應(yīng)力釋放，在后期混凝土收縮應(yīng)力較小時再澆筑相鄰區(qū)塊，依靠混凝土的抗拉強(qiáng)度來抵抗相鄰區(qū)段的溫度收縮應(yīng)力，從而避免混凝土裂縫的產(chǎn)生。

1.2 跳倉法施工控制措施

1）通過前后間隔7 d澆筑相鄰塊混凝土，釋放混凝土前期大部分溫度應(yīng)力變形以及干縮變形。

2）優(yōu)化混凝土配合比，減小膠凝材料用量及用水量，控制混凝土入模溫度與坍落度，進(jìn)一步減小混凝土的收縮。

3）嚴(yán)格控制混凝土原材料質(zhì)量，減少粗細(xì)骨料的含泥量，通過細(xì)致振搗提高混凝土的密實度和均勻性，通過增強(qiáng)構(gòu)造配筋率來提高混凝土表面的抗拉強(qiáng)度。

4）混凝土澆筑完成后經(jīng)多次收面、壓光及抹平，消除混凝土在塑性階段的收縮，避免在前期產(chǎn)生缺陷。在混凝土終凝后進(jìn)行保濕、保溫養(yǎng)護(hù)，減小混凝土在強(qiáng)度增長階段的應(yīng)力。

2 跳倉法施工的混凝土內(nèi)部應(yīng)力計算

選取航站樓核心區(qū)域最具代表性的基礎(chǔ)底板進(jìn)行分析計算，底板厚度分別設(shè)置為1.0 m和1.5 m，底板區(qū)塊大小選取40、45、50 m三個尺寸。通過建立模型，分別研究同一厚度下分塊大小不同時混凝土內(nèi)部溫度的變化以及同一分塊大小下底板厚度不同時混凝土內(nèi)部溫度的變化。選取其中9塊分倉進(jìn)行典型應(yīng)力計算。澆筑完成后混凝土的保溫、保濕養(yǎng)護(hù)時間為14 d，保溫養(yǎng)護(hù)方式為頂面覆蓋厚0.12 mm的塑料薄膜。幾何模型及分塊模型如圖2所示。

圖2 幾何模型及分塊模型

通過不同分塊大小及不同厚度底板水化模型和傳熱模型的耦合，計算出水化度場和溫度場。通過水化度場計算出混凝土力學(xué)性能、收縮徐變等相關(guān)性能的演變，并將其和溫度場一起通過力學(xué)模型計算得到應(yīng)變和應(yīng)力場。混凝土的最大溫度若超過70 ℃，將會因延遲鈣礬石反應(yīng)而導(dǎo)致脹裂，通常混凝土澆筑3 d后的溫度將達(dá)到最大值，此時澆筑塊內(nèi)部的第一主應(yīng)力也將達(dá)到早期的最大值，因此通過觀察每次澆筑3 d后的溫度，即可對比得出有利于混凝土裂縫控制的最佳分倉大小。

在同一底板厚度下，分別按照長度40、45、50 m的分塊建立模型，通過模擬計算得出分塊大小不同情況下，澆筑3 d后混凝土內(nèi)部的溫度變化情況（圖3～圖5）。

圖3 1.0 m底板、 40 m分塊模型的 溫度云圖

圖4 1.0 m底板、 45 m分塊模型的 溫度云圖

圖5 1.0 m底板、 50 m分塊模型的 溫度云圖

通過圖3～圖5可以看出：底板厚度為1.0 m，分塊大小在45 m左右時，混凝土內(nèi)部最高溫度接近70 ℃；當(dāng)分塊大小在50 m左右時，混凝土內(nèi)部最高溫度為73.2 ℃，超過70 ℃，混凝土極易脹裂。可以得出，1.0 m厚底板的分倉大小應(yīng)控制在45 m以內(nèi)，最大不超過45 m。

在45 m相同分塊大小情況下，分別建立厚1.0 m和1.5 m底板模型，通過模擬計算得出不同厚度底板情況下，澆筑3 d后混凝土內(nèi)部的溫度變化情況（圖6、圖7）。再通過建立40 m分塊大小、厚1.5 m底板模型，測得澆筑3 d后混凝土內(nèi)部的溫度變化情況（圖8）。

圖6 1.0 m底板、45 m分塊模型的溫度云圖

圖7 1.5 m底板、 45 m分塊模型的 溫度云圖

圖8 1.5 m底板、40 m分塊模型的 溫度云圖

通過圖6～圖8可以看出：分塊大小均在45 m左右時，1.5 m厚底板內(nèi)部最高溫度為75.4 ℃，大于70 ℃，混凝土脹裂；當(dāng)1.5 m厚基礎(chǔ)底板分塊大小在40 m左右時，測得混凝土內(nèi)部最高溫度為68.5 ℃，未超過70 ℃。可以得出，1.5 m厚底板分倉大小應(yīng)控制在40 m以內(nèi)，最大不超過40 m。

在現(xiàn)場實際施工過程中，按照計算結(jié)果進(jìn)行分倉施工，在養(yǎng)護(hù)到位的情況下，對大體積混凝土測溫后發(fā)現(xiàn)，基本上與理論數(shù)據(jù)相符合，即通過合理分倉能夠有效地控制混凝土裂縫的產(chǎn)生。以此為基礎(chǔ)，對地下室外墻超長結(jié)構(gòu)以及混凝土樓板超長結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬計算，得出了不同厚度墻體以及樓板的最佳分倉大小，在取消后澆帶、加快工期的同時，能夠有效地避免混凝土裂縫的產(chǎn)生，保證了施工質(zhì)量。

3 結(jié)語

航站樓超長、大體積混凝土結(jié)構(gòu)采用跳倉法施工，取消原設(shè)計的溫度后澆帶，可避免留設(shè)后澆帶對高支模架體周轉(zhuǎn)、預(yù)應(yīng)力張拉、模板支設(shè)周轉(zhuǎn)的影響，在保證質(zhì)量的前提下極大地縮短了施工工期，利于后續(xù)二次結(jié)構(gòu)工程的提前穿插施工。通過流水遞推施工，可以有效地控制混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生。基礎(chǔ)底板及樓板施工以“縫”代“帶”，有效地避免了基礎(chǔ)底板后澆帶漏水的潛在隱患。跳倉法的應(yīng)用，合理地解決了后澆帶留設(shè)帶來的諸多問題，在國內(nèi)很多重點項目中均已得到驗證，且實施效果良好，具有十分廣闊的應(yīng)用前景，值得進(jìn)一步推廣使用。但在實施前，需根據(jù)工程特點制定專項施工方案及保證措施，科學(xué)合理地利用該工法，從而為建筑工程創(chuàng)造更好的社會與經(jīng)濟(jì)效益。