超长混凝土无缝施工技术讨论

超长混凝土无缝施工技术讨论

祝明

祝明

（成都铁路局客站建设指挥部，四川，成都，610081）

【摘要】本文结合贵阳北站站房超长混凝土结构施工的实际情况，介绍在超长混凝土结构施工中，通过采用微膨胀混凝土结合跳仓法施工技术，取消后浇带，保证了超长混凝土的施工质量。

【关键词】超长混凝土结构；微膨胀混凝土结合跳仓法施工；施工质量

1、概述

新建贵阳北站平面尺寸为236m*418m，被两条变形缝分为三个独立的结构单元:237m*104.5m、169.5m*141m、251.1m*197m，见图1；顺轨道的柱网开间主要有21m、24m，垂直轨道的柱网进深主要有23.25m、21m、12m；原设计还设置了后浇带，带宽2米，最大间距38.4m*32.5m.本文主要介绍贵阳北站大跨度、超长混凝土施工时采取的一些做法。

图1+9.15米高架层平面布置图

2、工程情况分析

2.1后浇带施工的弊端

在后浇带浇注混凝土前，需将后浇带两侧混凝土凿毛，施工难度高；新老混凝土的粘接强度很难保证，且由于存在时间差，造成楼板混凝土的干缩已于后浇带浇注前完成。因此，后浇带混凝土的干缩易在新老混凝土的连接处产生裂缝。设置后浇带的目的是防止裂缝的产生，而后浇带处理不好却人为的在每条后浇带处造成两条贯穿裂缝，引起质量问题。

后浇带经历整个结构施工过程，需要60天的时间，待强度达到100%前下部支撑体系无法拆除，尤其是通长后浇带下方支撑体系，严重影响站场铺架及站台施工相应工作面，影响施工工期。

2.2无缝施工的优点

微膨胀砼、跳仓法在超长混凝土结构无缝施工技术成熟。增加微膨胀剂在混凝土中预曾压应力，可以增加混凝土密实度，提高砼质量；若采用传统的后浇带方案，不能有效的开展各项工作。

加快施工进度。提前完成高架层的混凝土面合拢，提早拆除脚手架等支撑，为铺设轨道和站台层施工创造条件；提前提供屋面施工现场拼装和吊装场地。

经过讨论，确定了采用微膨胀混凝土结合跳仓法无缝施工取消原设计中的后浇带的施工方案。

3、补偿收缩混凝土配合比设计

已定方案中，采用微膨胀混凝土结合跳仓法无缝施工的方案，需确定补偿收缩混凝土的配合比，并进行验算，因此，补偿收缩混凝土的配合比设计显得尤为重要。

3.1补偿收缩混凝土限制膨胀率的选定

我国《补偿收缩混凝土应用技术规程》（JGJ/T178-2009）中4.0.2限制膨胀率的设计取值应符合规定，见表1。

表1限制膨胀率的设计取值标准

注：使用限制膨胀率大于0.060%的混凝土时，应预先进行试验研究。

由于，贵阳北站基础、柱、梁、板等构件体量过大，以往站房施工经验可知，连续浇筑混凝土，构件会因混凝土中的胶凝材料水化引起的温度变化和收缩等导致结构构件有害裂缝产生。贵阳北站混凝土构件属大体积混凝土构件。

因此，从施工理论与现场差异角度，偏安全考虑，限制膨胀率选定为：≥0.025%，作为本工程微膨胀混凝土的限制膨胀率。

3.2混凝土掺量确定

通过分别对膨胀剂ZY，掺6%、8%、10%的C40混凝土试验进行实时检测，测得混凝土限制膨胀率（ε2）分别为：0.017%；0.026%；0.030%；可知，掺量8%的C40混凝土膨胀率为0.026%>0.025%，所以本工程拟选用膨胀剂掺量8%的微膨胀混凝土作为本工程施工混凝土。

3.3补偿收缩混凝土裂缝验算

以+9.15米板的裂缝验算为例：

根据《大体积混凝土施工规范》(GB50496-2009)B.1.4中砼的绝热温升计算公式：

T(t)=WQ(1-e-mt)/rhC

式中：

T（t）-混凝土期龄为t时的绝热温升（℃）；

W-每m3中混凝土的胶凝材料用量（Kg/m3）；

C-混凝土的比热，一般为0.92~1.0【KJ/(Kg.℃)】；

rh-混凝土的重力密度，2400~2500（Kg/m3）；

m-与水泥品种、浇筑温度等有关的系数，0.3~0.5（d-1）；

t-混凝土期龄（d）。

考虑最不利情况，不考虑（1-e-mt)<1的折减系数：砼中胶凝材料水化热引起砼最高绝热温升：

Tmax=（W1+W2+W3)/(RHC)

