跳倉法施工在超長混凝土結構工程中的應用

袁紅勝 中國鐵路上海局集團有限公司上海華東鐵路建設監理有限公司

當前我國社會經濟持續穩定向前發展，人民生活水平不斷提高，汽車逐步在家庭中普及，住宅小區停車難的矛盾越來越突出，因此，越來越多的新建住宅小區采取整個地塊地下均建設為地下車庫來增加停車位，這樣就使地下車庫的規模越來越大，超長結構的地下車庫也就應運而生。超長結構按通常的做法是采用設置后澆帶的方法來達到控制裂縫的目的，后澆帶的保留時間一般需要在結構完成60天后方可封閉，對工期產生一定的影響，同時由于整個場地被后澆帶分割成許多區域，不利于施工現場的整體布置和場內運輸，另外后澆帶處垃圾也不便于清理，施工縫多，致使地下結構漏水的情況時有發生。在超長地下結構工程中使用跳倉法施工，可以為解決這些問題提供一種有效途徑。

1 工程概況

某住宅小區占地面積47 743 m2，總建筑面積約157 540 m2，包含10棟24～33層的高層住宅、整個場地地下一層為車庫。地下車庫為框架結構，整體采用筏板加承臺基礎；工程東西寬度為138m，南北長度為267m～294m，基坑面積38952m2，底板標號為C30P6，地下車庫底板厚度為500mm。根據地下室結構特點及工期要求，結合施工現場布置及場內運輸的需要，本工程采用跳倉法施工。

2 跳倉法施工的優點及基本原理

2.1 跳倉法施工的優點

普通混凝土超長結構施工采用較多的是留置后澆帶等的做法，但留置后澆帶具有留置時間長影響工期；新老混凝土粘結強度不易保證；后澆帶兩側混凝土鑿毛帶來的施工麻煩；后澆帶內垃圾清理困難；施工縫處理不好往往造成地下室漏水；后澆帶封閉前兩側結構改變正常受力形式而變成臨時懸挑結構，不利于場內施工布置及運輸等缺點。而跳倉法施工卻具有以下優點：

（1）跳倉法施工是以“縫”代“帶”，取消后澆帶，即取消后澆帶封閉需要的約60天等候期，使結構整體早日達到設計強度，并能及時投入使用，縮短施工時間。同時，由于施工場地早日形成一個整體，有利于施工現場的整體布置和場地內的運輸，提供施工效率。

（2）采用跳倉法施工減少施工縫（原來一個后澆帶有2條施工縫），可增加建筑結構的整體性。

（3）減少了后澆帶清理的時間，同時倉間施工縫清理容易，混凝土結合有保證。利用倉間混凝土的澆筑時間間隔短（7-10天）、施工縫處混凝土強度較低，后澆倉的鋼筋尚未綁扎完成之前，垃圾雜物較少，易于邊施工邊清理，這就有利于倉體間混凝土的結合。

（4）降低了施工成本和安全質量隱患。由于取消后澆帶，因此節省了后澆帶封閉時的清理、支模、澆筑、養護等所產生的成本，以及后澆帶兩側在后澆帶封閉前，結構的受力形式變成懸挑結構所產生的支撐成本、安全防護成本等，同時降低了由此帶來的安全、質量隱患。

2.2 跳倉法施工定義

在大體積混凝土工程施工中，將超長的混凝土塊體分為若干小塊體間隔施工，經過短期的應力釋放，再將若干小塊體連成整體，依靠混凝土抗拉強度抵抗下一段的溫度收縮應力的施工方法。

2.3 跳倉法的原理

跳倉法施工是用施工縫來取代后澆帶，達到解決超長超寬混凝土結構的施工技術。其原理就是用“抗放兼施,以抗為主,先放后抗”的原則進行施工。這里的總能量通過“抗”來吸收,通過“放”而耗散。所謂“放”，是指混凝土澆筑完畢后，采取措施讓其充分收縮，以盡量減少殘留在混凝土內部的收縮拉應力，從而減少裂縫產生。所謂“抗”是指采取設計、施工、材料、管理等方面的措施，提高混凝土的抗拉強度和極限拉應變,以減少裂縫的產生。由于混凝土澆筑完成后，早期的溫差及收縮大，而后期溫差及收縮小,故應先“放”后“抗”。“跳倉法”是將上述的“抗”與“放”的原理結合起來,也就是“抗放兼施”,“先放后抗”,最后“以抗為主”的綜合辦法。

