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【摘 要】砼结构“跳仓法”施工技术,不仅可以取消永久变形缝,加快进度,节约成本,便于施工,而且实现了砼有害裂缝控制,减少了后期渗漏隐患。本文结合厦门某项目实践,浅谈“跳仓法”在工程中的具体应用,进一步探讨“跳仓法”技术特点、工艺原理、施工流程及操作要点。
【关键词】地下室;跳仓法;混凝土;分仓;养护
1.概述
1.1项目概况
该项目位于厦门海沧。地下一层,地上裙楼三层,塔楼18层。本工程耐火等级为一级,属一类高层建筑,抗震设防烈度7.5度,地下室建筑面积12480.61m2,本工程地下室底板为158.05m×87.45m,底板、侧墙、顶板长度远超《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)的有关规定,属于大体积超长混凝土。原设计,地下室底板(含承台)、侧墙、顶板采用补偿收缩砼,均应添加复合型纤维抗裂剂8%-10%。经研究,我们取消了复合型纤维抗裂剂改为“跳仓法”施工,按“普通混凝土好好打”的原则[1],实现了预期目标。
1.2“跳仓法”原理及优点
“跳仓法”是根据预应力钢筋混凝土抗裂原理,在混凝土中掺入一定量的掺合物材料,通过与水泥的水化反应,在混凝土中建立0.2-1.0MPa的预应力场,抵消或减少因混凝土干缩和温度变形引起的拉应力,使超长钢筋混凝土结构一次浇筑完成,不产生贯穿和宏观有害裂缝。
“跳仓法”施工原理是运用“抗放兼施,先放后抗”的原则进行施工。通过合理设置跳仓间距,在跳仓施工阶段,释放混凝土早期应力,即所谓“先放”。在封仓阶段,混凝土的抗拉强度已经有所增长,充分利用混凝土的约束减小应变,即所谓“后抗”,并通过封仓后及时做防水层、回填土等措施,避免混凝土结构长期暴露在空气中,使结构承受收缩和温差作用减到最小,进而达到控制混凝土裂缝的目的。
采用“跳仓法”施工,避免后浇带作业,减少了后浇带混凝土界面剔凿、垃圾清理、后浇带支撑等大量工序,进而减少基础底板、顶板及外墙防水施工控制渗漏的隐患,同时可以提前进行地下室防水和土方回填施工,有利于结构抵抗温差裂缝。
1.3“跳仓法”施工工艺简介
“跳仓法”工艺充分利用混凝土本身的抗拉、抗压、徐变、收缩等自身特性,将大面积混凝土地下室分为多个仓位,仓与仓之间封闭时间为7~10天。先行施工的仓位混凝土在7~10天时间内释放了较多的温度热应力,7~10天天混凝土强度可以达到28天强度的70%左右,此时封闭仓位,利用混凝土本身的强度来抵抗温度应力,这样取消了伸缩缝和后浇带,又解决了超长、超宽大体积混凝土抗裂、防渗问题,施工质量有保证。“跳仓法”工艺施工灵活,将于大面积地下室分为多个仓位,可以灵活选取先行施工的仓位,可以确保节点工期。
在质量和工期的综合考虑下,该工程采用“跳仓法”施工技术,结合我国对“跳仓法”工艺有深入研究的著名专家王铁梦教授文献指导对本工程进行设计与施工,该工程将地下室分为12个仓位。
2.“跳仓法”施工设计
2.1“跳仓法”仓位划分
本工程地下室底板尺寸为189.232m×236.700m,本工程底板、侧墙、顶板属于超长混凝土,底板(含承台)属于超长大体积混凝土。本工程底板、外墙采用“跳仓法”施工。封仓最短时间间隔时间控制在7~10天,外墙分仓水平长度控制在40米以内划分10仓块。地下室底板划分为12个仓块。
“跳仓法”的原则为“隔一跳一”,即至少隔一仓块跳仓或封仓施工,分仓缝适当错开。最大块尺寸不宜大于40m,个别仓块最大尺寸可调整到50m。跳仓间隔施工的时间不宜小于7天,封仓间隔施工时间宜为7-10天。
