文档库

最新最全的文档下载
当前位置:文档库 > 超长钢筋砼结构无缝施工技术

超长钢筋砼结构无缝施工技术

超长钢筋砼结构无缝施工技术【摘要】介绍了无锡会展中心一期超长钢筋砼结构无缝施工的设计和施工技术

【关键词】超长超宽钢筋砼结构后浇带加强带设计施工

1.前言:无锡市会展中心一期展厅工程

超长钢筋砼结构无缝施工技术

位于无锡市华庄镇太湖新城,由地下车库、

设备用房及地上一、二层展厅组成。本工程

南北长308米,东西宽105米,地下室深10.7

米,上部层高12米,梁跨度最大18米、最高2

米。地下室底板、外墙混凝土强度等级为C35,顶板为C40,抗渗等级为S6,±0.000设置了后张预应力温度筋;原设计南北方向设置了两条后浇带,东西方向设置了七条后浇带,将整个结构分成了24块,后浇带总长度达到5000多米;本工程跨度大,梁柱截面大,配筋密,后浇带的施工成本很大,后浇带处的施工质量控制难度很大,后期清理更是困难;本工程国家定额工期790天,现中标工期为210天,后浇带封闭前此跨模板不能拆除,将要严重影响后续工序的施工连续性,对工程工期造成较大的影响。

2、无缝施工方案的确定

本工程结构尺寸超长超宽,为解决

超长钢筋砼结构无缝施工技术

混凝土收缩引起裂缝,原设计采用留设

后浇带方法,将整个底板用后浇带分成

24块,采用普通混凝土先将后浇带以

外部分浇注完成,待42天后再用膨胀

混凝土将后浇带填充封闭。这种施工方法工艺繁琐,对混凝土的整体性不利,同时,施工周期长,综合成本高,弊端很多:影响工程质量、进度;后浇带不回填,地下室降水就不能停止,增加大量的降水费用;后浇带封闭前该跨模板支撑不得拆除,增加模板费用;增加预应力施工锚具和张拉次数,影响后续施工工序;地下结构后浇带处要设置止水钢板或止水条,后浇带封闭前要花费大量的时间和人工清理;后浇带处钢筋长期暴露,易锈蚀,需防锈保护,增加了大量施工成本;

根据国内多个工程的实践,采用补偿收缩混凝土施工是提高混凝土自身的

抗裂防渗性能的有效方法,其原理是通过设置膨胀加强带方法(取消后浇带),利用专门设计的不同膨胀性能的混凝土对整体结构不同的部位、不同的收缩进行有效补偿,施工时可连续或间歇浇注,达到连续、无缝施工的目的。(具有沉降功能的后浇带不能取消)

通过利用膨胀剂配制补偿收缩混凝土,采取“超长结构钢筋混凝土无缝设计施工技术”方法应用于本工程,达到结构无缝(少缝)、连续施工的目的,使得工程综合造价降低、合同工期得到保证。

无缝设计是相对的,根据工程结构具体情况,可无缝或少缝。这里的"缝"指的是释放收缩应力的后浇带或永久伸缩缝,不包括沉降缝。其设计思路是"抗放兼施,以抗为主"。即用掺膨胀剂的补偿收缩混凝土作为结构材料,其在水化硬化过程中产生膨胀作用,该膨胀由于受到钢筋和邻位的约束,能在结构中建立一定的预压应力σc,由此来抵抗收缩变形时产生的拉应力,防止混凝土开裂。膨胀混凝土用于超长结构无缝抗裂施工,其限制膨胀率(ε

2

)的设定至为重

要。ε

2偏小,则补偿收缩能力不足,无缝施工难以实现;ε

2

过大,对混凝土

强度有明显影响。由于底板、墙板、顶板、楼板及膨胀加强带的结构不同,所处环境不一样,其收缩大小也有所不同,因此,其各部位的混凝土须分别配制;根据国内多个工程实践经验,地下室底板混凝土的膨胀率一般应控制在 1.5~2/万、墙板、顶板控制在2~2.5/万,膨胀加强带膨胀率控制在2.5~3/万左右,上部楼板同地下室顶板。由于膨胀剂的大量掺入对砼的强度有一定的影响,加强带的膨胀剂掺量最大,故将加强带内砼标号提高一级,以达到硬化后不影响整体强度的目的;另加强带处应力最大,还需增配一定数量的钢筋加强。

