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地下室超长钢筋混凝土结构施工技术研究
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内容提示：以某地下室超长钢筋混凝土结构为工程背景,针对该工程的技术难点进行了详细分析,探讨了相应的解决思路,在此基础上提出该工程超长结构的施工技术方案,并给出了混凝土的浇筑方案,以期为类似工程提供指导。
超长混凝土结构指结构单元长度超过了混凝土结构设计规范所规定的钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距的结构。随着建筑业的发展,由于各个建筑个体的具体情况及建筑物的使用功能要求,某些工程中不允许采用伸缩缝等永久性缝,从而导致越来越多的超长混凝土结构出现。本文结合笔者参与的某地下室超长混凝土结构工程,针对其超长施工技术进行研究,为类似工程提供借鉴。（参考《建筑中文网》）
1 工程简况
本工程地上两栋主楼采用框架剪力墙结构,裙房采用框架结构。该地下室为2层,属超长结构,最大长度265m,最大宽度122m。
2 本工程的技术难点分析
2.1 如何控制结构收缩开裂问题
本工程为超长钢筋混凝土结构,采用补偿收缩混凝土,可以不留后浇带。即在混凝土中掺加膨胀剂,使其产生适度的膨胀来补偿收缩,以膨胀所产生的压应力来抵消收缩所产生的拉应力。根据结构不同的部位,调整其掺加量,在结构收缩应力最大的中部采用大膨胀混凝土(即膨胀加强带),在结构收缩应力较小的部位采用微膨胀混凝土,以使混凝土的收缩拉应力得到大小适宜的补偿。采用这种办法,不留后浇带,混凝土连续浇筑,可以大大加快施工进度,减少后浇带处理给施工带来的麻烦和给工程质量带来的隐患,提高结构的整体性和安全性,并节约工期、降水费用和施工管理费用。
2.2 防水问题
本工程底板做外防水不仅代价较大,且耽误工期。因此,采用混凝土结构自防水技术才是较为经济与节省工期的正确选择。从目前工程实践来看,膨胀混凝土是解决混凝土开裂比较理想的材料。膨胀混凝土在钢筋或临位限制下,膨胀能做功,产生预压应力,它可抵消收缩产生的拉应力,并推迟了收缩的产生过程,混凝土抗拉强度在此期间能获得增长。当混凝土开始收缩时,其抗拉强度已增长到足以抵抗收缩引起的拉应力,从而防止和减少收缩裂缝的出现。在混凝土中掺加适量的膨胀剂,通过水泥的化学反应,使混凝土产生适量膨胀,在钢筋和临位限制下,在钢筋混凝土中建立0. 2MPa~1. 0 MPa的预压应力,可大致抵消混凝土收缩时产生的拉应力,防止混凝土开裂。同时,水化反应生成的钙钒石晶体属针状、棒状晶体,填充、切断、堵塞混凝土的毛细孔,使混凝土的抗渗能力大大提高,抗渗标号可达S30,从而达到混凝土结构自防水的目的。
2.3 底板承台大体积混凝土裂缝控制问题
本工程底板厚度接近1m,承台厚度约2m,又逢夏季施工,水化热引起混凝土内部温升很高,极易产生温度裂缝。因此,必须采取一定的技术措施。
1)在混凝土中掺入膨胀剂,使其产生适度的膨胀,用以抵消混凝土结构的部分冷缩,从而可以减轻或避免温差裂缝的出现。
2)在混凝土中掺入适量的缓凝减水剂,目的是为了降低渗漏隐患;另一方面,减水作用可以节约水泥用量,从而降低造价,且水泥用量越少,水化热就越低,温差裂缝就越少。
