超长钢筋砼结构无缝施工技术【摘要】介绍了无锡会展中心一期超长钢筋砼结构无缝施工的设计和施工技术【关键词】超长超宽钢筋砼结构后浇带加强带设计施工1．前言：无锡市会展中心一期工程，由地下车库、设备用房及地上一、二层展厅组成。
本工程长308米，宽105米，地下室深10.7米,上部层高12米,梁跨度最大18米、最高2米。
地下室底板、外墙混凝土强度等级为c35，顶板为c40，抗渗等级为s6，±0.000设置了后张预应力温度筋，原设计南北方向设置了两条后浇带，东西方向设置了七条后浇带，将整个结构分成了24块，后浇带总长度达到5000多米，本工程跨度大，梁柱截面大，配筋密，后浇带的施工成本很大，后浇带处的施工质量控制难度很大，后期清理更是困难；本工程中标工期为210天，后浇带封闭前此跨模板不能拆除，将要严重影响后续工序的施工连续性，对工程工期造成较大的影响。
经过与业主、设计、监理方面的协商，决定采用无缝施工技术。
无缝设计思路是”抗放兼施，以抗为主”。
即用掺膨胀剂的补偿收缩混凝土作为结构材料，其在水化硬化过程中产生膨胀作用，该膨胀由于受到钢筋和邻位的约束，能在结构中建立一定的预压应力σc，由此来抵抗收缩变形时产生的拉应力，防止混凝土开裂。
2. 钢筋混凝土抗裂计算分析2.1 补偿收缩混凝土结构自防水计算分析根据我国著名的水泥混凝土专家，中国工程院院士吴中伟教授关于膨胀混凝土的基本理论和观点，防止混凝土开裂，有如下判据：│ε2- st–εy (t)│≤sk式中ε2——混凝土的限制膨胀率；st ——混凝土的冷缩率；εy (t) ——混凝土在任意时间的收缩率；sk ——混凝土的极限延伸率。
根据试验底板混凝土中膨胀剂的掺量为8%时，砼限制膨胀率变化曲线90天后趋于稳定，砼水中90天限制膨胀率为ε2=3.5×10-4；故可以认为掺8%的膨胀剂后，标养状态下砼的永久限制膨胀率为ε2=3.5×10-4；剪力墙和顶板混凝土混凝土掺量为10%，根据实验室实验结果，补偿收缩混凝土限制膨胀率稳定在ε3=3.8×10-4。
2.1.1混凝土综合温差的计算t=t0+t1+t2t0—施工时天气平均温差；t1—由水泥水化热引起的温差；t2—混凝土收缩当量温差；t0的计算：取当地施工时的温度变化在5～15℃之间，故：施工时天气平均温差：t0=（15～5）/2=5.0 ℃由水泥水化热引起的温差t1的计算本工程混凝土标号为c35，混凝土配比中，胶凝材料为405kg/m3，则po42.5水泥345kg/m3，粉煤灰60 kg/m3，膨胀剂的掺量底板为8%，即掺32kg/m3，顶板和剪力墙sy-g掺量为10%，即掺40㎏/m3,则由水泥水化热引起的混凝土绝热最高温升按下式计算：tmax=(w1q1+w2q2+w3q3)/(rhc) （1）式中：tmax—绝热温升（℃）；w1─单位水泥用量kg/m3；w2─单位sy-g膨胀剂用量kg/m3；w3─单位粉煤灰用量kg/m3；q1─水泥水化热，p.o 42.5水泥取350kj/kg；q2─sy-g膨胀剂水化热，取246kj/kg；q3─粉煤灰水化热，取150kj/kg；rh─混凝土的容重，实际是2400 kg/m3；c ─混凝土的比热，取0.96kj/kg℃。
tmax=(345×350+60×246+32×150)/(2400×0.96)=61℃tmax=(345×350+60×246+40×150)/(2400×0.96)=61.4℃两者升温基本接近，忽略钢筋混凝土底板沿长度和宽度方面的散热，只考虑沿上下表面一维散热，散热影响系数约为0.60，则由水泥水化热引起的温升值：t1=61×0.60 =36.5℃混凝土收缩当量温差t2的计算混凝土随着多余水分的蒸发必将引起体积的收缩，混凝土15天最大收缩值εy (t)按下(2)式计算:εy (t)= ε0y (1-e-0.01t)m1m2…m10（2）式中：εy (t)—任意时间的收缩（mm/mm）；t—由浇灌时至计算时，以天为单位的时间值；ε0y—标准状态下最终收缩值（mm/mm），取3.24×10-4m1、m2、m3、………m10、——为各种非标准态的修正系数，其水泥浆量，取1.20；环境温度，取0.54；水泥细度4900孔，取1.35，其它系数取1.0εy (t)=ε0ym1×m2×m3×……m10（1-e-0.01t）=3.24×10-4×1.0×1.20×0.54×1.35×（1-e-0.01×15）=2.83×10-4×（1-e-0.01×15）=2.83×10-4×（1-0.86）=0.397×10-4混凝土内的水分蒸发引起体积收缩，这种收缩过程总是由表及里，逐步发展的。
由于湿度不均匀，收缩变形也随之不均匀，基础的平均收缩变形助长了温度变形引起的应力，可能导致混凝土开裂，因此在温度应力计算中必须把收缩这个因素考虑进去。
