超長混凝土結(jié)構(gòu)的無縫設(shè)計(jì)與施工

摘 要:介紹了后澆帶在工程設(shè)計(jì)的重要性，但工程上由于工期和使用要求，往往不允許留施工縫和后澆帶。實(shí)際當(dāng)中利用UEA膨脹混凝土補(bǔ)償收縮的原理，采用膨脹加強(qiáng)帶代替后澆帶，可以實(shí)現(xiàn)超長鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的無縫施工。

關(guān)鍵詞:超長結(jié)構(gòu)后澆帶無縫設(shè)計(jì)

中圖分類號:TU3文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2011)09(a)-0051-01

1 前言

后澆帶是指在現(xiàn)澆整體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，在施工期間保留的臨時(shí)性溫度、收縮、沉降的變形縫。后澆帶應(yīng)貫穿整個(gè)建筑物，(包括基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu))將整個(gè)建筑物分為幾個(gè)可以相對獨(dú)立施工的部分，待各獨(dú)立主體結(jié)構(gòu)完成后，再進(jìn)行后澆、封閉，形成整體結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)無縫設(shè)計(jì)。

后澆帶是在現(xiàn)澆整體式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工期間為了克服混凝土因自身溫度變化、收縮和基礎(chǔ)不均勻沉降，而可能產(chǎn)生有害裂縫而設(shè)置的變形縫。

施工后澆帶分為后澆沉降帶、后澆收縮帶和后澆溫度帶，分別用于解決高層主樓與低層裙房間差異沉降、鋼筋混凝土收縮變形相減小溫度應(yīng)力等問題。

我國《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》對房屋建筑工程結(jié)構(gòu)伸縮縫的最大間距做如下規(guī)定:對于現(xiàn)澆式結(jié)構(gòu)，普通磚混結(jié)構(gòu)50m，框架結(jié)構(gòu)55m，剪力墻結(jié)構(gòu)45m，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)根據(jù)框架和剪力墻的具體布置情況取45~55m之間，通常可取50m。以上數(shù)值是在正常情況下的規(guī)定，在一些特殊環(huán)境條件下如屋面無保溫或隔熱措施、惡劣氣候環(huán)境條件地區(qū)、建筑材料收縮較大以及采用特殊施工工藝時(shí)，結(jié)構(gòu)伸縮縫的間距應(yīng)適當(dāng)減小。

2 超長結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計(jì)

超長混凝土結(jié)構(gòu)即結(jié)構(gòu)平面長度超過砼規(guī)的要求的結(jié)構(gòu)，在超長結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中很重要的一項(xiàng)工作就是如何控制結(jié)構(gòu)裂縫，而裂縫控制是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的系統(tǒng)工程，涉及到設(shè)計(jì)方法、建筑造型、結(jié)構(gòu)形式與構(gòu)造、施工工藝、建筑材料、氣候環(huán)境、工程地質(zhì)等各種因素。在設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮各方面因素，采取合理的構(gòu)造措施超長結(jié)構(gòu)在實(shí)際工程中主要存在三個(gè)方面問題:一是在混凝土澆筑過程中水泥水化熱使混凝土內(nèi)外溫差在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會在混凝土表面產(chǎn)生裂縫。另外在混凝土降溫階段混凝土逐漸散熱冷卻產(chǎn)生冷縮，加上混凝土硬化過程中本身的收縮，就會產(chǎn)生較大的收縮應(yīng)力，當(dāng)超過混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)也會產(chǎn)生裂縫，有時(shí)會貫穿整個(gè)截面。二是環(huán)境溫度變化引起的結(jié)構(gòu)材料自身熱脹冷縮而產(chǎn)生的溫度應(yīng)力，這種應(yīng)力存在于工程施工階段和使用期間。混凝土收縮和溫度變化這種間接作用引起的變形和位移對于超靜定混凝土結(jié)構(gòu)可能引起很大的約束應(yīng)力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件開裂，甚至使結(jié)構(gòu)的受力形態(tài)發(fā)生改變。

3 某工程超長結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計(jì)

3.1 工程概況

某商業(yè)街工程，占地面積約13.7萬m2，最長邊約1257m，寬124m，因混凝土為超長結(jié)構(gòu)，為控制變形裂縫的產(chǎn)生，原設(shè)計(jì)底板做14道后澆帶。

經(jīng)施工前研究分析，設(shè)置后澆帶會給工程施工帶來很多困難——使該處模板和支撐不能及時(shí)拆除，延長了工期;由于較長時(shí)間不能封閉，落進(jìn)雜物難于清理;同時(shí)，由于后澆帶兩側(cè)，在澆筑混凝土前，混凝土側(cè)邊鑿毛十分困難;同時(shí)底板和墊層混凝土與后澆帶混凝土澆筑時(shí)間相隔長達(dá)40～60d，新老混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度難以保證，后澆帶連接處易產(chǎn)生裂縫，反而造成滲漏。

3.2 理論依據(jù)

膨脹混凝土在凝結(jié)硬化過程中產(chǎn)生適當(dāng)膨脹，在鋼筋和鄰位的約束下，在混凝土中建立起一定的自應(yīng)力(約0.2MPa～0.7MPa)，其自應(yīng)力值按下式計(jì)算:

σc=ρEs·εP

σc——混凝土自應(yīng)力(MPa)