3)掺入粉煤灰或矿渣等活性混合材,取代部分水泥,可以降低水泥水化的发热量,减少温度应力,减轻裂渗的出现。
4)采用低热或中热水泥,降低原材料温度,混凝土内部预埋管道水冷散热。
5)在施工过程中,做好测温和覆盖保温工作。测温主要是测定混凝土内部与表面的温差,温差控制在25℃以内,就可以较好地控制裂缝;若温差超过25℃,就必须覆盖保温,提高混凝土表面温度,缩小表面与内部温差。
3 本工程的技术方案
3.1 底板、顶板膨胀加强带的设置
膨胀加强带间距约为30 m~40 m为宜。顶板膨胀加强带的位置和底板基本相同,墙板的膨胀加强带和底板、顶板的膨胀加强带位置相对应。膨胀加强带宽为2 m(间歇式除外),带的两侧用孔径为5 mm的钢板网隔拦,并用钢筋固定牢固,铺设的钢板网搭接部分不超5 cm。底板上膨胀加强带的补偿钢筋直接绑扎在其对应的面筋上,而墙板、顶板上加强带部分的补偿钢筋须绑扎在其对应的面筋和底筋上,Φ10~Φ12@ 150~200(螺纹钢筋)为宜,伸出加强带2 m。
3.2 水平施工缝的设置
底板与外墙、外墙与顶板之间的水平施工缝位置应与底板或顶板表面相距300 mm~500 mm左右为宜,并设钢板止水带。外墙混凝土浇筑前,先铺2 cm~3 cm厚的膨胀砂浆(与混凝土同配比,去掉石子),以防烂根,然后再浇混凝土。拆模后,水平施工缝外侧修补平整,迎水面用PMC弹性聚合物水泥分3遍~5遍涂刷2 mm厚,宽度为水平施工缝上下各500 mm。
3.3 外墙设置后浇膨胀加强带
外墙先浇加强带两侧的小膨胀混凝土,加强带两侧竖向均设钢板止水带。间隔3 d以上,待混凝土达到足够强度再浇加强带大膨胀混凝土。外墙混凝土施工完毕后,后浇加强带外侧迎水面分层刮涂PMC弹性聚合物水泥防水材料,涂刷厚度不小于2 mm,宽度伸出后浇加强带500 mm。沉降性后浇带的做法与此相同。
3.4 垂直施工缝的设置
除后浇加强带与(沉降性)后浇带以外,墙体原则上不再留垂直施工缝,以减少渗漏隐患。墙体若必须留设垂直施工缝,则应避开地下水和裂隙水较多地段,并在竖向设钢板止水带或橡胶止水板,外侧迎水面用弹性水泥分层涂刷不小于2 mm厚,宽度为垂直施工缝左右各500 mm。
3.5 配筋建议
1)膨胀混凝土只有在钢筋和临位结构约束条件下才能产生预压应力,因此为控制超长结构冷缩和干缩引起的开裂,长度方向的配筋率建议不小于0. 5%,并宜用螺纹钢筋,钢筋间距不宜过大。适当提高配筋率,设置细而密的钢筋有利于混凝土抗裂。
2)鉴于墙体受施工养护和外界温差影响较大易开裂,水平构造筋的间距宜小于150 mm,配筋率不应小于0. 5%。对于墙柱相连的超长墙体,易在靠近柱子的区域出现应力集中而产生纵向裂缝,宜插入2 m左右的水平附加筋,其中200 mm~300 mm插入柱子,其余置于墙体。
3)在变截面部位,由于应力集中往往容易出现开裂。为分散应力,应在此处增加构造筋或斜拉筋(螺纹钢筋)Φ10~Φ12@ 150~200。必须采取有效措施,在转角、孔洞周围加强构造筋,转角处增配斜向钢筋或网片,在孔洞边界设护边角钢等。
4)穿墙钢筋或螺栓。自防水混凝土结构内部设置的各种钢筋或绑扎铁丝,不得接触模板。固定模板用的钢筋和螺栓不宜穿过混凝土结构,如必须穿过,则螺栓和钢筋中央要焊上止水环,止水环必须满焊。拆模后,将螺栓沿平凹底割去,外侧迎水面用弹性聚合物水泥封堵,分层涂刷PMC厚度不小于2 mm,半径300 mm。