3 跳倉法施工在地下室結構施工中的實施

3.1 跳倉法施工分倉長度的確定

采用計算平均伸縮縫間距來確定跳倉塊的長度，同時由于分倉澆筑間隔時間不小于7天，所以采用澆筑混凝土7天時的相關數據來進行計算。

采用極限變形概念研究推導出平均伸縮縫間距的具體公式：

[L]-平均伸縮縫間距

E-混凝土彈性模量

H-底板厚度或板墻厚度

Cx-地基或基礎水平阻力系數

α-混凝土線膨脹系數

T-互相約束結構的綜合溫差降，包括水化熱差T1、氣溫差T2、收縮當量差T3

εP-混凝土的極限變形

（1）混凝土彈性模量E的計算

此處的E為混凝土早期彈性模量，驗證t=7d時砼的彈性模量為：

E（7）=E0（1-e-0.09t=3.0×104×（1-e-0.09×7）=1.4×104N/mm2

E0為混凝土齡期為C30混凝土28天的彈性模量，按《建筑施工計算手冊》（以下取值均為本手冊）取3.0×104

（2）地基或基礎水平阻力系數Cx的計算

連續地基底板與樓面板在計算時的內部約束相同，邊界條件可以進行代換，只需對Cx進行修正。

Cx=Cx1+Cx2

Cx1--側向剛度系數，取3.0×10-2N/mm3

Cx2--無樁基，取0

（3）混凝土線膨脹系數α的計算

α 取值為 1.0×10-5/°C

（4）綜合溫差降T的計算

T=T1+T2+T3

T1--水化熱溫差，T2--氣溫差，T3--收縮當量溫差

①T1--水化熱溫差的計算

混凝土的絕熱溫升Tt=mcQ/Cρ×(1-e-mt)

最終溫升值Tmax=mcQ/Cρ

公式中：

mc--每m3混凝土水泥用量(kg/m3)；

Q--每千克水泥水化熱量（kJ/kg），P.O42.5水泥取375 kJ/kg

C--混凝土的比熱容，一般為 0.84～1.05〔kJ/(kg.K)〕,一般取0.96 kJ/(kg.K)；

ρ--混凝土的質量密度，取2 400(kg/m3)；

m--與水泥品種、澆筑溫度等有關的系數，0.3～0.5(d-1)；

t--混凝土齡期(d)。

根據結構相關參數所確定的施工配合比可得如下參數：

mc=278 kg/m3

C=0.96 kJ/(kg.K)

ρ=2 400 kg/m3

m=0.4

Tmax=mcQ/Cρ=278×375/0.96×2400=45.25°C

水化熱溫差（水化熱引起的實際溫升）T1=ξTmax

ξ為不同澆筑厚度的溫降系數，本工程車庫底板厚度為500 mm，小于1 000 mm，按《建筑施工計算手冊》給出的最小澆筑塊厚度1 m的ξ值，按插入法計算7天的ξ為0.25，故T1=0.25×45.25=11.31°C

②T2--氣溫差，澆筑時采用雙泵施工，縮短澆筑時間，氣溫差按5°C計算。

③T3--收縮當量溫差的計算

齡期為t時混凝土的收縮變形值為：

εy（t）=×M1×M2×M3×…×Mn

其中

M1--采用普通水泥，查表取1.0；

M2--水泥細度5000，查表取1.35；

M3--骨料，花崗巖查表取1.0

M4--水膠比為0.49，查表取1.2；

M5--膠漿量為22%，查表取1.1；

M6--養護時間為14d，查表取0.93

M7--環境相對濕度60%，查表取為0.88；

M8--水力半徑倒數為0.25，查表取1.02；

M9--機械振搗，查表取1.0；

M10--配筋率0.2%，查表取0.61；

代入上式，εy（t）=2.94×10-4×(1-e-0.01t)

