超長大體積混凝土結構跳倉法技術施工與應用

舒 亮

(中國鐵路成都局集團有限公司客站建設指揮部,成都 610000)

0 引言

建筑施工常采用設置后澆帶的方法調整沉降差、減小溫度收縮,但后澆帶處往往鋼筋密集,清理鑿毛十分困難,容易造成開裂,而后澆帶留設在大量梁、板、墻結構上會影響施工工序的開展。為保障結構安全,需采取措施處理,但增加了人力、物力及時間成本。

以某高鐵站站房及配套綜合交通樞紐工程中承軌層(標高258 m)為例,采用跳倉法取代后澆帶施工方法,為相關工程施工提供參考。

該建筑正負零絕對標高為260.209 m,建筑最高點相對標高46.850 m,建筑層數包括238標高地鐵換乘層、243標高綜合換乘層、249標高出站換乘層、258標高承軌層、260標高站臺層、270標高高架層、277.9標高旅服夾層。承軌層原設計情況如下:標高258 m承軌層共計16.2萬m2,屬于超長混凝土結構,原有28條后澆帶,在兩側混凝土結構施工完畢2個月后再封閉后澆帶。后澆帶宜采用快易收口網模板,后澆帶混凝土強度等級應比兩側構件混凝土提高一級,均采用摻膨脹劑的補償收縮混凝土。

1 施工模擬分析

跳倉法原則為“隔一跳一”,即至少隔一倉塊跳倉或封倉施工。根據混凝土外約束裂縫控制計算可知,分塊最大尺寸可調整到60 m,相鄰兩塊混凝土梁板澆筑的間隔時間不小于7 d,再將各倉連成整體,依靠抗拉強度抵抗下一階段的溫度收縮應力。

1.1 承軌層概況

承軌層相對標高-2.25 m,預應力混凝土與普通混凝土梁板強度等級為C45,主要柱截面為2400 mm×2400 mm,主要梁截面3200 mm×2500 mm、1200 mm×2200 mm、600 mm×1200 mm,主要板厚150 mm、400 mm。

1.2 模擬區域選擇

承軌層選擇J～N軸/10～19軸(長135 m×寬96 m)范圍內的分倉區域作為典型區域進行模擬分析。此區域在整個工程中分倉面積最大,具有代表性,其中最大倉塊尺寸約為53 m×48 m,最小倉塊尺寸約為40 m×43 m。

1.3 模型簡介

按照跳倉法最不利工況進行模擬,即將整個區域按棋盤式分兩組澆筑。第一組同步澆筑深色倉塊,間隔7 d后澆筑第二組淺色倉塊,見圖1。分別對第一組澆筑完成7 d、14 d、28 d、45 d、60 d、90 d、120 d時的施工階段梁、板混凝土的拉應力狀態進行分析。

圖1 承軌層(最大區格53 m×48 m)Fig.1 Rail bearing layer (Max area 53 m×48 m)

1.4 有限元模擬

Midas作為功能強大的有限元分析軟件被廣泛用于工程數值模擬,需建立三維有限元模型,研究采用跳倉法施工的梁板受力情況。

1.4.1 計算荷載

荷載作用包括材料的收縮徐變、環境溫度變化。其中材料的收縮應變與徐變系數根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》JTG3362-2018相關規定計算。混凝土彈性模量/抗壓強度發展曲線根據歐洲混凝土規范CEB-FIP(2010)相關規定計算。混凝土澆筑28 d后考慮環境溫度變化,溫度荷載按照10 ℃溫差考慮(澆筑時段內重慶晝夜溫差基本均小于10 ℃)。

1.4.2 計算結果

各階段梁、板應力云圖如圖2所示。

圖2 不同澆筑階段梁、板的應力云圖Fig.2 Stress nephogram of beams and plates at different pouring stages

結構梁主拉應力值計算結果如表1所示。

表1 結構梁主拉應力值

各階段板應力峰值為1.3 N/mm2,梁應力峰值為2.1 N/mm2,最大應力值均不超過混凝土軸心抗拉強度標準值2.51 N/mm2,混凝土抗拉強度2.51 N/mm2>1.15×2.1 N/mm2,滿足1.15倍的安全系數。

2 施工方法

2.1 分倉方案

標高258 m承軌層共計分為104個倉,相鄰倉塊澆筑時間差不小于7 d。

2.2 混凝土運輸

采用專業的攪拌運輸車負責運輸混凝土,運輸過程嚴格按照以下規定執行:提前將車輛罐內積水清理干凈再裝混凝土料,不管是運輸中還是等待卸料均需保持罐體正常轉動,以防混凝土料出現沉淀或離析等。卸料時要快速旋轉罐體,將混凝土至少攪拌1 min后再卸料。混凝土罐車到達現場時,對混凝土進行塌落度、溫度檢測,采用塌落度桶檢測混凝土塌落度,采用測溫槍進行混凝土測溫,滿足要求后開始澆筑。

2.3 混凝土澆筑

混凝土澆筑工藝操作水平直接影響構件的外觀質量,現場必須嚴格按照操作規程進行技術交底施工,盡量達到調度平衡。混凝土澆筑前嚴格控制入模溫度,入模溫度控制在5 ℃～30 ℃。混凝土澆筑入模時,嚴控下料量,以防集中下料量大對模板或鋼筋骨架造成沖擊而影響澆筑質量,需分層均勻澆筑,以每層≤450 mm為宜。在初凝前及終凝前均需對混凝土做抹面處理,抹面次數根據施工環境適當增加。采用斜面分層澆筑方法,層與層之間間歇時間要保證澆筑連續性。

3 溫度監測

為及時掌握并有效控制混凝土的內外溫差,使其控制在規定范圍內,防止混凝土裂縫的產生,對站房承軌層梁截面最小尺寸超過1 m的構件進行測溫。

3.1 監測頻率

完成大體積混凝土澆筑后,對其內外溫差、降溫速率及環境溫度進行監測,監測頻率以每晝夜≥4次為宜,且每臺班至少監測2次入模溫度。

3.2 監測點布置

站房承軌層最小尺寸超過1 m的梁測溫點按15 m間距錯開設置。

將測溫線埋在混凝土里面,深度至結構中心位置,自上向下在表層、中心、底層三個部位布置測溫點,間距以≤500 mm為宜。測溫時應同時測出混凝土內部溫度、混凝土表面溫度、大氣溫度并填寫測溫記錄。混凝土結構的表層溫度及底層溫度均應與外表以內50 mm處的溫度相同。

3.3 溫控指標

混凝土結構的溫升值應≤50 ℃(在入模溫度基礎上),內外溫差應≤25 ℃,不含混凝土收縮的當量溫度,降溫速率應≤2.0 ℃/d,表溫與環境溫差應≤20 ℃。

4 結論

針對跳倉法取代后澆帶施工技術,采用Midas有限元分析軟件建立混凝土結構三維模型,分析其受力情況,得出結論如下:為保證溫度及收縮徐變作用不會造成混凝土結構有害裂縫,相鄰分倉澆筑時間差不小于7 d,相鄰兩個倉段,最后一個合攏倉段的合攏溫度應控制在10 ℃～17 ℃。混凝土澆筑完成后需嚴格按照大體積混凝土養護要求控制溫度,避免因水化熱較大導致混凝土開裂。