在施工过程中,底板部分混凝土可连续浇注,浇注到膨胀加强带时换成膨胀加强带专用混凝土浇注,然后再用底板混凝土继续浇注。墙板、顶板、楼板由于结构较薄,受环境影响较大,因此将此处膨胀加强带浇注时间延长3~7天。

由于施工工艺原因,可进行间歇施工,即每次停止施工时,应停留在膨胀加强带之前,下次浇注时先将膨胀加强带浇注完成再对其他部位浇注。也可将整个部位浇注完一次性浇注膨胀加强带混凝土,不受时间限制(墙板、顶板、楼板除外)。

3. 钢筋混凝土抗裂计算分析

3.1 补偿收缩混凝土结构自防水计算分析

根据我国著名的水泥混凝土专家,中国工程院院士吴中伟教授关于膨胀混凝土的基本理论和观点,防止混凝土开裂,有如下判据:

│ε2- S t–εy (t)│≤S K

式中ε2——混凝土的限制膨胀率;

St ——混凝土的冷缩率;

εy (t) ——混凝土在任意时间的收缩率;

S K ——混凝土的极限延伸率。

若满足上述判据,就不必设伸缩缝;若不满足上述判据,则混凝土就会开裂,为避免开裂,不满足时必须设伸缩缝。

根据试验底板混凝土中膨胀剂的掺量为8%时,砼限制膨胀率变化曲线90天后趋于稳定,砼水中90天限制膨胀率为ε2=3.5×10-4;故可以认为掺8%的膨胀剂后,标养状态下砼的永久限制膨胀率为ε2=3.5×10-4;剪力墙和顶板混凝土混凝土掺量为10%,根据实验室实验结果,补偿收缩混凝土限制膨胀率稳定在ε3=3.8×10-4。

3.1.1混凝土综合温差的计算

T=T

0+T

1

+T

2

T

—施工时天气平均温差;

T

1

—由水泥水化热引起的温差;

T

2

—混凝土收缩当量温差;

施工时天气平均温差T

的计算

本工程位于无锡市,取当地施工时的温度变化在5~15℃之间,故:施工时天气平均温差:

T

=(15~5)/2=5.0 ℃

由水泥水化热引起的温差T

1

的计算

本工程混凝土标号为C35,由大马巷砼站试配确定配合比,混凝土配比中,胶凝材料为405 kg/m3,则PO42.5水泥345kg/m3,粉煤灰60 kg/m3,膨胀剂的掺量底板为8%,即掺32kg/m3,顶板和剪力墙SY-G掺量为10%,即掺40㎏/m3,则由水泥水化热引起的混凝土绝热最高温升按下式计算:

Tmax=(W1Q1+W2Q2+W3Q3)/(R h·C) (1)式中:Tmax—绝热温升(℃),是指在基础四周无任何散热条件、无任何热损耗的条件下,水泥与水化合后产生的反应热(水化热)全部

转化为温升后的最高温度;

W

1

─单位水泥用量kg/m3;

W

2

─单位SY-G膨胀剂用量kg/m3;

W

3

─单位粉煤灰用量kg/m3;

Q

1

─水泥水化热,P.O 42.5水泥取350kJ/kg;

Q

2

─SY-G膨胀剂水化热,取246kJ/kg;

Q

3

─粉煤灰水化热,取150kJ/kg;

R

h

─混凝土的容重,实际是2400 kg/m3;

C ─混凝土的比热,取0.96kJ/kg·℃。

Tmax=(345×350+60×246+32×150)/(2400×0.96)=61℃

Tmax=(345×350+60×246+40×150)/(2400×0.96)=61.4℃

两者升温基本接近,忽略钢筋混凝土底板沿长度和宽度方面的散热,只考虑沿上下表面一维散热,散热影响系数约为0.60,则由水泥水化热引起的温升值:

T1=61×0.60 =36.5℃

混凝土收缩当量温差T

2

的计算

混凝土随着多余水分的蒸发必将引起体积的收缩,其收缩量甚大,机理比较复杂,随着许多具体条件的差异而变化,根据国内外统计资料,可用下列指数函数表达式进行收缩值的计算。即按下式计算混凝土干燥收缩值:混凝土15天最大收缩值εy (t)按下(2)式计算:

εy (t)= ε0y (1-e-0.01t)m1m2…m10(2)

式中:εy (t)—任意时间的收缩(mm/mm);

t—由浇灌时至计算时,以天为单位的时间值;