式中：W1--单方砼水泥用量Kg/m3；

W2—单方混凝土ZY用量Kg/m3；

W3—单方粉煤灰用量Kg/m3；

Q1—每公斤水泥水化热值，P.O.42.5级普通硅酸盐水泥最大水化热值取354KJ/Kg；

Q2—ZY水化热值，取246KJ/Kg；

Q3—粉煤灰水化热值，取150KJ/Kg；

rh—砼容重，取2400Kg/m3；

C—砼比热，取0.96KJ/Kg℃。

Tmax=58.27℃

考虑砼线板一维散热，散热系数为0.5~0.6，取0.5，则由混凝土胶凝材料水化热引起的温升值：

T1=Tmaxx0.5=29.135℃

混凝土入模温度：T2=30℃

预计混凝土中心平均温度：

T3=T1+T2=59.135℃

根据资料，夏季贵阳环境气温25～28℃，平均差值：T0=1.5℃

平均气温，取T4=26.5℃

所以，砼的最大冷缩值：

St=a×(T3-T4＋T0)=3.41×10-4（取a=1x10-5℃-1）(材料力学公式)

根据《大体积混凝土施工规范》（GB50496-2009）砼收缩的相对变形值公式，砼28天最大收缩值Sd(t)按下面经验公式计算：

Sd(t)=3.24×10-4×(1-e-0.03t)m1m2??mn

式中：水泥品种影响系数：m1=1.0

水泥细度（m2/Kg）影响系数：m2=1.0

水胶比影响系数：m3=0.955

胶浆量（%）影响系数：m4=1.235

养护时间（d）:m5=0.93

环境相对湿度（%）：m6=0.54

水力半径的倒数r影响系数：m7=1.00r：为构件截面周长（L）与截面积（F）之比，r=100L/F（m-1）

ESFS/ECFC---配筋率影响系数：

ES、Ec：钢筋、砼的弹性模量（N/mm2），按最不利配筋率取值：μ=0.015133（9.15米板最小配筋率）

得：m8=0.954

Fs、Fc----钢筋、砼的截面积（mm2）；

减水剂影响系数：m9=1.3

粉煤灰掺量（%）影响系数：m10=0.86

粉煤灰掺量：粉煤灰（矿渣粉）掺合料重量占胶凝材料总重的百分数。

代入公式得：Sd（28）=0.584×10-4

我国著名的裂缝控制专家王铁梦教授通过对结构物应力-应变分析，得出砼的极限延伸率Sk按下式计算（具体详见《结构裂缝控制》一书）：

Sk=0.5Rf（1+μ/d）×10-4

式中：Sk—砼极限延伸值；

Rf—砼的抗拉强度标准值MPa；

μ—配筋率%；

d—钢筋直径cm；

本工程9.15m板砼强度等级为C40，砼Rf=2.39MPa，配筋率取μ=1.5133%，钢筋平均直径d=1cm，代入公式得：Sk=3.003×10-4

考虑到砼7天的极限延伸率增长较快，7天后砼自身延伸率增长较慢，偏于安全考虑，仅取7天砼的极限延伸作为此次计算取值：

SK(7)=0.8Sk（Ig7）2/3=2.126×10-4

考虑砼受压徐变，偏于安全地假设为极限延伸率的0.5倍，则

CT=0.5SK(7)=1.063×10-4

砼最终变形：

D=ε2-(St+Sd-CT)=-0.061×10-4

（负号表示砼处以受拉状态）

由于9.15米板砼最终体积变形率

D=|-0.061×10-4|<SK(7)==2.126×10-4,故使用8%的掺量ZY膨胀剂连续施工后不会开裂。

同理，经计算可知：+17.64米高架夹层砼结构板、+13.15米设备管道夹层砼结构板、+4.45米站台层夹层砼结构板、-2.5米轨道夹层及站台层砼结构板、-0.150米站台层A区夹层砼结构板、-0.200米站台层F区砼板、-6.75米出站层A区砼板、-11.05米~-2.5米14轴及17轴砼剪力墙、-11.05米14轴-15轴及16轴-17轴砼结构板等施工结构板，经采用ZY配制的补偿收缩砼进行施工后，在理论上可以不设置伸缩缝而保证结构不开裂。

4、跳仓法施工安排及部署

根据上述掺量8%ZY膨胀剂的砼伸缩间距计算，可知在理论上可以不设伸缩缝而保证构件不开裂。在实际施工过程中，影响因素很多。为进一步避免不必要裂缝的产生，根据《大体积混凝土施工规范》（GB50496-2009）中5.1.4超长大体积混凝土施工，防止结构出现有害裂缝处理措施。

