超長混凝土結(jié)構(gòu)后澆帶提前封閉施工技術(shù)

于亦龍,姜玉龍,周千帆,韓 帥,吳建濤

(中建宏達(dá)建筑有限公司,北京 100075)

0 引言

隨著城市建設(shè)發(fā)展,人們?nèi)粘Ｉ畈粌H限于商場購物,其中集購物、餐飲、娛樂、教育一體化的大型商場逐漸成為人們生活的一部分。然而國內(nèi)大型商場在建筑設(shè)計(jì)上常沿城市主干道連續(xù)布置,導(dǎo)致形體超長。為避免混凝土連續(xù)澆筑形成裂縫,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)往往在商場每隔30～40m設(shè)置1道后澆帶,釋放收縮應(yīng)力。后澆帶的設(shè)置不僅影響了施工工序穿插,處理不當(dāng)可能成為質(zhì)量隱患。然而大量混凝土后澆帶往往成為約束后續(xù)施工工藝插入的關(guān)鍵性問題。為縮短工期,加快施工速度,及時(shí)封閉后澆帶對現(xiàn)代施工技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。

目前的超長混凝土裂縫控制措施主要有“抗”“放”及兩者結(jié)合的辦法。“抗”即采取各種有效措施使結(jié)構(gòu)在荷載及約束變形作用下,混凝土拉應(yīng)力不超過其抗拉強(qiáng)度。工程實(shí)踐中,主要通過施加預(yù)應(yīng)力、在混凝土中添加膨脹劑或纖維材料等方法實(shí)現(xiàn)。“放”即采取相關(guān)措施釋放對結(jié)構(gòu)不利的約束作用,從而有效控制裂縫寬度在限值范圍內(nèi)。工程中常用做法主要包括設(shè)置后澆帶、跳倉施工、加纖維材料、設(shè)置滑動(dòng)層、采用橡膠支座等。這些“抗”“放”措施對裂縫控制有一定作用,但單獨(dú)使用1種措施又存在一定弊端,我國現(xiàn)階段工程實(shí)踐更多是采用“抗放兼?zhèn)?以抗為主”的裂縫控制原則,在滿足結(jié)構(gòu)應(yīng)力及位移要求的同時(shí),又具有良好的經(jīng)濟(jì)性和使用性能。

1 工程概況

某大型商場,總建筑面積136 596m2,南北長度約296m,東西寬度約69m,總建筑高度27.75m,其中地上5層,局部6層,地下2層,結(jié)構(gòu)體系為鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu),建成后的商業(yè)綜合體將成為集餐飲、休閑娛樂、購物等為一體的大型商業(yè)中心。整個(gè)商場未設(shè)置伸縮縫,在施工過程中設(shè)置7條縱向后澆帶、1條橫向后澆帶,如圖1所示。如果不能及時(shí)封閉后澆帶,在后續(xù)裝修施工過程中,工期將受到嚴(yán)重影響。

圖1 某大型商場后澆帶布置

2 理論分析

為達(dá)到提前封閉混凝土結(jié)構(gòu)后澆帶的目的,首先結(jié)合現(xiàn)場實(shí)測材料力學(xué)性能,理論模擬分析該超長結(jié)構(gòu)收縮變形性能。結(jié)合理論模擬結(jié)果,現(xiàn)場布設(shè)大量鋼筋混凝土應(yīng)變計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測混凝土收縮變形性能,結(jié)合理論及監(jiān)測結(jié)果,確定合適的后澆帶封閉時(shí)間點(diǎn)和條件,即超長結(jié)構(gòu)收縮變形不至于對結(jié)構(gòu)耐久性產(chǎn)生危害,并且各項(xiàng)系數(shù)滿足規(guī)范要求。一旦滿足后澆帶封閉條件時(shí),及時(shí)封閉后澆帶,進(jìn)行其他工藝施工。

2.1 材料性能研究

現(xiàn)場取材制作9組150mm×150mm×300mm混凝土試件,進(jìn)行現(xiàn)場同條件養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)7d時(shí)進(jìn)行3組試件彈性模量測試,養(yǎng)護(hù)14d時(shí)進(jìn)行3組試件彈性模量測試,養(yǎng)護(hù)28d時(shí)進(jìn)行另外3組試件彈性模量測試。測試結(jié)果如表1所示。