ε0y—标准状态下最终收缩值(mm/mm),取3.24×10-4

m 1、m

2

、m

3

、………m

10

、——为各种非标准态的修正系数,其水泥浆

量,取1.20;环境温度,取0.54;水泥细度4900孔,取1.35,其它系数取1.0

εy (t)=ε0y M1×M2×M3×……M10(1-e-0.01t)

=3.24×10-4×1.0×1.20×0.54×1.35×(1-e-0.01×15)

=2.83×10-4×(1-e-0.01×15)

=2.83×10-4×(1-0.86)

=0.397×10-4

混凝土内的水分蒸发引起体积收缩,这种收缩过程总是由表及里,逐步发展的。由于湿度不均匀,收缩变形也随之不均匀,基础的平均收缩变形助长了温度变形引起的应力,可能导致混凝土开裂,因此在温度应力计算中必须把收缩这个因素考虑进去。为了计算方便,把收缩换算成“收缩当量温差”。就是说收缩产生的变形,相当于引起同样变形所需要的温度。由此可得:混凝土15d 的收缩当量温差为:

T2=εy (t)/α

=0.397×10-4/1×10-5

= 3.9℃

混凝土综合温差:

T=T0+T1+T2=5.0+36.5+3.9=45.4℃

3.1.2 混凝土最大冷缩值计算

混凝土结构在升温时内部产生压应力,而降温过程中产生拉应力,由于混凝土受到钢筋和基础的约束,取约束系数R = 0.6,最不利的情况是:设混凝土中心最高温度降至环境温度时产生冷缩最大值为:

St =1.0×10-5× 45.4×R (3)

=1.0×10-5×45.4×0.6

= 2.7×10-4

3.1.3 混凝土结构抗裂分析计算

求混凝土极限延伸率

在抗裂计算中,混凝土的极限延伸值通常采用如下经验公式:

S

k =0.5R

f

(1+μ/d)×10-4(4)

式中 S

k

─混凝土极限延伸值;

R

f

─混凝土的抗拉强度标准值;

μ─配筋率;

d ─钢筋直径;

徐变产生应力松驰,有利于提高混凝土的极限拉伸能力。在计算混凝土的抗裂性时,可把徐变考虑进去,一般情况下,偏于安全考虑取混凝土的松驰系数为0.5,即混凝土的极限延伸值在考虑徐变的情况下增加了50%,实用的经验公式:

S

k =0.5R

f

(1+μ/d)×(1+0.5)×10-4(5)

从(4)式可见,混凝土的极限延伸值与抗拉强度Rf和配筋率μ成正比,

而与钢筋直径d成反比。工程实际中提高R

f

很难,在结构设计中,水平构造筋

采用细而密的配筋原则,对提高结构抗裂能力S

k

十分有利。本工程混凝土C35,

混凝土 R

f

=2.20Mpa,配筋率μ=0.6%,底板钢筋直径d =1.6cm。

将底板钢筋直径d =1.6cm 代入(4)式求得:

底板混凝土的极限延伸值:

S kˊ=0.5R f(1+μ/d)×10-4 =0.5×2.20×(1+0.6/1.6)×10-4

=1.5×10-4

徐变使混凝土的极限延伸增加,提高混凝土的极限变形能力。用(5)式计算混凝土的实际极限延伸值:

楼板混凝土的极限延伸值:

S k =0.5R f(1+μ/d)×(1+0.5)×10-4

= 2.25×10-4

混凝土最终变形值

补偿收缩混凝土最终收缩变形:

D=ε2-S t–εy(t)=3.5×10-4-2.7×10-4-0.397×10-4=0.4×10-4。而极限延伸率S K=2.25×10-4,这说明,掺入SY-G膨胀抗裂剂后, 混凝土的剩余变形值小于混凝土极限延伸率。

即D=ε

2- S

t

–ε

y

(t) ≤S

k

,故采用补偿收缩混凝土不会开裂。

对于普通混凝土而言,最终收缩变形:

D=( S t +εy (t))=(2.7×10-4+0.397×10-4)=3.1×10-4,

即D > S k =2.25×10-4,混凝土的最大变形值大于混凝土的极限延伸值,

故普通混凝土会开裂,要防止开裂就必须设置伸缩缝。

4、连续无缝施工伸缩缝设置间距的计算

我国著名的裂缝专家王铁梦教授通过对结构物应力—应变分析与计算,求得了平均伸缩缝间距(或裂缝间距),计算公式如下(详见《工程结构裂缝控制》一书):

L =1.5 x C E H /? arcosh[|αT’ | /(|αT’ |-S K )]