地下室底板设置纵横向共5条分仓缝,平面划分为12个区域,即底板以分仓缝为界划分为12个施工仓位。本工程底板按12个仓位流水施工(见《“跳仓法”平面布置图》)。
2.2混凝土配合比设计
2.2.1混凝土配合比设计指标
(1)本工程采用“跳仓法”施工,C40-P6配合比设计采用混凝土60天强度作为混凝土配合比强度设计指标。
(2)所配制的混凝土拌合物,到浇筑工作面的塌落度为120±20mm。
(3)粉煤灰与矿粉等掺合量的总量不大于混凝土中胶凝材料用量的40%,具体掺量为粉煤灰90-120KG/m3,矿粉约为胶结材料总量的10%,矿粉和粉煤灰优势互补。
(4)水胶比0.4~0.48;每立方砼用水量不超过160KG。
(5)砂率为38%~42%。
(6)混凝土初凝时间6~8h、终凝时间10~12h。
(7)混凝土的入模≤32℃。如温度过高时,在砂石计量后,加入冰屑(刨成雪花状→计量→加入已计量的砂石)以降低混凝土拌合物的温度。[2]
2.2.2原材料要求
(1)水泥采用低水化热水泥,如需采用普通硅酸盐水泥,应选用水化热较低品种。7天的水化热不超过270KJ/KG,3天的水化热不超过240KJ/KG;水泥用量约为185-215KG/m3。水泥的比表面积为300-350m2/kg,尽可能选用水泥比表面积小的水泥。所用水泥在搅拌站的入机温度不宜大于60℃。
(2)外加剂:聚羧酸高性能缓凝减水剂,外加剂掺量占胶凝材料的比重0.8-1%,要求减水剂的减水率要≥25%。混凝土中除掺入减水剂外,不得再掺入防水剂等任何外加剂。
(3)粉煤灰:Ⅱ级。
(4)砂采用中粗河砂,模数为2.5-3.0,含泥量≤1.5%,泥块含量≤0.5%。
(5)碎石采用选取粒径大、强高、级配好花岗岩石子,5-31.5mm连续级配,含泥量≤0.8%,泥块含量≤0.5%。
(6)拌合水的质量应符合国家现行标准《混凝土用水标准》的有关规定。 (7)为控制混凝土的入模温度,使其浇筑温度不超过32℃(指混凝土入模振捣后,在50毫米-100毫米深处的温度),要求混凝土搅拌站采用低温水拌制混凝土,骨料放置在遮阳避雨篷中,避免阳光直晒,以降低原材料的入机温度,混凝土在搅拌站的出机温度控制在28℃以下。
3.“跳仓法”施工
3.1“跳仓法”施工顺序
3.2大体积混凝土保温与养护
底板(含承台)混凝土通过计算覆盖厚度,采取覆盖塑料薄膜、土工布(土工布规格为300g/m2)保温保湿混凝土内外温差宜不超过25℃,因此对底板、地梁和承台采用不同厚度保温材料覆盖,已达到节约材料的目的。
为确保大体积承台的施工质量,预防天气变化对混凝土内外温差的影响,因此对承台采取覆盖法保温保湿的同时,采用电感式数显温度计对混凝土内外温度监测,发现异常及时采取措施。
4.“跳仓法”混凝土施工要求
4.1砼的泵送程序
砼在泵送以前,应先泵水,然后泵送水泥浆或水泥砂浆,使管壁处于充分滑润状态。
砼泵送按初始泵送、正常泵送、短时间停泵、长时间停泵的操作规程作业。
4.2“跳仓法”施工顺序和混凝土结构施工顺序
施工时严格按照跳仓的施工顺序表进行混凝土浇筑施工。
混凝土结构施工顺序:底板→柱、墙→顶板。
4.3混凝土分仓缝构造
跳仓接缝处应按分仓缝的要求设置和处理。在地下室底板、侧墙、顶板等部位分仓缝处沿构件的厚度方向中间位置预埋止水钢板,与止水钢板垂直方向焊接Φ12@200×200的钢筋网片并绑扎20目的钢丝网(靠先浇筑混凝土的底板侧)与底板的上下层受力钢筋焊接在一起(图2)留置分仓缝。底板周边剪力墙反口、平楼层面位置水平分仓缝,应凿除分仓缝处的浮浆、不密实部位的混凝土,其余部位进行凿毛处理。
