大体积混凝土结构设计与跳仓法施工关键措施

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  【摘要】随着城市的快速发展,建筑结构的形式日趋大型化、复杂化,大体积混凝土在工程中的应用日趋平凡。本文以上海嘉定地区一商务办公楼为例,介绍了跳仓法在大体积混凝土施工中的应用。
  【关键词】大体积混凝土;跳仓法;分仓设计
  0.引言
  在历史的不断发展过程当中,建筑学扮演了一个重要的角色,不同的建筑风格,施工方法都随着时代的变迁在不断的发展。在建筑技术方面,以跳仓法为主要技术的施工方法在近年来被更多的使用。本文主要阐述了结构设计的技术保证下,跳仓法的设计条件运作原理、分仓结构设计、对于材料的选择以及施工中需注意的关键技术措施。
  1.项目概况
  本工程为一位于上海嘉定地区的商务办公楼,本工程共有二幢二层商业楼,一幢一层垃圾房和一幢一层配电站,高层办公楼1栋,地块地下一层(局部二层),各单体建筑地下部分相互连通,功能主要为停车库和管理用房,地下建筑面积10625.74m2,地上部分:地上建筑面积28071.26m2。基础底板板面标高为-5.300,基坑开挖深度为-5.950m(办公楼下局部开挖深度为6.450m)。基础底板大面积混凝土,考虑施工周期及后期使用方便等问题,不设置施工后浇带,采用跳仓法施工。
  2.跳仓法技术原理
  跳仓法是充分利用了混凝土在5到10天期间性能尚未稳定和没有彻底凝固前容易将内应力释放出来的“抗与放”特性原理,它是将建筑物地基或大面积砼平面机构划分成若干个区域,按照“分块规划、隔块施工、分层浇筑、整体成型”的原则施工,其模式和跳棋一样,即隔一段浇一段。相邻两段间隔时间不少于7天,以避免混凝土施工初期部分激烈温差及干燥作用,这样就不用留后浇带了。
  3.后浇带与跳仓法的优缺点比较
  3.1后浇带施工的问题
  温度后浇带应在其两侧混凝土龄期达到60天后方可封闭后浇带,在这样长的时间里,后浇带中将无法避免的存在各种杂质,例如掉落进去的各种杂物垃圾等等,由于现场中的施工条件会使得清理工作十分艰难,但是在整体工程中如果不进行清理,那会影响下一个环节的施工。在实施工程之前,需要将两侧的混凝土凿毛,施工过程复杂困难,就场地实际情况研究而言,新老混凝土的粘粘性难度难以保持,由于在实施过程中会有时间上的差异,这就会使底板混凝土的干缩大部分已与后浇带贯充前完成。就此原因在后浇带混凝土的干缩情况下,就会使新老混凝土之间的粘连产生问题,使连接处产生裂缝隐患,这就说明浇代内混凝土外掺的膨胀剂没有起到补偿收缩作用。这些施工过程中出现的底板裂缝问题,会导致整体工程实施中存在安全隐患,出现贯穿性裂缝、引起漏水情况,这样的工程实例不胜枚举。
  在软土地基中,尤其是本工程所在的上海地区,地下水位较高,一般在-0.5~-1.5m,后浇带填充前,地下室处于漏水状态,严重影响施工。
  3.2跳仓法施工的优点
  因为各个仓段之间互不干扰,分开施工,可以减少材料收缩变形所产生的张收缩,避免因施工过程中张力远大于材料的抗拉能力而产生的裂缝。且有效缩短了工期并提高了施工质量,同时降低了施工难度。
  为后续施工提供更好的作业面,确保基坑施工安全。减少因后浇带而增加的工序产生的影响,能按正常施工要求进行施工,进度得到保证。
  4.分仓结构设计
  4.1仓格分割方案
  本工程根据具体工程规模情况沿纵向和横向两个方向进行分仓,纵横两方向仓格间距均小于40m,共分为9个仓格,详见图一。
  4.2设计要点
  为避免高强度混凝土水化热及收缩偏大,徐变偏小,应力松弛效应偏小,控制裂缝在图一调仓平面布置示意图
  0.200mm以内,基础底板及地下室外墙板的混凝土强度等级为C35,抗渗等级为P6.