该公式是用极限变形计算伸缩缝间距。这表明王铁梦的裂缝间距计算公式在极限状态下其本质同吴中伟的防止混凝土开裂的判据公式完全一致。

式中H ——板或墙的计算厚度地梁或基础的间距、楼板的梁间距,侧墙的高度;基础梁、楼板梁的间距取8000mm ,侧墙的高度取4000。

E ——混凝土弹性模量(MPa ),C35混凝土的弹性模量为3.15×104; C x ——基础的水平阻力系数MPa/mm ,考虑地梁或基础对底板砼的约束,故底板砼C x 取1.0MPa/mm ,底板钢筋砼对侧墙砼、梁对楼板砼的约束,故侧墙砼、楼板砼的C X 均取1.5MPa/mm ;

α ——混凝土的线性膨胀系数,取1.0×10-

5; T’——为综合温差,T’=T-T 3=T 0+T 1+T 2-T 3,其中T 3为砼膨胀补偿当量温差:T 3=(ε2β1β2……β9)/α,对于底板、楼板砼,水灰比系数:1.00,养护系数:0.80,尺寸系数:0.54,配筋系数:0.85,其它为1。

故T 3=3.5×10-4×0.80×0.54×0.85/1.0×10-5=12.8℃,故T’= T-T 3=45.4-12.8=32.6℃;

采用补偿收缩混凝土时L 底板=1.5×1/1000015.38000??×arcosh[|1.0×10-5×32.6| /(|1.0×10-5×32.6|-2.25×10-4)]=42.8米

T 3=3.8×10-4×0.80×0.54×0.85/1.0×10

-5=14℃,故T’= T-T 3=45.4-14=31.4℃;

L 楼板=1.5×5.1/1000015.38000??×arcosh[|1.0×10-5×31.4| /(|1.0×10-5×31.4|-2.25×10-4)]=36.9米

对于侧墙,水灰比系数:1.00,养护系数:1.15,尺寸系数:0.54,配筋系数:0.85,其它为1。

故T3=3.8×10-4× 1.15×0.54×0.85/1.0×10-5=20.1℃,故T’= T-T3=45.4-20.1=25.3℃;

L

侧墙=1.5×5.1/

10000

15

.3

4000?

?×arcosh[|1.0×10-5×25.3| /(|1.0×10-5×

25.3|-2.25×10-4)]=39.7米

经计算本工程加强带间距在40米左右,与原设计后浇带间距基本一致,因此将膨胀加强带设在原后浇带的位置上,带宽增宽为2m,在带的两侧用密孔铁丝网将带内混凝土与带外混凝土分隔开。

超长钢筋砼结构无缝施工技术

加强带位置布置图

5、膨胀加强带的构造

超长钢筋砼结构无缝施工技术

超长钢筋砼结构无缝施工技术

超长钢筋砼结构无缝施工技术

6、加强带的施工方法底板加强带钢丝网施工

“连续式”浇筑方法(底板),即整体混凝土连续浇筑,到膨胀加强带位置时更换混凝土配合比,膨胀加强带两侧为软接茬,不留施工缝(如下图)。膨胀加强带设置宽度为2m,带的两侧分别架设密孔铁丝网,并用Φ8~10@50~100短筋加固。防止不同配合比的砼流入加强带内,施工时,带外先用小膨胀混凝

土(掺入8%SY-G)浇注。浇至加强带时,改用大膨胀混凝土(掺入12% SY-G),砼提高一强度等级,浇完后再用小膨胀混凝土(掺入8%SY-G)浇另一侧底板,砼为C35,如此循环下去,可连续浇筑100m左右的超长结构。