4.4分仓缝在封仓前,应对分仓缝处的钢丝网、杂物、混凝土浮浆、松散混凝土块、止水钢板上的混凝土应清除干净,并进行清洗湿润
若在分仓缝周围(已浇筑完的钢丝网内侧的混凝土)存在孔洞、松散等不密实的混凝土部位,应将钢丝网和混凝土一起凿除,直至密实为止,然后清洗干净,浇水湿润,以保证混凝土接缝处的施工质量。
底板止水钢板安装时,凹面应居中朝向迎水面。
5.混凝土养护
养护是混凝土“跳仓法”施工的关键环节。在养护过程中保持良好温度和防风条件,使混凝土在适宜的温度和湿度环境下养护,其主要目的是通过减少混凝土表面的热扩散,减少砼表面干缩,从而降低混凝土浇筑体的自约束应力,利用混凝土的抗拉强度,提高混凝土承受外约束应力时的抗裂能力,达到防止或控制砼裂缝的目的。
5.1底板、顶板混凝土养护
底板混凝土二次抹压压光后,及时进行保温保湿覆盖。夏季高温天气,混凝土养护应以保湿为主的养护模式;冬季低温天气,混凝土养护应以保温为主的养护模式。夏季高温天气时,混凝土表面进行二次抹压后,直接覆盖一层土工布(300g/m2,厚度按计算铺设),然后再进行连续喷雾养护;冬季低温天气时,混凝土表面进行二次抹压后,先覆盖一层塑料薄膜,然后覆盖土工布(厚度按计算铺设)。[3]
5.2外墙混凝土养护
墙模在砼浇捣后1~2天松模(仅放松模板的紧固螺栓)利于养护水渗进砼侧表面,3~5天可拆模,同时覆盖土工布、塑料薄膜采用浇水、滴水养护14天。确保砼表面不失水。
5.3承台区域应及时跟进养护
根据进度情况,可改用15cm厚砂层保湿养护的方式。
5.4混凝土养护管理
(1)混凝土浇筑后及时进行保温保湿养护,养护时间不少于14天,并应经常检查塑料薄膜和土工布的完整情况,保持混凝土表面湿润。
(2)在保温养护中,应对混凝土浇筑体的里表温差和降温速率进行现场监测,当实测结果不满足温控指标要求时,应及时调整保温养护方案。
(3)当保温保湿覆盖后,现场如需要放样时,可把保温层掀开,放样完后应及时进行覆盖。
(4)大体积混凝土养护期结束后,地下结构(含地下室顶板)应及时回填土,不宜长期暴露在自然环境中。地下室顶板可覆盖15cm厚的砂层进行养护。
6.结语
(1)地下室结构防渗漏欲治本势必要防治砼结构裂缝的出现及其发展,“跳仓法”设计的预控措施在结构裂缝控制中可以起到重要作用。
根据地基、结构、施工等条件,选择采用 “跳仓法”施工技术,并依据“抗”,“放”结合的原则,可以有效地减小或抵消混凝土结构的收缩应力及温度应力,对超长地下结构的裂缝控制效果显著。
(2)众所周知,永久变形缝的使用寿命约5~10年,维修成本高,维修质量往往达不到不渗不漏的基本要求。后浇带需在主体结构砼浇筑45~60天后方可补浇砼闭合结构,因此极易污染,极难清理,常常发生渗漏。
采用“跳仓法”施工技术,地下室不必按规范每间隔30m设置一道永久变形缝,也取消了若干条后浇带,使结构早日闭合,消除了渗漏隐患。
(3)本工程由于采用“跳仓法”施工,工期提前了约130天;节约成本(不使用补偿收缩砼,不掺纤维抗裂剂等项积累)约156万。
【参考文献】
[1]王铁梦.工程结构裂缝控制-“抗与放”的设计原则及其在“跳仓法”施工中的应用[M].北京:中国建筑工业出版社,2007.
[2]林沛华,许少杰,葛毓东.某工程地下室底板大体积混凝土跳仓法施工技术[J].施工技术,2009,38(4).