表1 混凝土試件彈性模量測試結(jié)果

2.2 理論依據(jù)

通過彈性模量實(shí)測值,進(jìn)行超長結(jié)構(gòu)有限元驗(yàn)算,即采用實(shí)測彈性模量結(jié)果,帶入有限元模型中,其中混凝土收縮應(yīng)變計(jì)算理論公式為:

εcs(t,ts)=εcs0βs(t-ts)

(1)

式中:εcs0為混凝土名義收縮系數(shù);εcs(t,ts)為收縮開始齡期ts至計(jì)算齡期t的收縮應(yīng)變;βs(t-ts)為收縮隨時(shí)間發(fā)展系數(shù),該系數(shù)與水泥種類有關(guān)。

2.3 確定后澆帶封閉條件

1)d0為后澆帶兩邊施工段澆筑時(shí)間差。當(dāng)d0>14d時(shí),后澆帶封閉日期在混凝土結(jié)構(gòu)澆筑完畢的d0后;當(dāng)d0≤14d時(shí),后澆帶封閉日期在混凝土結(jié)構(gòu)澆筑完畢14d后。

2)2段相鄰混凝土結(jié)構(gòu)在后澆帶封閉后的總長度≤100m;如>100m時(shí),后澆帶封閉還需同時(shí)滿足0.2×10-4>εn-εn-1且1.6×10-4>εn(εn表示7d應(yīng)變平均值,εn-1為前1個(gè)7d應(yīng)變平均值)。

3)未來1周不允許存在較大降溫天氣。

3 現(xiàn)場施工應(yīng)變監(jiān)測

3.1 傳感器編號(hào)原則

為方便現(xiàn)場施工辨析與后期數(shù)據(jù)監(jiān)測,先對每個(gè)應(yīng)變計(jì)點(diǎn)位進(jìn)行編號(hào)。G表示鋼筋,N表示混凝土,以“G2071301-應(yīng)變”為例,表示2層7段南北方向上部鋼筋應(yīng)變計(jì)。應(yīng)變計(jì)現(xiàn)場安裝如圖2所示。

3.2 階段數(shù)據(jù)分析

從2021年9月26日開始,逐步開始應(yīng)變計(jì)布置。由于本系統(tǒng)點(diǎn)位較多,數(shù)據(jù)量較大,故以2層7段應(yīng)變計(jì)為例,監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖3所示。

圖3 應(yīng)變及溫度曲線

通過圖3分析結(jié)果可知:

1)系統(tǒng)大部分溫度數(shù)據(jù)整體上與天津當(dāng)時(shí)氣候吻合,前端有溫度較高數(shù)據(jù)是因安裝應(yīng)變計(jì)時(shí)導(dǎo)致的溫度上升,由此說明數(shù)據(jù)可靠。

2)10月13日至10月30日,G2071301中應(yīng)變最小值為-5με,最大值為20με;G2071302中應(yīng)變最小值為-5με,最大值為25με。

3)應(yīng)變均處于變化波動(dòng)狀態(tài),兩者應(yīng)變均有小幅度增大,在10月20日左右逐漸開始穩(wěn)定波動(dòng),波動(dòng)逐漸減小。

4)上部鋼筋較下部鋼筋應(yīng)變較小,變化速率較低。

以試件SK03通道數(shù)據(jù)為例進(jìn)行分析,如圖4所示。

圖4 SK03試件應(yīng)變及溫度曲線

由監(jiān)測結(jié)果可知:

1)應(yīng)變隨每日氣溫變化,跌宕向前發(fā)展。

2)11月7日應(yīng)變劇降,由于當(dāng)氣溫突變時(shí),降溫導(dǎo)致混凝土試塊收縮。

3)剛開始應(yīng)變數(shù)據(jù)與溫度數(shù)據(jù)基本重合,規(guī)律也一致,后期發(fā)展過程中二者趨勢差別越來越大,說明后期混凝土變形受溫度影響較小。

