跳仓法在超长结构施工中的应用

发表时间:2021/8/5   来源:《建筑实践》2021年3月(下)9期   作者:  王冬
[导读] 随着工程技术的不断发展,跳仓法作为一种取代后浇带的施工工艺,越来越多地应用到工程实践中。

        王冬
        北京城建亚泰建设集团有限公司,北京 101100
        摘要:随着工程技术的不断发展,跳仓法作为一种取代后浇带的施工工艺,越来越多地应用到工程实践中。在混凝土结构设计中,设计单位一般采用设置后浇带的方法来解决超大混凝土结构因温度变化、混凝土收缩导致的混凝土开裂问题。但是后浇带的设置给施工造成了很多困难,并增加成本。而跳仓法施工则避免了后浇带施工存在的问题,同时能够有效解决超大混凝土结构收缩,温度裂缝等问题。
        关键词:后浇带;跳仓法;裂缝
        1 工程概况
        本工程车库为地下两层。地下车库长189.6m,宽170.4m,其结构属于超长钢筋混凝土结构,车库基础底板厚500mm,混凝土强度C35,抗渗等级为P8。车库垫层底标高为-11.127m(±0.00=515.2m)。主楼位于车库内,筏板厚度为600mm,混凝土强度C30,抗渗等级为P8。设计图纸中地下超长车库设置温度后浇带,共计11条,住宅与车库之间设置沉降后浇带,共计17条,后浇带宽度均1000mm;部分住宅范围设置温度后浇带。
        