[3]中国冶金建筑协会.GB50496-2009大体积混凝土施工规范[S].北京:中国计划出版社,2009.
【关键词】地下室;跳仓法;混凝土;分仓;养护
1.概述
1.1项目概况
该项目位于厦门海沧。地下一层,地上裙楼三层,塔楼18层。本工程耐火等级为一级,属一类高层建筑,抗震设防烈度7.5度,地下室建筑面积12480.61m2,本工程地下室底板为158.05m×87.45m,底板、侧墙、顶板长度远超《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)的有关规定,属于大体积超长混凝土。原设计,地下室底板(含承台)、侧墙、顶板采用补偿收缩砼,均应添加复合型纤维抗裂剂8%-10%。经研究,我们取消了复合型纤维抗裂剂改为“跳仓法”施工,按“普通混凝土好好打”的原则[1],实现了预期目标。
1.2“跳仓法”原理及优点
“跳仓法”是根据预应力钢筋混凝土抗裂原理,在混凝土中掺入一定量的掺合物材料,通过与水泥的水化反应,在混凝土中建立0.2-1.0MPa的预应力场,抵消或减少因混凝土干缩和温度变形引起的拉应力,使超长钢筋混凝土结构一次浇筑完成,不产生贯穿和宏观有害裂缝。
“跳仓法”施工原理是运用“抗放兼施,先放后抗”的原则进行施工。通过合理设置跳仓间距,在跳仓施工阶段,释放混凝土早期应力,即所谓“先放”。在封仓阶段,混凝土的抗拉强度已经有所增长,充分利用混凝土的约束减小应变,即所谓“后抗”,并通过封仓后及时做防水层、回填土等措施,避免混凝土结构长期暴露在空气中,使结构承受收缩和温差作用减到最小,进而达到控制混凝土裂缝的目的。
采用“跳仓法”施工,避免后浇带作业,减少了后浇带混凝土界面剔凿、垃圾清理、后浇带支撑等大量工序,进而减少基础底板、顶板及外墙防水施工控制渗漏的隐患,同时可以提前进行地下室防水和土方回填施工,有利于结构抵抗温差裂缝。
1.3“跳仓法”施工工艺简介
“跳仓法”工艺充分利用混凝土本身的抗拉、抗压、徐变、收缩等自身特性,将大面积混凝土地下室分为多个仓位,仓与仓之间封闭时间为7~10天。先行施工的仓位混凝土在7~10天时间内释放了较多的温度热应力,7~10天天混凝土强度可以达到28天强度的70%左右,此时封闭仓位,利用混凝土本身的强度来抵抗温度应力,这样取消了伸缩缝和后浇带,又解决了超长、超宽大体积混凝土抗裂、防渗问题,施工质量有保证。“跳仓法”工艺施工灵活,将于大面积地下室分为多个仓位,可以灵活选取先行施工的仓位,可以确保节点工期。
在质量和工期的综合考虑下,该工程采用“跳仓法”施工技术,结合我国对“跳仓法”工艺有深入研究的著名专家王铁梦教授文献指导对本工程进行设计与施工,该工程将地下室分为12个仓位。
2.“跳仓法”施工设计
2.1“跳仓法”仓位划分
本工程地下室底板尺寸为189.232m×236.700m,本工程底板、侧墙、顶板属于超长混凝土,底板(含承台)属于超长大体积混凝土。本工程底板、外墙采用“跳仓法”施工。封仓最短时间间隔时间控制在7~10天,外墙分仓水平长度控制在40米以内划分10仓块。地下室底板划分为12个仓块。
“跳仓法”的原则为“隔一跳一”,即至少隔一仓块跳仓或封仓施工,分仓缝适当错开。最大块尺寸不宜大于40m,个别仓块最大尺寸可调整到50m。跳仓间隔施工的时间不宜小于7天,封仓间隔施工时间宜为7-10天。
地下室底板设置纵横向共5条分仓缝,平面划分为12个区域,即底板以分仓缝为界划分为12个施工仓位。本工程底板按12个仓位流水施工(见《“跳仓法”平面布置图》)。