本工程在施工拟采用“跳仓法”来配合微膨胀混凝土施工，来保障裂缝的产生。

跳仓施工部署：

分仓块大小——最大块38米x45米

分仓数量——80个仓段

跳仓顺序——各区互不干扰，跳仓施工；

相邻仓时间间隔——7~10天。

跳仓顺序严格按照方案分区进行跳仓，每层分区的施工采取上下通缝，这样可以扩展工作面上下板连续施工。高架层仓段施工顺序部分需遵循轨道层施工实际进行施工，根据现场实际情况可知，轨道层每个板块混凝土浇注时间均大于10d。因此，高架层各个板块混凝土浇注时间均不小于7d。

每仓经过（7-10d）的应力释放，再将各仓连成整体，依靠抗拉强度抵抗下一段的温度收缩应力，防止裂缝出现。

+9.15米板为贵阳北站主体混凝土结构面积最大的板，以+9.15米板划分仓段具有代表性。

图2+9.15米高架层仓段分区图

5、凝土无缝施工作业

5.1主要材料要求

①水泥

本工程混凝土拟选用P.O42.5标号的优质硅酸盐水泥，要求品质稳定、强度等级符合《通用硅酸盐水泥》（GB175-2007）、《中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥》（GB200-2003）的要求。

用量应控制在230~450kg/m3，本工程为超长混凝土施工所用水泥3d的水化热不宜大于240KJ/Kg，7d的水化热不宜大于270KJ/Kg。

②骨料

骨料选用级配良好的，应符合《普通混凝土用砂、石质量标准及检验方法标准》（JGJ52—2006）的要求:细骨料（中砂），拟其细度模数大于2.3，含泥量（按重量计）不得大于3%，含泥块量不得大于1%；粗骨料拟选用粒径5~31.5mm，并连续级配、非碱活性，含泥量不得大于1%，含泥块量不得大于0.5%，针片状颗粒含量不得大于15%，不得使用风化石。

5.2砼搅拌

①膨胀剂投料应做到准确可靠，严格执行砼配合比并符合计量要求。实验室技术人员对外加剂投料、砼生产应24小时跟班监督。

②及时测定砂、石的含水量，以便及时调整砼拌合用水量，严禁随意增加用水量。

③对砼配合比的执行及外加剂计量准确性建立定期或不定期抽查制度。确保砼生产质量。

④砼搅拌时间；补偿收缩砼应搅拌均匀。本工程采用预拌补偿收缩砼，其搅拌时间可与普通砼的搅拌时间相同。

表3混凝土搅拌的最短时间（秒）

5.3砼浇筑

在计划浇筑区段内连续浇筑砼，不得中断；砼浇筑以阶梯式推进，浇筑间隔时间不得超过砼的初凝时间（6小时）。对于大体积超长砼可采用全面分层连续浇筑方式，砼浇筑层厚度应根据所用振捣器的作用深度及砼的和易性确定；

当采用泵送砼时，砼浇筑层厚度不宜大于500mm；当采用非泵送砼时，砼浇筑厚度不宜大于300mm；

振捣时间一般10s为宜，应使砼表面浮浆，无气泡，不下沉为止。

5.4砼养护

①在混凝土浇筑过程中应控制混凝土浇注、养护时中心与外表的温差不超过25℃，且将温度梯度控制在15℃/d。应加强施工前期及后期混凝土的保温、保湿养护。应避免太阳暴晒，构件温度超过34℃时采取降温措施。

②凝土养护期间，混凝土内部的最高温度不宜高于65℃，混凝土表面的养护水温度与混凝土表面温度之间的温差不得大于15℃。混凝土结构或构件在任一养护时间内的内部最高温度与养护中混凝土表面温度之差超过20℃，梁体任一养护时间内的内部最高温度与表面湿度之差不宜大于15℃，当周围大气温度与养护中混凝土表面温度之差超过20℃，或周围大气温度与养护中梁体混凝土表面温度之差超过15℃时，混凝土表面必须覆盖保温。浇水养护时间不应少于两周。

6、结束语

通过对贵阳北站高架层板混凝土采用微膨胀混凝凝土配合比设计、裂缝验算结合跳仓法进行大体积混凝土施工的讨论，并对混凝土的原料、搅拌、施工过程进行必要的控制的前提下，说明大体积混凝土是可以在不留设后浇带的情况下进行无缝施工、保证质量的。对以后的大体积混凝土施工积累了经验。

参考文献：

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部、中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.《大体积混凝土施工规范》（GB50496-2009）.北京：中国标准出版社.2009

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.《补偿收缩混凝土应用技术规程》（JGJ/T178-2009）.北京：中国标准出版社.2009

[3]王铁梦.《工程结构裂缝控制》.北京：中国建筑工业出版社.1997

[4]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.《普通混凝土用砂、石质量标准及检验方法标准》（JGJ52—2006）.北京：中国标准出版社..2006

[5]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会.《通用硅酸盐水泥》（GB175-2007）.北京：中国标准出版社.2007

[6]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.《中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥》（GB200-2003）.北京：中国标准出版社.2003