超长钢筋砼结构间歇式无缝施工技术

43超长钢筋砼结构间歇式无缝施工技术中铁十九局集团有限公司牛永胜摘要本文结合工程实例，从裂缝产生的原因、裂缝控制、砼设计与施工等各个环节，探索以膨胀加强带替代后浇缝，采用间歇式无缝施工技术，完成了超长砼结构各部的施工，并验证了其效果。关键词超长砼结构膨胀加强带间歇式无缝施工1工程概况贵阳铁路分局综合大楼位于贵阳市枣山路分局院内，占地2100m2，建筑面积35160m2，地下二层，裙房五层及主楼二十三层，集办公、商场、停车场为一体的高层建筑，该建筑为超长钢筋砼结构，均位于地上五层以下，其平面如图1。工程特点如下：1.1主楼与裙房基础底板相连，未设沉降缝，底板厚550mm，地下室墙厚300～400mm，层高4.8m，周长200m，防水砼共计1300m3。1.2该工程地下二层及地上裙房五层的普通砼现浇楼（层）面积共计1.4万m2，楼板厚250mm，150mm，配筋为双层双向，柱距6.75m和7.50m，梁柱节点处钢筋密集，砼浇筑困难。1.3防水工程为3厚XY-丙烯酸脂防水方案与结构刚性自防水相结合。由于结构超长，按规范规定有防水要求的底板及侧墙，需留后浇缝，裙楼各层普通砼需留后浇带，但实践证明后浇缝清缝困难，砼回填质量难保证，在回填后将出现不同程度的渗漏现象，效果欠佳。因此在贵铁分局综合楼底板及侧墙施工时，改用膨胀加强带,采用间歇式无缝施工法施工。通过二年的观察，结构超长部位无一处渗漏现象，取得了理想的效果。2技术依据及施工方法间歇式无缝施工的技术依据，可以从砼裂缝宽度限制及裂缝的间隔控制来阐明。2.1裂缝的宽度限制现代试验研究设备的出现，证实了即使尚未受荷的钢筋砼结构，由于其内部存在变形约束应力（主要由钢筋与砼对温差应变不相同引起）可以引起肉眼不可见（裂宽小于0.05mm）的“微观裂缝”，宏观裂缝只是微观裂缝扩展的结果。因此，裂缝是砼固有性质，砼有裂缝是绝对的，无裂缝是相对的，所谓无缝设计，只是相对裂缝小于有害裂缝宽度而已。地下一层平面图图1地下一层平面图44在施工中必须正确区分承载力不足引起的受力裂缝和温度收缩等变形引起的非受力裂缝，对于前者如产生剪切裂缝，则不论缝宽大小均应处理，而且一般是先加固后处理裂缝，对于后者及因弯曲和轴拉引起的受力裂缝，则按照《砼结构设计规范》（GBJ10-39）3.3.4的规定执行。对于有防水要求的地下室底板及边墙，在水压不高(10m以下)的情况下，允许产生0.1～0.2mm的裂缝。以物理概念分析，水分子的直径约为0.3×10-6mm，可穿过任何肉眼可见的裂缝，故从理论上讲防水结构是不允许有裂缝的，但实际情况不是这样。首先，在细裂缝开始虽有渗漏，水通过后与水泥结合，形成氢氧化钙，浓度不断增加，生成胶凝物质胶合了裂缝，同时，氢氧化钙与空气中的二氧化碳作用形成白色碳酸钙结晶，使原裂缝封闭，裂缝仍然存在，但渗漏停止了，这种裂缝自愈现象是稳定的，不影响持久使用，根据试验资料0.1～0.2mm的裂缝的一般可自愈，超过此限需堵漏处理。2.2结构裂缝间隔的控制砼裂缝合理的间隔是超长砼结构设置后浇缝或膨胀加强带的依据，目前取值办法主要有：(1)查《钢筋砼高层建筑结构设计与施工规程》(JBJ3-91)表3.1.3及《砼结构设计规范》(GBJ10-89)表6.1.1中规定的伸缩缝最大距离选用，但是以上判断是以调查资料为依据的，由于影响裂缝的因素很多，也较复杂，规范把结构长度看成控制开裂的唯一因素，并认为温度应力与长度成线性比例关系，忽略了一些重要条件(如砼坍落度、砂及石子含泥量、水泥品种和结构类型)，导致有些结构已满足了规定甚至小于规范要求长度，但还是产生了严重的裂缝，而另一些结构超过规定长度却没有开裂。(2)通过砼裂缝间隔计算来取值，根据王铁梦《建筑物的裂缝控制》书中提出的砼裂缝间隔计算公式：[Ler]=1.5arccosh∣δ·Τ∣∕（∣δ·Т∣-εp）式中δT为广义应变，为砼的降温冷缩应变εT和失水干缩应变εy之和，εp是砼极限拉应变，它与砼结构的配筋率、钢筋直径、砼的抗拉强度及龄期有关，并应考虑徐变的影响。由于砼是脆性材料，抗拉应变较小，故通常情况下|δ·T|εp，从而可计算出砼裂缝间隔值来供超长结构施工设置后浇带或无缝施工膨胀加强带的间隔选用。