2.2混凝土配合比设计
2.2.1混凝土配合比设计指标
(1)本工程采用“跳仓法”施工,C40-P6配合比设计采用混凝土60天强度作为混凝土配合比强度设计指标。
(2)所配制的混凝土拌合物,到浇筑工作面的塌落度为120±20mm。
(3)粉煤灰与矿粉等掺合量的总量不大于混凝土中胶凝材料用量的40%,具体掺量为粉煤灰90-120KG/m3,矿粉约为胶结材料总量的10%,矿粉和粉煤灰优势互补。
(4)水胶比0.4~0.48;每立方砼用水量不超过160KG。
(5)砂率为38%~42%。
(6)混凝土初凝时间6~8h、终凝时间10~12h。
(7)混凝土的入模≤32℃。如温度过高时,在砂石计量后,加入冰屑(刨成雪花状→计量→加入已计量的砂石)以降低混凝土拌合物的温度。[2]
2.2.2原材料要求
(1)水泥采用低水化热水泥,如需采用普通硅酸盐水泥,应选用水化热较低品种。7天的水化热不超过270KJ/KG,3天的水化热不超过240KJ/KG;水泥用量约为185-215KG/m3。水泥的比表面积为300-350m2/kg,尽可能选用水泥比表面积小的水泥。所用水泥在搅拌站的入机温度不宜大于60℃。
(2)外加剂:聚羧酸高性能缓凝减水剂,外加剂掺量占胶凝材料的比重0.8-1%,要求减水剂的减水率要≥25%。混凝土中除掺入减水剂外,不得再掺入防水剂等任何外加剂。
(3)粉煤灰:Ⅱ级。
(4)砂采用中粗河砂,模数为2.5-3.0,含泥量≤1.5%,泥块含量≤0.5%。
(5)碎石采用选取粒径大、强高、级配好花岗岩石子,5-31.5mm连续级配,含泥量≤0.8%,泥块含量≤0.5%。
(6)拌合水的质量应符合国家现行标准《混凝土用水标准》的有关规定。 (7)为控制混凝土的入模温度,使其浇筑温度不超过32℃(指混凝土入模振捣后,在50毫米-100毫米深处的温度),要求混凝土搅拌站采用低温水拌制混凝土,骨料放置在遮阳避雨篷中,避免阳光直晒,以降低原材料的入机温度,混凝土在搅拌站的出机温度控制在28℃以下。
3.“跳仓法”施工
3.1“跳仓法”施工顺序
3.2大体积混凝土保温与养护
底板(含承台)混凝土通过计算覆盖厚度,采取覆盖塑料薄膜、土工布(土工布规格为300g/m2)保温保湿混凝土内外温差宜不超过25℃,因此对底板、地梁和承台采用不同厚度保温材料覆盖,已达到节约材料的目的。
为确保大体积承台的施工质量,预防天气变化对混凝土内外温差的影响,因此对承台采取覆盖法保温保湿的同时,采用电感式数显温度计对混凝土内外温度监测,发现异常及时采取措施。
4.“跳仓法”混凝土施工要求
4.1砼的泵送程序
砼在泵送以前,应先泵水,然后泵送水泥浆或水泥砂浆,使管壁处于充分滑润状态。
砼泵送按初始泵送、正常泵送、短时间停泵、长时间停泵的操作规程作业。
4.2“跳仓法”施工顺序和混凝土结构施工顺序
施工时严格按照跳仓的施工顺序表进行混凝土浇筑施工。
混凝土结构施工顺序:底板→柱、墙→顶板。
4.3混凝土分仓缝构造
跳仓接缝处应按分仓缝的要求设置和处理。在地下室底板、侧墙、顶板等部位分仓缝处沿构件的厚度方向中间位置预埋止水钢板,与止水钢板垂直方向焊接Φ12@200×200的钢筋网片并绑扎20目的钢丝网(靠先浇筑混凝土的底板侧)与底板的上下层受力钢筋焊接在一起(图2)留置分仓缝。底板周边剪力墙反口、平楼层面位置水平分仓缝,应凿除分仓缝处的浮浆、不密实部位的混凝土,其余部位进行凿毛处理。