ρ——截面的配筋率(%)

Es——鋼筋的彈性模量(MPa)

εP——鋼筋的限制膨脹率(%)

從公式中可以看出:在配筋率和鋼筋彈性模量確定的情況下，膨脹混凝土自應(yīng)力與膨脹率成正比。這樣膨脹加強(qiáng)帶部位的自應(yīng)力增大，對溫度收縮應(yīng)力補(bǔ)償能力增大，防止超長結(jié)構(gòu)開裂，為保證工期和加快施工進(jìn)度，根據(jù)以上原理經(jīng)我單位多次研究、分析、計(jì)算，決定不設(shè)混凝土后澆帶，用加強(qiáng)帶取代后澆帶，依靠混凝土的膨脹補(bǔ)償收縮，從而達(dá)到控制混凝土變形裂縫的目的。

3.3 加強(qiáng)帶的設(shè)置

膨脹加強(qiáng)帶分別沿縱、橫向每隔37m左右設(shè)置一條，寬度2m。設(shè)置在溫度收縮應(yīng)力較大的部位，如截面、鋼筋變化等部位，加強(qiáng)構(gòu)造措施。在加強(qiáng)帶兩側(cè)設(shè)置一層孔徑5mm×5mm的鋼絲網(wǎng)，并200mm～300mm設(shè)一根豎向φ16mm的鋼筋予以加固，其上下均應(yīng)留有保護(hù)層，鋼絲與鋼絲網(wǎng)、上下水平鋼筋及豎向加固筋必須綁扎牢固，不得松動(dòng)，以免澆筑混凝土?xí)r被沖開，引起兩種混凝土混合，影響加強(qiáng)帶的效果。適當(dāng)提高邊墻配筋率，減少水平筋間距在140mm以下，以增加混凝土的極限拉伸值;在墻的中部或底部的1m范圍內(nèi)的水平筋間距改為80～100mm，形成一道“暗梁”，以平衡收縮應(yīng)力;此外采取加強(qiáng)淋水養(yǎng)護(hù)，墻體保溫，延長拆摸板時(shí)間等措施，起到控制裂縫的作用。

3.4 混凝土試配

(1)膨脹混凝土的試配。膨脹混凝土用于超長結(jié)構(gòu)無縫施工，其限制膨脹率設(shè)計(jì)和設(shè)定非常重要，膨脹率偏小，則補(bǔ)償收縮能力不足，無縫施工難以實(shí)現(xiàn)，膨脹率過大，對混凝土強(qiáng)度有明顯的影響。根據(jù)試配經(jīng)驗(yàn)，UEA摻量占膠結(jié)材料的10%～12%之間，同時(shí)利用收縮膨脹測定儀測定，其膨脹率ε2=2～4×10-4，在配筋率μ=0.2～0.8%時(shí)，可在結(jié)構(gòu)中建立0.2～0.7MPa的預(yù)壓應(yīng)力，這一預(yù)壓應(yīng)力可補(bǔ)償混凝土在硬化過程中產(chǎn)生溫差和干縮的拉應(yīng)力。

(2)微膨脹混凝土的設(shè)計(jì)，主要是在混凝土的配比中摻入適量的外加劑、添加劑，將混凝土在凝固過程中產(chǎn)生溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力降到最低。膨脹混凝土采用C35，UEA-H摻量為膠結(jié)材料的12%，不替代水泥，保證了其強(qiáng)度。

3.5 施工質(zhì)量保證措施

(1)選擇優(yōu)質(zhì)原材料。石子:5～31.5mm卵石連續(xù)級配，含泥量＜1.0%;砂:中砂，含泥量＜2.0%;水泥:P.O32.5R;粉煤灰:Ⅱ級磨細(xì);膨脹劑:HM多功能型;以上所用材料都經(jīng)嚴(yán)格復(fù)試。

(2)試驗(yàn)配比。根據(jù)現(xiàn)場材料經(jīng)試驗(yàn)室試配做出如下合理配比，現(xiàn)場采用砂、石含水率測試儀隨時(shí)測定砂、石含水率并及時(shí)調(diào)整加水量。

(3)澆筑。每施工段施工時(shí)采用兩臺混凝土攪拌站配合施工，以保證混凝土同時(shí)完成澆筑，使混凝土相連避免產(chǎn)生施工縫。對厚大混凝土承臺分層進(jìn)行澆筑，每層澆筑厚度小于400mm，澆筑連續(xù)且保持均勻，

4)振搗。采用φ50插入式振搗器進(jìn)行振搗，施工中設(shè)專人負(fù)責(zé)合理布點(diǎn)，嚴(yán)格控制振搗間距(不大于400mm)、時(shí)間(不少于20S)，防止過振、漏振現(xiàn)象發(fā)生，必要時(shí)局部采取二次振搗。

4 結(jié)語

該地下商業(yè)街工程自施工以來，至今混凝土齡期達(dá)300多天，經(jīng)建設(shè)單位、監(jiān)理單位、施工單位多次聯(lián)合檢查未發(fā)現(xiàn)有害裂縫，達(dá)到了預(yù)期的效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 李志磊，干鋼，唐錦春.超長框架結(jié)構(gòu)在溫度場作用下的空間變形特性和內(nèi)力研究[J].工業(yè)建筑，2004(4).