超长钢筋砼结构无缝施工技术

连续式膨胀加强带示意图

“间隙式”浇筑方法,即先同用小膨胀混凝土(掺

超长钢筋砼结构无缝施工技术

入10%SY-G)浇注膨胀加强带的两侧,3~7天后,把

施工缝清理干净,凿去部分保护层,充分湿润混凝土界

面,改用大膨胀混凝土(掺入12%SY-G)回填,砼的

强度等级比带外两侧高一级;地下室楼板外墙板的加强

带加强带采用此浇筑方式。浇筑完成的楼层加强带

超长钢筋砼结构无缝施工技术

后浇式膨胀加强带示意图

注:地下防水结构要设置止水带,止水带也可用缓胀型遇水膨胀止水条

7、混凝土配合比

7.2补偿收缩混凝土配合比设计要求

根据本工程实际情况和补偿收缩混凝土施工实践经验,地下室外墙浇筑和养护难度比较困难,受天气影响大,容易出现竖向裂缝,是裂缝控制的关键所在。本工程底板混凝土限制膨胀率控制在0.017%~0.020%,SY-G膨胀剂掺量为8%,剪力墙和顶板、楼板混凝土限制膨胀率控制在0.023%~0.025%,SY-G掺量为10%,膨胀加强带混凝土限制膨胀率控制在0.027%~0.030%,SY-G掺量为12%;根据2009-3-28无锡专家论证会意见,在外墙和膨胀加强带砼中加入0.6~0.9㎏/m3聚炳烯抗裂短纤维,增加砼的抗拉能力。

考虑到气候的特点,根据在相关工程的施工实践,补偿收缩混凝土应达到

以下技术要求:

(1)混凝土坍落度:入泵坍落度160±20mm;

(2)混凝土凝结时间:初凝7-9h,终凝13-15h;

(3)用水量:不宜大于180kg/m3,混凝土水胶比不大于0.50;

(4)粉煤灰掺量不大于胶凝材料总量的20%;

8、混凝土的施工

8.1混凝土搅拌

混凝土搅拌时间:用强制式搅拌机比不掺外加剂的普通混凝土搅拌时间延长30秒以上,应严格控制搅拌时间,确保混凝土拌和均匀。

8.2混凝土浇筑

补偿收缩自防水混凝土振捣必须密实,不能漏振、欠振、也不可过振。振捣手开动振动棒,握住振捣棒上端的软轴胶管,快速插入混凝土内部,振捣时,振动棒上下略为抽动,振捣时间为20-30秒,但以混凝土面不再出现气泡、不再显著下沉、表面泛浆和表面形成水平面为准。使用插入式振动器应做到快插慢拔,插点要均匀排列,逐点移动,按顺序进行,不得遗漏,做到均匀振实。移动间距不大于振动棒作用半径的1.5倍(一般为300-400mm)。振捣上一层时应插入下层混凝土面50-100mm,以消除两层间的接缝。平板振动器的移动间距应能保证振动器的平板覆盖已振实部分边缘。

对浇筑后的砼,在振动界限以前给予二次振捣,能排除砼因泌水在粗骨料、水平钢筋下部生成的水分和空隙,提高砼与钢筋的握裹力,防止因砼沉落而出现的裂缝,减小内部裂缝,增加砼的密实度,可使砼强度提高10%~20%左右,从而提高抗裂性。由于采用二次振捣的最佳时间与水泥品种、水灰比、塌落度、气温和振捣条件等有关。因此,在实际工程使用前做些试验是必要的。同时在最后确定二次振捣时间时,既要考虑技术上的合理,又要满足分层浇筑、循环周期的安排,在操作时间上要留有余地,避免由于这些失误而造成“冷接头”等质量问题。

在混凝土初凝前,采用刮尺将砼表面刮平,然后用铁滚碾压数遍,用木蟹打磨压实,最后用混凝土抹光机打磨,消除表面缩水裂缝,初凝前再用铁抹子

收光,并用扫帚拉毛,减少混凝土早期表面收缩裂缝。

8.3混凝土养护

砼养护的原则是保温保湿,在实际的施工过程中,针对不同的建筑部位,采用不同的养护方法。

底板及楼板:采用麻袋覆盖混凝土表面,然后淋水养护,保持麻袋24 h 都处于潮湿状态,养护14d 后去掉麻袋转入自然养护或浇水后用薄膜覆盖,保持薄膜内有凝结水。

墙体:墙体浇筑完二天后,松动模板的对拉螺

超长钢筋砼结构无缝施工技术

丝,让模板离混凝土墙体有间隙,顶部接好DN20

塑料管,并接通自来水,塑料管迎墙面每隔20~30

㎝刺一小孔,使能形成喷淋小水幕,带模养护5~7

天以后,拆除模板,用麻袋片紧贴墙体表面,继续

淋水养护14d。膨胀砼覆盖养护

9、结束语:无锡会展中心一期工程现已施工结束,经过施工期间几个月的检查观测,整个钢筋砼结构无有害裂缝出现,裂缝现象很少,超长结构无缝施工技术的运用,保证了后续施工的连续性,确保了合同工期的实现,取得了较好的经济效益和社会效益。

参考文献:《UEA补偿收缩混凝土防水工法》(YJGF22-92)