为了计算方便，把收缩换算成“收缩当量温差”。
就是说收缩产生的变形，相当于引起同样变形所需要的温度。
由此可得：混凝土15d的收缩当量温差为：t2=εy (t)/α=0.397×10-4/1×10-5= 3.9℃混凝土综合温差：t=t0+t1+t2=5.0+36.5+3.9=45.4℃2.1.2 混凝土最大冷缩值计算混凝土结构在升温时内部产生压应力，而降温过程中产生拉应力，由于混凝土受到钢筋和基础的约束，取约束系数r = 0.6,最不利的情况是：设混凝土中心最高温度降至环境温度时产生冷缩最大值为：st =1.0×10-5× 45.4×r（3）=1.0×10-5×45.4×0.6= 2.7×10-42.1.3 混凝土结构抗裂分析计算在抗裂计算中，混凝土的极限延伸值通常采用如下经验公式：sk =0.5rf(1+μ/d)×10-4 （4）式中 sk ─混凝土极限延伸值；rf─混凝土的抗拉强度标准值；μ─配筋率；d ─钢筋直径；徐变产生应力松驰，有利于提高混凝土的极限拉伸能力。
在计算混凝土的抗裂性时，可把徐变考虑进去，一般情况下，偏于安全考虑取混凝土的松驰系数为0.5，即混凝土的极限延伸值在考虑徐变的情况下增加了50%，实用的经验公式:sk =0.5rf(1+μ/d)×（1+0.5）×10-4（5）本工程混凝土c35，混凝土 rf =2.20mpa,配筋率μ=0.6%，底板钢筋直径d =1.6cm。
将底板钢筋直径d =1.6cm 代入（4）式求得：底板混凝土的极限延伸值：skˊ=0.5rf(1+μ/d)×10-4 =0.5×2.20×(1+0.6/1.6)×10-4 =1.5×10-4徐变使混凝土的极限延伸增加，提高混凝土的极限变形能力。
用（5）式计算混凝土的实际极限延伸值：楼板混凝土的极限延伸值：sk =0.5rf(1+μ/d)×（1+0.5）×10-4= 2.25×10-4混凝土最终变形值补偿收缩混凝土最终收缩变形：d=ε2-st–εy(t)=3.5×10-4-2.7×10-4-0.397×10-4=0.4×10-4。
而极限延伸率sk=2.25×10-4，这说明,掺入sy-g膨胀抗裂剂后, 混凝土的剩余变形值小于混凝土极限延伸率。
即d=ε2- st–εy(t) ≤sk ,故采用补偿收缩混凝土不会开裂。
3、加强带的施工方法有“连续式”（底板），“间隙式”两种浇筑方法，连续式即整体混凝土连续浇筑，到膨胀加强带位置时更换混凝土配合比，膨胀加强带两侧为软接茬，不留施工缝（如下图）。
连续式膨胀加强带示意图间隙式即先同用小膨胀混凝土（掺入10%sy-g）浇注膨胀加强带的两侧，3～7天后，把施工缝清理干净，凿去部分保护层，充分湿润混凝土界面，改用大膨胀混凝土（掺入12%sy-g）回填，砼的强度等级比带外两侧高一级；地下室楼板外墙板的加强带加强带采用此浇筑方式。
后浇式膨胀加强带示意图注：地下防水结构要设置止水带，止水带也可用缓胀型遇水膨胀止水条4、混凝土配合比根据本工程实际情况和补偿收缩混凝土施工实践经验，补偿收缩混凝土应达到以下技术要求：（1）混凝土坍落度：入泵坍落度160±20mm；（2）混凝土凝结时间：初凝7-9h，终凝13-15h；（3）用水量：不宜大于180kg/m3，混凝土水胶比不大于0.50；（4）粉煤灰掺量不大于胶凝材料总量的20%；5、混凝土的施工5.1混凝土搅拌混凝土搅拌时间：用强制式搅拌机比不掺外加剂的普通混凝土搅拌时间延长30秒以上，应严格控制搅拌时间，确保混凝土拌和均匀。
5.2混凝土浇筑补偿收缩自防水混凝土振捣必须密实，不能漏振、欠振、也不可过振。
对浇筑后的砼，在振动界限以前给予二次振捣，能排除砼因泌水在粗骨料、水平钢筋下部生成的水分和空隙，提高砼与钢筋的握裹力，防止因砼沉落而出现的裂缝，减小内部裂缝，增加砼的密实度，可使砼强度提高10%～20%左右，从而提高抗裂性。
在混凝土初凝前，采用刮尺将砼表面刮平，然后用铁滚碾压数遍，用木蟹打磨压实，最后用混凝土抹光机打磨，消除表面缩水裂缝，初凝前再用铁抹子收光，并用扫帚拉毛,减少混凝土早期表面收缩裂缝。
5.3混凝土养护砼养护的原则是保温保湿，在实际的施工过程中，针对不同的建筑部位，采用不同的养护方法。
6、结束语：无锡会展中心一期工程现已施工结束，经过施工期间几个月的检查观测，整个钢筋砼结构无有害裂缝出现，裂缝现象很少，超长结构无缝施工技术的运用，保证了后续施工的连续性，确保了合同工期的实现，取得了较好的经济效益和社会效益。
参考文献：《uea补偿收缩混凝土防水工法》(yjgf22-92)注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。