        图1 原设计后浇带布置
        1.1设计文件中提出的后浇带施工要求为:
        (1)沉降后浇带:待结构主体出地面后,根据沉降观测记录,由设计单位确认后方可封闭。
        (2)收缩后浇带:待后浇带两侧混凝土龄期达到45d后封闭。
        (3)封闭后浇带混凝土采用比两侧混凝土强度等级高一级的补偿收缩混凝土
        (4)后浇带两侧梁、墙及板必须支撑好,直到后浇带封闭且混凝土达到设计强度方能拆除。
        (5)后浇带施工前,对后浇带止水带予以保护严禁落入杂物及破坏止水带。
        (6)后浇带浇筑混凝土前,应剔除浮浆、松动石子、松散混凝土层,将结合面处洒水湿润,但不得积水。
        (7)墙柱缝水泥砂浆接浆层厚度不得大于30mm,接浆层水泥砂浆应与混凝土浆液成分相同。
        (8)后浇带混凝土浇筑应选择较低时间进行,但不得低于5℃。
        (9)浇筑后养护时间不得小于28d。
        1.2后浇带施工的缺点
        (1)后浇带施工质量难以控制。后浇带留置时间长,造成钢筋锈蚀,钢筋表面被混凝土污染;底板处后浇带容易堆积杂物,不易彻底清理干净,凿毛、除锈等非常困难,施工后与原有结构的整体性差;外墙、外露车库顶板处后浇带混凝土、防水施工集中后补施工,造成此处防水薄弱,存在漏水隐患。
(2)后浇带影响工期。根据1.1设计文件对后浇带施工提出的要求,会导致肥槽及车库顶板无法及时回填,进而影响到主楼施工进度。因为根据先深后浅的原则,部分主楼必须在车库肥槽回填完成后方可施工;车库顶板后浇带的存在,还会影响预制构件的堆放,从而影响施工进度。
(3)后浇带导致措施费用增加。后浇带处的钢筋、接茬处混凝土均需要二次处理;顶板处后浇带的模板和支撑为独立体系,不得拆除,直到后浇带的混凝土浇筑完成且达到一定强度后;外墙后浇带需要预制板安装。 这些直接导致了工程费用的增加。
        2 跳仓法定义、原理及优点
        2.1跳仓法相关定义
        2.1.1跳仓法的定义:《大体积混凝土施工标准》(GB50496-2018) [1]中的定义:“在大体积混凝土混凝土工程施工中,将超长的混凝土块体分为若干小块体间隔施工,经过短期的应力释放,再将若干小块体连成整体,依靠混凝土抗拉强度抵抗下一段的温度收缩应力的施工方法。”
        2.1.2《超长大体积混凝土结构跳仓法技术规程》(DB11/T 1200-2015)[2]中的定义:
        “在大体积混凝土结构施工中,在早期温度收缩应力较大的阶段,将超长的混凝土块体分为若干小块体间隔施工,经过短期的应力释放,在后期收缩应力较小的阶段再将若干小块体连成整体,依靠混凝土抗拉强度抵抗下一阶段的温度收缩应力的施工方法。”
        2.1.3大体积混凝土:混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1m的大体量混凝土,或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土。
        2.1.4超长混凝土结构:超长混凝土结构是指单元长度超过《混凝土结构设计规范》所规定的混凝土伸缩缝最大间距的结构。
        2.2跳仓法原理
        根据结构长度与约束应力的非线性关系,即在较短范围内结构长度显著的影响约束应力,超过一定长度后约束应力随长度的变化趋于恒定,所以跳仓法采用先放后抗,采用较短的分段跳仓以“放”为主以适应施工阶段较高温差和较大收缩,其后再连成整体以“抗”为主,以适应长期作用的较低温差和较小收缩。跳仓间隔时间7~10天。跳仓法和后浇带的设计原则是一致的,都是“先放后抗”,只是后浇带改变成为了施工缝。后浇带法没有利用混凝土的抗拉强度,偏于安全。
        2.3 跳仓法优点
        (1)仓间施工缝清理简易,混凝土结合有保证。利用仓间混凝土的浇筑时间间隔短、施工缝处混凝土强度较低,后浇仓的钢筋尚未绑扎完成之前,垃圾杂物较少,易于边施工边清理,这就有利于仓体间混凝土的结合。
        (2)可将本工程原设计后浇带分割成的“大块”重新细分为较小的跳仓法“小块”,而“小块”“停滞”一定时间可释放本身的大部分早期温升收缩变形、减少约束,即先“放”;经过一定时间后,再合拢连成整体,剩余的降温及收缩作用将由混凝土的抗拉强度来抵抗,即后“抗”,做到“抗放兼施,先放后抗”,最后“以抗为主”的原则控制裂缝。
        (3)跳仓法施工方法是以“缝”代“带”,其关键是“跳仓”间隔浇筑。底板、楼板及侧墙钢筋、模板、混凝土均可“小块”分仓流水施工,从而可缩短工期。
        3 跳仓法在本工程应用
        本工程地下结构工程量较大,按施工组织总设计的总体部署,确定将整个工程划分为三个施工区域,采用跳仓施工。建设单位委托勘察设计有限公司对本项目地下车库与相邻楼座沉降进行计算分析,经计算,满足《超长大体积混凝土结构跳仓法技术规程》沉降限定值要求,故取消沉降和温度后浇带。相邻两仓混凝土施工间隔不少于7天;一区分为6个仓区,二区分为8个仓区,三区分为5个仓区,共计19个仓区。具体施工分区位置见下图。
        