4 混凝土的浇筑施工方案
4.1 底板混凝土的浇筑
1)补偿收缩混凝土的浇筑施工。从一个方向开始浇捣,阶梯形逐渐推进,振捣必须密实。浇筑到膨胀加强带时,用专门配制的大膨胀补偿收缩混凝土填充膨胀加强带;膨胀加强带浇筑完成后,再换回正常的微膨胀补偿收缩混凝土继续往前浇筑,依次反复进行直到全部完成。
2)二次抹面处理工序。在完成ZY补偿收缩混凝土工序后,为防止混凝土在硬化过程中出现表面龟裂现象,要及时进行二次抹面处理工序:在混凝土初凝以后、终凝之前,先人工用木抹边拍打,使混凝土的浆料渗出;然后再用力进行抹压,直至抹压平整,抹压至少两遍,最后一遍的抹压要掌握好时间,应在混凝土临近终凝时为好,随即用塑料薄膜覆盖。
3)养护工序。补偿收缩混凝土的养护非常重要,这是由于混凝土中形成的膨胀结晶———钙矾石以及水泥水化都需要水,否则会影响膨胀效能。因此在每一块混凝土浇筑、抹面完成后,要及时用塑料薄膜覆盖其表面;当整块混凝土终凝后,开始铺麻袋片等养护材料(防止阳光直晒)并洒水养护,始终保持润湿,放线后可采用蓄水养护,养护期不少于14 d。自防水混凝土的养护是保证防水质量的最重要的措施之一,一定要派专人负责养护工作。
4.2 外墙混凝土的浇筑
1)底板与外墙之间的水平施工缝是本工程防水最危险的地带,此处水位最深,水压最大,而施工缝处新老混凝土的界面又很薄弱,处理不好,常常会成为渗漏的隐患。为此,必须做到精心组织,精心施工。为此,在水平施工缝设一道钢板止水带。外墙施工前,首先将施工缝处混凝土凿毛,将钢筋间的所有杂物清理冲洗干净,并保持润湿,再铺上一层20 mm~30 mm厚的膨胀水泥砂浆,膨胀水泥砂浆所用的材料和灰砂比应与自防水混凝土的材料和灰砂比相同,然后再浇混凝土。整个施工过程要做好组织管理,何时需要砂浆,需要多少,何时铺设,需要预先算好,以防砂浆铺设时间过长,而混凝土又来不及浇筑,造成质量问题。外墙混凝土采用分层浇灌。泵管的布置须符合施工流水作业的要求。墙板混凝土的下料高度控制在2 m以内,其他工序同底板混凝土的浇筑方法。
1 工程简况
本工程地上两栋主楼采用框架剪力墙结构,裙房采用框架结构。该地下室为2层,属超长结构,最大长度265m,最大宽度122m。
2 本工程的技术难点分析
2.1 如何控制结构收缩开裂问题
本工程为超长钢筋混凝土结构,采用补偿收缩混凝土,可以不留后浇带。即在混凝土中掺加膨胀剂,使其产生适度的膨胀来补偿收缩,以膨胀所产生的压应力来抵消收缩所产生的拉应力。根据结构不同的部位,调整其掺加量,在结构收缩应力最大的中部采用大膨胀混凝土(即膨胀加强带),在结构收缩应力较小的部位采用微膨胀混凝土,以使混凝土的收缩拉应力得到大小适宜的补偿。采用这种办法,不留后浇带,混凝土连续浇筑,可以大大加快施工进度,减少后浇带处理给施工带来的麻烦和给工程质量带来的隐患,提高结构的整体性和安全性,并节约工期、降水费用和施工管理费用。
2.2 防水问题