則εy（7）=0.199×10-4

混凝土收縮當量溫差

Ty（t）=εy（t）/α

其中α為混凝土的線膨脹系數，α=1×10-5/℃

Ty(7)=1.99℃

T3按7天的收縮當量溫差，T3=1.99℃

綜合溫差T=T1+T2+T3=11.31+5+1.99=18.30℃

（5）混凝土的極限變形εP的計算

鋼筋混凝土的極限拉伸值εPa=0.5ft（1+ρ/d）×10-4

其中：ft為混凝土的抗拉設計強度（N/mm2）,本工程筏板基礎底板采用C30混凝土ft=1.43 N/mm2；

ρ為截面配筋率×100，本工程配筋率為0.2%，ρ=0.2

d為鋼筋直徑（cm），筏板鋼筋d=14 mm；

得 εPa=0.5ft1+ρ/d）×10-4=0.5×1.43（1+0.2/1.4）×10-4=0.81×10-4

考慮混凝土的抗拉徐變變形比抗壓徐變變形大1倍，即：εP=2εPa=2×0.81×10-4=1.62×10-4

綜上，代入公式：

經計算［L］=65.28 m

由計算得知，跳倉塊在65.28 m以內，混凝土就不會產生裂縫。考慮本工程的地下車庫柱網布置、主樓與地下車庫的相對關系等因素，按照施工縫留置的要求進行分倉，施工縫留置在結構受剪力較小且便于施工的部位（留置在跨度1/3處），因此，本工程按不大于40 m來確定倉塊的大小。

3.2 跳倉法施工的技術措施

（1）保證混凝土的質量

首先，優選原材料。選擇中低熱的水泥品種，由于混凝土內部溫度上升主要是由水泥水化熱產生，為降低水化熱，采用早期水化熱低，水 泥 鋁 酸 三 鈣（C3A)含量低（不大于8%）、細度適合、不含石灰石粉的水泥。經過綜合考慮后決定采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥。細骨料采用級配良好的中砂，細度模數為2.3～2.8,含泥量小于2%，砂率為41%。粗骨料選用級配、外觀良好的碎石，5 mm～31.5 mm連續級配，含泥量不得大于1%。

其次，優化配合比。合理確定水膠比、用水量和坍落度，控制砂率和粗骨料用量。采用高效減水劑減少用水量，混凝土坍落度確定為160±30 mm 。

再次，嚴格按確定的配合比進行混凝土的拌制。材料最大允許偏差嚴格按規范執行。

（2）降低混凝土入模溫度

混凝土原材料的冷卻，不僅可以降低混凝土的澆筑溫度，而且還可以削減混凝土內部的水化熱峰值，減少混凝土內部溫度和外部溫度的差值，從而減少溫度變形和溫度應力。

（3）加強混凝土振搗

本工程混凝土施工采用商品混凝土，澆筑前與攪拌站聯系確保混凝土及時供應，同時采用兩臺泵車同時澆筑，以減少澆筑時間和施工冷縫的產生。采用插入式振搗棒振搗施工，振動棒移動間距不大于400 mm，振搗時間宜為30 s，快插慢拔，但還應視混凝土表面不再明顯下沉、不再出現氣泡、表面泛出灰漿為準，對于墻柱及較厚的梁板應采用分層澆筑，振動棒應插入下層混凝土50 mm左右，以消除二層之間的接縫。振搗過程要全面仔細，禁止因出現漏振而導致蜂窩、麻面等混凝土施工質量問題，對基礎底板采用混凝土表面的二次抹壓 ,以減少早期塑性收縮。

（4）加強混凝土養護

底板混凝土二次抹面后立即用塑料薄膜覆蓋保水養護，待混凝土強度大于1.2 MPa后方可上人進行放線工作，放線時不可將薄膜全部揭除，只可揭開軸線位置進行放線。放線完成后立即對放線位置底板進行灑水養護。24 h后方可將薄膜全部揭除并進行蓄水養護。混凝土養護時間不小于14天。

（5）做好混凝土溫度監控

重視混凝土溫度監測工作，繪制溫度隨時間變化曲線圖，防止混凝土內外溫差過大產生裂縫，并根據溫度監測情況及時調整配合比，減少水化熱，降低混凝土中心溫度。

（6）跳倉接縫處施工縫的處理

在施工縫施工時，在已硬化的混凝土表面上（澆筑完成至少24 h后），用鏨子清除水泥薄膜和松動的石子以及軟弱的混凝土層，并加以鑿毛。施工縫混凝土澆筑前一天用水沖洗干凈并充分濕潤，并在施工縫處鋪一層與混凝土內成分相同的水泥砂漿。

4 結束語

跳倉法施工把超長超大的結構劃分成若干小塊，用“抗放兼施,以抗為主,先放后抗”的原理，按照“分塊施工、跳倉澆筑、整體成型”的原則進行施工，跳倉間隔施工的時間不少于7天，通過采取一定的措施來控制超長結構的施工裂縫的產生。通過本工程的實踐取得了良好的效果，不僅縮短了施工工期，以“縫”代“帶”還減少了施工縫，也就減少了地下室滲漏的幾率，確保了工程的質量，同時跳倉法施工使得施工場地能夠早日形成一個整體，有利于施工現場的整體布置，有利于降低施工成本。