        图2 分仓图
        3.1跳仓法从基础垫层防水保护层完成后,进行放线。跳仓施工步骤如下:
        (1)按跳仓施工法的分仓图放出分仓线,并标明仓段号。
        (2)按跳仓法施工顺序图先组织①钢筋绑扎、后浇带止水钢板埋设、仓块间止水钢板埋设,后组织②施工,并按跳仓方案图示要求,在仓段间支好分仓线的模板。
        (3)组织验收钢筋和模板。
        (4)按跳仓顺序图组织浇筑混凝土。
        (5)养护七天后,进行相临仓段的施工。
        (6)施工中按间隔七天的原则,根据现场施工情况,灵活安排不同仓段的施工时间。因为仓段较多,可以分三个区域进行施工,各施工区域内分仓大小、数量及跳仓顺序根据现场实际进度做调整,但要保证相邻的两个分仓混凝土浇筑时间至少间隔7天
        (7)墙体和顶板的分仓同底板。
        3.2裂缝控制
        众多工程实践表明,许多裂缝现象无法用荷载原因进行解释而是变形作用引起的裂缝,这种变形作用包括温度(水化热、气温、生产热、太阳辐射等)、湿度(自生收缩、失水十缩、碳化收缩、塑性收缩等)、外力变形(地基差异沉降隆起、结构荷载不均匀、水平荷载位移等),而且这种因素是混凝土裂缝产生的主导原因。从“放”、“防”两方面控制混凝土裂缝的设计理念出发,本工程制定了相的控制措施。
        (1)以“放”的理念控制混凝土裂缝的具体措施
        ①设置施工缝。基础底板、外墙及顶板按照不大于40m×40m进行分仓,待相邻仓位混凝土均达到7d后进行浇筑,来削弱对于混凝土水化热引起来的温度变化造成的裂缝风险,确保不因自身原因产生裂缝。
        ②选用普通硅酸盐水泥,在达到强度的条件下尽量减少用量,采用粉煤灰来代替,降低水化反应速度,延缓水化热的释放。评定采用60d强度,从原材角度减少裂缝。
        ③底板及顶板混凝土初凝后多次压光抹平,消除混凝土的塑性阶段由大数量级的塑性收缩而产生的原始缺陷;收面后及时洒水并覆盖塑料布养护,保证混凝土表面湿润,让混凝土缓慢降温、缓慢干燥,从而利用混凝土的松弛性能,减小叠加应力。
        ④墙体混凝土浇筑时采用分层浇筑法,分层厚度控制在400-500mm,选用50振捣棒,振捣间距控制在400mm内,加强两层间振捣,保证混凝土自身质量,减少冷缝、漏震等缺陷。
        (2)以“防”的理念控制混凝土裂缝的具体措施
        ①两仓间钢筋采用100%搭接。施工缝处钢筋在未浇筑一仓处进行搭接,防止混凝土收缩时,钢筋对底板起到约束作用,从而引起不均匀裂缝。
        ②在扶壁柱处沿竖向原有水平分布钢筋间距之间增加直径为8mm、长度为柱每边伸800mm的附加钢筋。
        ③采取保湿保温措施,减少因缺水及温度力产生的裂缝。在超长结构浇筑施工完毕后,对底板及顶板采取洒水养护措施。加强墙体养护措施,在墙顶部设置喷头喷水,始终保持湿润,养护不小于14d,水温尽量接近室温,以防导致温差裂缝。
        ④高温天气浇筑时采取措施:
        a.采取冰水搅拌混凝土,控制出机温度和浇筑温度,减少混凝土总温升,减少混凝土内外温差;
        b.混凝土浇筑时,如出现泌水及时采用自吸泵等及时清除;
        c.混凝土振捣时采用二次振捣二次收面技术。
        ④及时回填。待地下结构施工完成时,及时进行回填,防止地下混凝土结构长期暴露在外
        3.3加强措施
        (1)现场底板在混凝土浇筑完成12h开始洒水养护,炎热天气或大风天气浇筑完成后覆盖塑料布,防止水分过快流失产生裂缝,养护水温度与混凝土温度差不大于20℃。
        (2)夏季及及秋季墙体混凝土全部浇筑完成24h后,方可进行模板拆除,当模板周转需求不大时可待72h后拆模。拆模后墙体采用洒水养护,保证表面湿润。
        (3)顶板支模时预先起拱2‰,混凝土浇注完成后覆盖塑料布防止水分蒸发,初凝前进行二次收面,然后洒水继续覆盖养护。顶板支撑体系拆除必须达到14d,并同条件试块抗压强度达到100%后,提交拆模申请拆除模板及支撑体系。
        (4)顶板及底板在初凝前进行二次收面,及时洒水覆盖塑料布养护为14天。项目部参考设计单位的后浇带的中线做为跳仓法施工缝的位置,严控施工缝的防水质量及过程控制。施工缝处采用φ10以上钢筋做骨架,绑扎钢丝网的做法,中间加用钢板止水带3mm厚30cm宽热轧钢板,两端弯起。
        (5)每仓位混凝土平面中心位置上、中、下设置3个测温孔,上下测点均位于混凝土表面10厘米处,入模温度每台班不少于2次,混凝土浇筑完成后,每昼夜不少于4次。测温孔布置见下图:
       