本工程底板做外防水不仅代价较大,且耽误工期。因此,采用混凝土结构自防水技术才是较为经济与节省工期的正确选择。从目前工程实践来看,膨胀混凝土是解决混凝土开裂比较理想的材料。膨胀混凝土在钢筋或临位限制下,膨胀能做功,产生预压应力,它可抵消收缩产生的拉应力,并推迟了收缩的产生过程,混凝土抗拉强度在此期间能获得增长。当混凝土开始收缩时,其抗拉强度已增长到足以抵抗收缩引起的拉应力,从而防止和减少收缩裂缝的出现。在混凝土中掺加适量的膨胀剂,通过水泥的化学反应,使混凝土产生适量膨胀,在钢筋和临位限制下,在钢筋混凝土中建立0. 2MPa~1. 0 MPa的预压应力,可大致抵消混凝土收缩时产生的拉应力,防止混凝土开裂。同时,水化反应生成的钙钒石晶体属针状、棒状晶体,填充、切断、堵塞混凝土的毛细孔,使混凝土的抗渗能力大大提高,抗渗标号可达S30,从而达到混凝土结构自防水的目的。
2.3 底板承台大体积混凝土裂缝控制问题
本工程底板厚度接近1m,承台厚度约2m,又逢夏季施工,水化热引起混凝土内部温升很高,极易产生温度裂缝。因此,必须采取一定的技术措施。
1)在混凝土中掺入膨胀剂,使其产生适度的膨胀,用以抵消混凝土结构的部分冷缩,从而可以减轻或避免温差裂缝的出现。
2)在混凝土中掺入适量的缓凝减水剂,目的是为了降低渗漏隐患;另一方面,减水作用可以节约水泥用量,从而降低造价,且水泥用量越少,水化热就越低,温差裂缝就越少。
3)掺入粉煤灰或矿渣等活性混合材,取代部分水泥,可以降低水泥水化的发热量,减少温度应力,减轻裂渗的出现。
4)采用低热或中热水泥,降低原材料温度,混凝土内部预埋管道水冷散热。
5)在施工过程中,做好测温和覆盖保温工作。测温主要是测定混凝土内部与表面的温差,温差控制在25℃以内,就可以较好地控制裂缝;若温差超过25℃,就必须覆盖保温,提高混凝土表面温度,缩小表面与内部温差。
3 本工程的技术方案
3.1 底板、顶板膨胀加强带的设置
膨胀加强带间距约为30 m~40 m为宜。顶板膨胀加强带的位置和底板基本相同,墙板的膨胀加强带和底板、顶板的膨胀加强带位置相对应。膨胀加强带宽为2 m(间歇式除外),带的两侧用孔径为5 mm的钢板网隔拦,并用钢筋固定牢固,铺设的钢板网搭接部分不超5 cm。底板上膨胀加强带的补偿钢筋直接绑扎在其对应的面筋上,而墙板、顶板上加强带部分的补偿钢筋须绑扎在其对应的面筋和底筋上,Φ10~Φ12@ 150~200(螺纹钢筋)为宜,伸出加强带2 m。
3.2 水平施工缝的设置
底板与外墙、外墙与顶板之间的水平施工缝位置应与底板或顶板表面相距300 mm~500 mm左右为宜,并设钢板止水带。外墙混凝土浇筑前,先铺2 cm~3 cm厚的膨胀砂浆(与混凝土同配比,去掉石子),以防烂根,然后再浇混凝土。拆模后,水平施工缝外侧修补平整,迎水面用PMC弹性聚合物水泥分3遍~5遍涂刷2 mm厚,宽度为水平施工缝上下各500 mm。
3.3 外墙设置后浇膨胀加强带
外墙先浇加强带两侧的小膨胀混凝土,加强带两侧竖向均设钢板止水带。间隔3 d以上,待混凝土达到足够强度再浇加强带大膨胀混凝土。外墙混凝土施工完毕后,后浇加强带外侧迎水面分层刮涂PMC弹性聚合物水泥防水材料,涂刷厚度不小于2 mm,宽度伸出后浇加强带500 mm。沉降性后浇带的做法与此相同。
3.4 垂直施工缝的设置
除后浇加强带与(沉降性)后浇带以外,墙体原则上不再留垂直施工缝,以减少渗漏隐患。墙体若必须留设垂直施工缝,则应避开地下水和裂隙水较多地段,并在竖向设钢板止水带或橡胶止水板,外侧迎水面用弹性水泥分层涂刷不小于2 mm厚,宽度为垂直施工缝左右各500 mm。
3.5 配筋建议
1)膨胀混凝土只有在钢筋和临位结构约束条件下才能产生预压应力,因此为控制超长结构冷缩和干缩引起的开裂,长度方向的配筋率建议不小于0. 5%,并宜用螺纹钢筋,钢筋间距不宜过大。适当提高配筋率,设置细而密的钢筋有利于混凝土抗裂。