从上式中可知|δ·T|εp趋于相等时，裂缝间隔趋于无穷大，无需设置后浇带或膨胀加强带。要达到上述条件，就需降低砼温差和干缩，为了减少砼收缩使δ·T与εp差值减少，在有防水要求的基础底板及边墙中，一般在水泥中掺10～12%UEA微膨胀剂拌制而成的补偿收缩砼，其极限膨胀率ε2＝（2～4）×10-4在砼内部钢筋和周边约束条件下，在结构中产生的预压应力，可抵消砼硬化过程中产生0.2～0.7MPa的干缩和水化热冷缩出现的拉应力，实现裂缝间隔趋大，并可减免裂缝，UEA作用机理见图2。另外由于砼水化过程中生成的钙钒石(C3A3CaSO432H2O)起到填充堵塞毛细孔缝的作用，其抗渗能力比普通砼高1～2倍，故对防水结构也很有利。45本工程间歇式无缝施工采用的加强带距离，就是通过上述砼裂缝间隔计算，结合规范伸缩缝允许的最大距离，结合工程实际，进行综合分析确定的。2.3间歇式无缝施工用UEA砼在后浇缝设计施工的原理，是在收缩应力较大的区段(砼裂缝间隔处)给予较大的膨胀应力。本工程以膨胀加强带替代后浇缝，通过调整加强带砼UEA掺量和加大带宽，由于膨胀作用，可使带内及其两侧附近的砼不会出现裂缝，只要在带外两侧大面积砼区段内无有害裂缝发生，则无缝施工即可告成，具体作法见图3图2UEA作用机理加强带UEA砼加强带UEA砼ε2=(4～5)×10-4ε2=(4～5)×10-4铁丝网UEA砼UEA砼铁丝网普通砼普通砼图3间歇式无缝施工从图3可以看出，有无防水要求的无缝加强带施工方法完全相同，带内砼强度等级提高一个等级，采用在水泥内掺(14～15%)UEA大膨胀砼浇筑，加强带两侧用Φ2双层铁丝网隔开，并用Φ20钢筋加固，不同是在于无防水要求时，两侧砼为普通砼，有防水要求时两侧砼为水泥中掺(10～12)%UEA小膨胀砼浇筑，间歇式施工方法如下：(1)施工有防水要求的底板及边墙时，加强带间距为35～45m，先按施工方案要求划分砼浇筑路线，然后可按图3所示的顺序浇筑砼，如此循环可连续施工，如受施工条件限制或划分流水段，则可先浇到缝一侧，在下次浇筑砼前将施工缝处砼残渣凿除，清理干净并充分润湿，先浇加强带UEA砼，再浇另一侧UEA砼。(2)施工无防水要求的地下室顶板时，考虑到边墙对其的约束，加强带间距取35～40m，地上部分框架结构楼板取40～45m，全部采用间歇式无缝施工法，间歇时间不小于5d，以利于加强带两侧砼完成降温和收缩，加强带新浇砼应缓凝3～4h，以利于对两侧形成有效压力，防止裂缝发生。3施工技术措施主应力分布UEA微膨胀作用叠合作用ббxmax＞Rc（a）бxmax＜RcбUEAб463.1尽量减少水泥用量，泵送砼的高流动性及可泵性要求，往往会增加水泥用量，随着水泥用量的增加，水化热的增加，砼收缩变形也会增加，因此必须控制泵送砼水泥用量，一般水泥用量不宜超过350kg/m3，亦可采用低水化热水泥。3.2控制水灰比在砼中水化反应的用水量只有(20～25)%，如果用水量过大，这些水分蒸发后在砼内部形成大量毛细孔，增加砼收缩量，同时也不利于砼抗渗，通常用减水剂和泵送剂来解决。3.3选择级配好的山砂和碎石，选用粒径偏大的碎石(5～40mm)和较低的砂率。3.4采用合理的楼板施工方法由于泵送砼坍落度较大(14～16cm)仅用振动棒振动很难使砼达到密实，应在初次抹平2～3小时内用平板振动器二次振捣，再用木抹搓平砼表面，达到消除砼表面干缩裂缝的效果。3.5做好砼养护工作，在砼终凝后进行养护，对于墙体应在模板拆除后用喷雾器专人洒专人养护，对于平板则用阻燃草帘覆盖并浇水养护。3.6防止结构早期受力，对于墙体应在7天后拆除支撑及模板，对于平板则应在28天后拆除底模。4结束语4.1本工程以膨胀带替代后浇带，采用间歇式无缝施工法，完成了有防水要求的基础底板施工面积2200m2，边墙周长200m，完成无防水要求的楼板七层，共15000m2，均未见有害裂缝，实践证明我们采取的技术是可行的，并被贵阳多处工程所推广。4.2本工程采用间歇式无缝施工法，不但可减少大量的后浇缝清理工作，大大减少质量隐患，保证防水质量，有利于提高结构的整体性，抗震性，还便于施工，同时可缩短工期，提高工效，经济效益明显。4.3间歇式无缝施工技术目前处于半理论半经验阶段，除采取上述技术措施外尚应加强施工过程控制，加大质量把关，确保达到设计目标。