        图3 测温孔布置
        3.4底板施工缝处理
        3.4.1为了保证施工缝的质量,防渗、防裂,地下室底板、墙体及顶板的施工缝全部采用止水钢板加钢丝网的措施进行增强处理。
        3.4.2施工缝处采用双层钢板网封堵混凝土,在混凝土浇筑前,在施工缝位置安装止水钢板,并采用钢筋支座固定牢固 。如下图:
       

        图4 底板施工缝处理
        3.4.3混凝土浇筑完成以后,施工缝处清理干净,剔除多余的水泥浆,然后浇水湿润,不用拆除钢丝网可直接浇筑混凝凝土。
        3.4.4基础底板导墙高500mm,施工缝处采用3mm厚止水钢板,外部附加500mm宽SBS防水附加层,做法如图:
       

        图5 基础导墙做法
        3.4.5相邻施工缝浇筑时间
        施工缝(相邻仓段)之间的间隔时间为7d,在外墙施工中,基础底板各流水段混凝土浇筑完成后,及时插入墙体施工,使相邻流水段的混凝土浇筑时间间隔7天。
        3.5相邻墙体施工缝处理
        3.5.1根据流水段划分情况,在每段之间均有施工缝,在这条施工缝处设置一条竖向止水钢板,如下图:
        
     
       
        图7 地下室外墙防水做法
        3.5.2先浇筑的墙体模板拆除后,将模板、漏浆清理干净,对接缝处混凝土浇水湿润,清除外露、流淌的浮浆,再支设后浇筑墙体的模板时。为避免新旧墙体混凝土错台,新支设模板伸过施工缝30cm,并用原止水螺栓将模板紧贴于旧混凝土面。
       
        图8 相邻段浇筑时处理措施(开口方向为迎水面)
        3.6变形监测
        为积累数据,摸清混凝土变形规律,在混凝土浇筑完成后,对混凝土构件进行变形监测,绘制成变形曲线。本试验采用精度1mm的60m测距仪。
        选定三段底板及顶板混凝土终凝且强度达到1.2MPa后,根据两个轴线方向选定最长无障碍通视测量轴、弹线,确定起测点及端点。制作两块白板,分别将两块白板放置在测区两侧十字线处,将测距仪贴地面顶住一块白板,激光与线平直,读取测值。每天早上八点、上午十一点、下午两点、下午五点及晚上八点五个时间进行监测,汇总七天变形情况,尽量保证每天同一时段选定外界温度相同的时刻。
        针对五个时间点分别变形分析,绘制各个时间段变形曲线,分析四个温度下混凝土变形情况。
        综合所有监测进行分析,绘制底板变形曲线,分析整体变形趋势,统计7d时最终变形情况。
        4 结语
        本工程采用跳仓法施工,取消施工后浇带,不用进行后浇带的钢筋除锈、凿毛与清理,降低了施工难度,提高了结构的整体性能,降低了结构的渗漏风险;不用进行后浇带处理,不用再设置后浇带处的独立支撑,降低了措施费;可以提前进行肥槽及主楼施工,有利于预制构件的堆放及后期工序的穿插,节省工期;取得了预期的效果。
        参考文献:
        [1] 《大体积混凝土施工标准》(GB50496-2018), 2018.04.25,2-19页
        [2] 《超长大体积混凝土结构跳仓法技术规程》 (DBllTl200—2015),2015.04.30,1-22页
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