  本工程的基础形式采用的是桩筏基础,各主楼与纯地下车库在地下部分结构均连成一整体,应对地基变形验算采取较高要求,主楼与纯地下车库相邻两柱之间不均匀沉降量小于2L/1000,L为相邻柱基的中心距离。考虑到办公楼、商业楼及纯地下室之间的荷载效应差异较大,为减小不均匀沉降的影响,本工程采用两种不同桩型。办公楼下采用预应力高强混凝土管桩PHC 500AB 100-44,桩端持力层为⑧2-1层,单桩竖向承载力设计值为2000KN;商业楼及地下车库采用先张法预应力混凝土空心方桩KFZ-AB300(130)-13+12c,桩端持力层为⑤4层,单桩竖向承载力设计值为600KN。在正常使用极限状态作用的准永久组合下,最大计算理论沉降量为50mm。相邻柱之间的沉降最大差值为10mm,小于0.0021(16mm),可以不设置沉降后浇带,采用跳仓办法进行施工。
  5.对混凝土材料和配比的确定
  跳仓法施工混凝土除应满足设计要求的强度等级、耐久性、抗渗性、体积稳定性以外,还应符合合理使用材料、减少水泥用量、降低混凝土绝热温的要求。
  因此,本工程的混凝土材料除了应符合《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》(JGJ52-2006)的规定,还要满足以下几点:
  ①粗骨料方面,采用质地坚硬,连续级配,不含杂质,粒径为5~25mm的碎石,吸水率不应大于1.5%。同时,粗骨料的清洁程度对抗拉强度影响显著,与抗压不同,含泥量对抗拉强度极为敏感,必须严格控制含泥量和粉料含量。
  ②细骨料方面,采用中砂,级配良好,其细度模数在2.3-3.0,其含泥量不应大于3%,泥块含量不应大于1%。
  ③水泥方面,选用中热或地热的水泥品种,配制混凝土配合比时尽量减少水泥的用量,宜控制在220kg/m3-300kg/m3,选用保水性好、泌水小、干缩小的水泥。不得使用过期或受潮结块的水泥,不得将不同品种或强度等级的水泥混合使用。
  ④坍落度方面,应控制在120±20mm。防水混凝土拌和物在运输到达现场后,必须进行二次搅拌,当坍落度损失不能满足施工要求时,直接退回。
  ⑤外加剂方面,地下室底板、顶板、墙板掺加改SY-T复合纤维增韧剂,掺量为混凝土胶凝材料的10%。抗压强度:7d≥20.0MPa、28d≥40.0MPa,纤维性能:抗拉强度≥270MPa,弹性模量≥3000MPa。
  6.跳仓法施工关键技术措施
  地下工程采取跳仓法施工,施工缝(分仓缝)的构造对地下工程的防水是十分重要的。混凝土浇灌前的施工缝止水钢板设置必须稳定可靠,不得随意变形和移位。
  墙体水平施工缝和分仓面垂直分仓缝处均设置止水钢板。墙体水平施工缝应留在高出底板不小于300mm的墙体上,在施工缝处继续浇筑混凝土时,已浇筑的混凝土抗压强度不应小于1.2N/mm2。同时,必须对施工缝进行如下的处理。
  6.1在已硬化的混凝土表面上继续浇筑混凝土前,应清除垃圾、水泥薄膜、表面上松动砂石和软弱混凝土层,同时还应加以凿毛,用水冲洗干净并充分湿润,一般不宜少于24h,残留在混凝土表面的积水应予清除。
  6.2注意施工缝位置附近回弯钢筋时,要做到钢筋周围的混凝土不受松动和损坏。钢筋上的油污、水泥砂漿及浮锈等杂物也应清除。
  6.3从施工缝处开始继续浇筑时,要避免直接靠近缝边下料。机械振捣前,宜向缝边逐渐推进,距80~100cm处停止振捣,但应加强对施工缝接缝的捣实工作,使其紧密结合。
  7.结语
  在设计大规模的地下建筑时,在对结构进行设计时,就需考虑混凝土的等级,以及严格控制結构的整体及相邻柱基的沉降差,使得跳仓法可以大体积混凝土施工过程使用,从而起到节约时间、有效减少和避免裂缝的发生,为工程的按时甚至提前完成夯实了基础,并获得了相应的经济及社会效益。
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