4.4分仓缝在封仓前,应对分仓缝处的钢丝网、杂物、混凝土浮浆、松散混凝土块、止水钢板上的混凝土应清除干净,并进行清洗湿润
若在分仓缝周围(已浇筑完的钢丝网内侧的混凝土)存在孔洞、松散等不密实的混凝土部位,应将钢丝网和混凝土一起凿除,直至密实为止,然后清洗干净,浇水湿润,以保证混凝土接缝处的施工质量。
底板止水钢板安装时,凹面应居中朝向迎水面。
5.混凝土养护
养护是混凝土“跳仓法”施工的关键环节。在养护过程中保持良好温度和防风条件,使混凝土在适宜的温度和湿度环境下养护,其主要目的是通过减少混凝土表面的热扩散,减少砼表面干缩,从而降低混凝土浇筑体的自约束应力,利用混凝土的抗拉强度,提高混凝土承受外约束应力时的抗裂能力,达到防止或控制砼裂缝的目的。
5.1底板、顶板混凝土养护
底板混凝土二次抹压压光后,及时进行保温保湿覆盖。夏季高温天气,混凝土养护应以保湿为主的养护模式;冬季低温天气,混凝土养护应以保温为主的养护模式。夏季高温天气时,混凝土表面进行二次抹压后,直接覆盖一层土工布(300g/m2,厚度按计算铺设),然后再进行连续喷雾养护;冬季低温天气时,混凝土表面进行二次抹压后,先覆盖一层塑料薄膜,然后覆盖土工布(厚度按计算铺设)。[3]
5.2外墙混凝土养护
墙模在砼浇捣后1~2天松模(仅放松模板的紧固螺栓)利于养护水渗进砼侧表面,3~5天可拆模,同时覆盖土工布、塑料薄膜采用浇水、滴水养护14天。确保砼表面不失水。
5.3承台区域应及时跟进养护
根据进度情况,可改用15cm厚砂层保湿养护的方式。
5.4混凝土养护管理
(1)混凝土浇筑后及时进行保温保湿养护,养护时间不少于14天,并应经常检查塑料薄膜和土工布的完整情况,保持混凝土表面湿润。
(2)在保温养护中,应对混凝土浇筑体的里表温差和降温速率进行现场监测,当实测结果不满足温控指标要求时,应及时调整保温养护方案。
(3)当保温保湿覆盖后,现场如需要放样时,可把保温层掀开,放样完后应及时进行覆盖。
(4)大体积混凝土养护期结束后,地下结构(含地下室顶板)应及时回填土,不宜长期暴露在自然环境中。地下室顶板可覆盖15cm厚的砂层进行养护。
6.结语
(1)地下室结构防渗漏欲治本势必要防治砼结构裂缝的出现及其发展,“跳仓法”设计的预控措施在结构裂缝控制中可以起到重要作用。
根据地基、结构、施工等条件,选择采用 “跳仓法”施工技术,并依据“抗”,“放”结合的原则,可以有效地减小或抵消混凝土结构的收缩应力及温度应力,对超长地下结构的裂缝控制效果显著。
(2)众所周知,永久变形缝的使用寿命约5~10年,维修成本高,维修质量往往达不到不渗不漏的基本要求。后浇带需在主体结构砼浇筑45~60天后方可补浇砼闭合结构,因此极易污染,极难清理,常常发生渗漏。
采用“跳仓法”施工技术,地下室不必按规范每间隔30m设置一道永久变形缝,也取消了若干条后浇带,使结构早日闭合,消除了渗漏隐患。
(3)本工程由于采用“跳仓法”施工,工期提前了约130天;节约成本(不使用补偿收缩砼,不掺纤维抗裂剂等项积累)约156万。
【参考文献】
[1]王铁梦.工程结构裂缝控制-“抗与放”的设计原则及其在“跳仓法”施工中的应用[M].北京:中国建筑工业出版社,2007.
[2]林沛华,许少杰,葛毓东.某工程地下室底板大体积混凝土跳仓法施工技术[J].施工技术,2009,38(4).
[3]中国冶金建筑协会.GB50496-2009大体积混凝土施工规范[S].北京:中国计划出版社,2009.