2)鉴于墙体受施工养护和外界温差影响较大易开裂,水平构造筋的间距宜小于150 mm,配筋率不应小于0. 5%。对于墙柱相连的超长墙体,易在靠近柱子的区域出现应力集中而产生纵向裂缝,宜插入2 m左右的水平附加筋,其中200 mm~300 mm插入柱子,其余置于墙体。
3)在变截面部位,由于应力集中往往容易出现开裂。为分散应力,应在此处增加构造筋或斜拉筋(螺纹钢筋)Φ10~Φ12@ 150~200。必须采取有效措施,在转角、孔洞周围加强构造筋,转角处增配斜向钢筋或网片,在孔洞边界设护边角钢等。
4)穿墙钢筋或螺栓。自防水混凝土结构内部设置的各种钢筋或绑扎铁丝,不得接触模板。固定模板用的钢筋和螺栓不宜穿过混凝土结构,如必须穿过,则螺栓和钢筋中央要焊上止水环,止水环必须满焊。拆模后,将螺栓沿平凹底割去,外侧迎水面用弹性聚合物水泥封堵,分层涂刷PMC厚度不小于2 mm,半径300 mm。
4 混凝土的浇筑施工方案
4.1 底板混凝土的浇筑
1)补偿收缩混凝土的浇筑施工。从一个方向开始浇捣,阶梯形逐渐推进,振捣必须密实。浇筑到膨胀加强带时,用专门配制的大膨胀补偿收缩混凝土填充膨胀加强带;膨胀加强带浇筑完成后,再换回正常的微膨胀补偿收缩混凝土继续往前浇筑,依次反复进行直到全部完成。
2)二次抹面处理工序。在完成ZY补偿收缩混凝土工序后,为防止混凝土在硬化过程中出现表面龟裂现象,要及时进行二次抹面处理工序:在混凝土初凝以后、终凝之前,先人工用木抹边拍打,使混凝土的浆料渗出;然后再用力进行抹压,直至抹压平整,抹压至少两遍,最后一遍的抹压要掌握好时间,应在混凝土临近终凝时为好,随即用塑料薄膜覆盖。
3)养护工序。补偿收缩混凝土的养护非常重要,这是由于混凝土中形成的膨胀结晶———钙矾石以及水泥水化都需要水,否则会影响膨胀效能。因此在每一块混凝土浇筑、抹面完成后,要及时用塑料薄膜覆盖其表面;当整块混凝土终凝后,开始铺麻袋片等养护材料(防止阳光直晒)并洒水养护,始终保持润湿,放线后可采用蓄水养护,养护期不少于14 d。自防水混凝土的养护是保证防水质量的最重要的措施之一,一定要派专人负责养护工作。
4.2 外墙混凝土的浇筑
1)底板与外墙之间的水平施工缝是本工程防水最危险的地带,此处水位最深,水压最大,而施工缝处新老混凝土的界面又很薄弱,处理不好,常常会成为渗漏的隐患。为此,必须做到精心组织,精心施工。为此,在水平施工缝设一道钢板止水带。外墙施工前,首先将施工缝处混凝土凿毛,将钢筋间的所有杂物清理冲洗干净,并保持润湿,再铺上一层20 mm~30 mm厚的膨胀水泥砂浆,膨胀水泥砂浆所用的材料和灰砂比应与自防水混凝土的材料和灰砂比相同,然后再浇混凝土。整个施工过程要做好组织管理,何时需要砂浆,需要多少,何时铺设,需要预先算好,以防砂浆铺设时间过长,而混凝土又来不及浇筑,造成质量问题。外墙混凝土采用分层浇灌。泵管的布置须符合施工流水作业的要求。墙板混凝土的下料高度控制在2 m以内,其他工序同底板混凝土的浇筑方法。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/201110/15060.htm
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