3.3 整體趨勢結(jié)果

同一位置處鋼筋、混凝土應(yīng)變隨溫度變化規(guī)律如圖5所示,混凝土收縮及溫度變形呈跌宕變化,2次劇烈跌宕發(fā)生在混凝土澆筑后的7,24d時(shí),均與天氣劇烈變化有關(guān)。剛開始前7d混凝土收縮及溫度變形跌宕較大,鋼筋應(yīng)變跌宕幅值為18με,混凝土應(yīng)變跌宕幅值為145με。第2次跌宕(11—23日),鋼筋應(yīng)變跌宕幅值為10με,混凝土跌宕在50με以內(nèi)。第3次應(yīng)變隨溫度的變化急劇上升,鋼筋應(yīng)變變化為18με,混凝土應(yīng)變變化為80με。該項(xiàng)目屬于超長混凝土結(jié)構(gòu),主要通過設(shè)置大量后澆帶,充分釋放混凝土變形,采用控制原則中的“放”為主、“抗”為輔。為充分釋放混凝土初期變形中的收縮變形,后澆帶網(wǎng)格較散,可在混凝土收縮初期進(jìn)行充分變形釋放。

圖5 同一位置處鋼筋、混凝土應(yīng)變隨溫度變化規(guī)律

混凝土N2111301與鋼筋G2111301應(yīng)變比值如圖6所示。由圖6可知,隨著時(shí)間變化,同一位置鋼筋應(yīng)變與混凝土應(yīng)變比值呈平穩(wěn)下降趨勢。由于2次溫度驟降,帶來2次比值跌宕偏差,整體應(yīng)變比值趨于平穩(wěn),同時(shí)也說明同一位置處混凝土應(yīng)變和鋼筋應(yīng)變呈比例變化,比值變化為5～8,這同時(shí)也說明鋼筋與混凝土間力的傳遞效果,隨著混凝土強(qiáng)度增大,傳遞效果越趨于明顯,最終呈現(xiàn)恒定值。劇烈的降溫天氣會(huì)導(dǎo)致混凝土和鋼筋應(yīng)變產(chǎn)生較大差值,降溫天氣同時(shí)會(huì)增大混凝土開裂風(fēng)險(xiǎn)。

圖6 同一位置處混凝土與鋼筋應(yīng)變比值

鋼筋G2111301應(yīng)變、混凝土N2111301應(yīng)變與溫度比值如圖7所示。由圖7可知,隨著混凝土齡期增大,該比值也逐漸增大,同時(shí)說明混凝土強(qiáng)度逐漸增大,溫度影響逐漸占主導(dǎo)地位。其中,在7月23日由于天氣急劇降溫,應(yīng)變與溫度比值急劇跌宕,增大了混凝土開裂風(fēng)險(xiǎn)。

圖7 同一位置處鋼筋、混凝土應(yīng)變與溫度比值

4 結(jié)語

超長混凝土結(jié)構(gòu)后澆帶封閉問題屬于超長結(jié)構(gòu)的一項(xiàng)難題,通過分析及理論模擬發(fā)現(xiàn),鋼筋混凝土在澆筑后的前期(21d前),收縮應(yīng)變受溫度影響較大,后期(21d后)受溫度影響逐漸趨緩。最終通過分析及試驗(yàn)結(jié)果研究得到以下結(jié)論。

1)對于超長混凝土結(jié)構(gòu),應(yīng)變在剛開始時(shí)變化比較劇烈,21d后能達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值,滿足理論分析提前封閉混凝土后澆帶的條件。

2)為降低提前封閉后澆帶對超長結(jié)構(gòu)耐久性能的影響,采用跳倉法原理,使混凝土進(jìn)行收縮變形的后期釋放。

3)針對原設(shè)計(jì)要求,整體混凝土養(yǎng)護(hù)達(dá)60d后,封閉超長結(jié)構(gòu)后澆帶。通過模擬分析及現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果,最終采用21d后隔1封1辦法。整體混凝土養(yǎng)護(hù)達(dá)60d后,整體后澆帶封閉,均采用膨脹混凝土進(jìn)行封閉,有效緩解了后續(xù)工藝穿插困難問題,提高了施工效率,縮短了施工工期。