超长基础底板无缝施工

赵执峰

【摘要】主要介绍了补偿收缩混凝土和加强带的工作原理以及膨胀加强带的设置方法和原则，通过设置膨胀加强带减少了收缩裂缝[1]的产生，在超长混凝土结构中的应用取得了良好效果。

【关键词】无缝施工；补偿收缩混凝土；膨胀加强带

中图分类号：TU528文献标识码： A

1、无缝施工设计

1.1、补偿收缩混凝土

补偿收缩混凝土[2]是解决混凝土开裂比较理想的材料，在混凝土中掺加适量的膨胀剂，在钢筋和邻位等约束限制下，产生0.2～0.7MPa的预压应力，可大致抵消混凝土收缩拉应力，从而防止混凝土开裂。

1.2、膨胀加强带工作原理

补偿收缩混凝土因膨胀剂的作用产生膨胀，使钢筋受拉，而钢筋对混凝土的限制使混凝土内部产生预压应力，当钢筋的拉应力与混凝土的压应力平衡时，则有：

Ac·σc＝As·σs＝As·Es·ε2

设μ＝A s／Ac

则σc＝μ·Es·ε2（1）

式中：σc—混凝土预压应力(MPa)

Ac—混凝土截面积

As—钢筋截面积

σs—钢筋拉应力(MPa)

μ—混凝土配筋率（％）

Es—钢筋弹性模量（MPa）

ε2—补偿收缩混凝土的限制膨胀率，即：钢筋伸长率（％）

由式（1）可见，在配筋率和钢筋弹性模量确定的情况下，σc与ε2成正比关系，而限制膨胀率ε2随膨胀剂的掺量增加而增加，所以通过调整膨胀剂掺量，可使混凝土获得不同的预压应力。设想在σmax地方给与较大的膨胀应力，而在两侧给与较小的膨胀应力，全面地补偿结构的收缩应力，起到了补偿作用[3]，从而控制了有序裂缝的出现。

1.3、膨胀加强带布置原则

（1）间距必须根据公式计算；

（2）宽度不宜太窄，宜控制在2m，并应在两侧用钢丝网将带内和带外混凝土分开；

（3）位置宜布置在拉应力较大、配筋变化及截面突变的部位及应力集中部位。

1.4、膨胀加强带的构造形式

（1）连续式构造形式，施工时先浇筑加强带左侧的微膨胀混凝土，再浇筑加强带膨胀，最后浇筑加强带右侧微膨胀混凝土，如此循环下去，可连续浇筑60m～120m的超长混凝土结构。

（2）间歇式构造形式，当混凝土供应量或施工力量达不到连续作业要求而无法连续施工时，可采用间歇式膨胀加强带做法。

（3）后浇带式构造形式，当混凝土无法连续施工时，也可以先浇筑加强带两侧的补偿收缩混凝土，再浇筑加强带混凝土。

2、工程实例

2.1工程概况

以某综合水池基础底板为例；水池底板长88.9m，宽41.8m，厚0.7m，混凝土强度C30/C35,抗渗等级P8，浇筑量约为2600m3。

2.2补偿收缩混凝土的配制

水泥采用P·O42.5型水泥，其用量[4]不宜小于260kg/m3，C3A含量≤6%，C3S含量≤55%，碱含量≤0.7%；细骨料采用中砂，细度模数为2.3～3.0，含泥量≤0.2%；粗骨料采用碎石，连续级配5～31.5mm，含泥量≤1%。

混凝土配合比实配由预拌混凝土搅拌站进行试配，见下表2.2；

名称 水泥 细骨料 粗骨料 水 膨胀剂 防水剂 掺合料

微膨胀区域

C30,P8 P·O42.5 中砂 5～31.5 饮用水 BM低碱 BM多功能 II级粉煤灰

每m3用量 277 637 1184 176 34 25.1 84

膨胀加强带区域

C35,P8 P·O42.5 中砂 5～31.5 饮用水 BM低碱 BM多功能 II级粉煤灰

每m3用量 266 651 1210 170 55 31.3 39

2.3膨胀加强带的设置

所谓的无缝设计是个相对的概念，根据结构情况，可无缝或少缝，以掺加BM低碱膨胀剂的补偿收缩混凝土为基本材料，以加强带取代伸缩后浇带连续浇筑超长混凝土结构；

（1）混凝土的绝热温升可简化下式计算，

Th= （2）

式中： Th—混凝土最高绝热温升（℃）

W—每m3混凝土胶凝材料用量（kg/ m3），由表2.2得：420.1 kg/ m3

Q—胶凝材料的水化热总量（kJ/kg）

大体积混凝土施工时所用水泥其3d水化热宜小于240 kJ/kg,7d水化热宜小于270 kJ/kg；故取Q3天=240kJ/kg，Q7天=270kJ/kg 代入下式，

（3）

可得Q0=298 kJ/kg，胶凝材料水化热总量当无实验依据时，可下式计算：Q=kQ0（4）

式中： Q——胶凝材料水化热总量(kJ/kg)

k——不同掺量掺合料水化热调整系数，参照GB50496-2009表B.1.3取值；

调整系数可按下式进行计算：k = k1＋k2－1

综上，由表2.2中相关数据可得粉煤灰掺量为20%，矿渣粉为0，代入k =0.95，代入式（4）得Q=283.1 kJ/kg。

C—混凝土的比热取值范围0.92～1.0（kJ/kg·℃），取0.95；

ρ—混凝土容重取值范围2400～2500（kg/m3），取2400；

将各数值代入公式（2）后计算可得：Th=52.2℃

（2）混凝土内部实际最高温度

Tmt=Tf+R·Th （5）

式中：

Tmt—混凝土内部实际最高温度（℃）

Tf—混凝土入模温度（℃），依据本地区同期经验取25℃

R—混凝散热系数;散热系数0.5～0.6，取0.6

代入式（5）后得：Tmt=56.32℃

（3）混凝土综合温差

混凝土综合温差=结构实际温差+砼收缩当量温差

T=（Tmt-T0）+Ty = （Tmt- T0）+εy（t）/α（6）

（7）

式中：—龄期为t时，混凝土的收缩当量温度；

T0—环境平均温度，取15℃；

—龄期为t时混凝土收缩引起的相对变形值，t取30；

α—混凝土的线膨胀系数，取 1.0×10-5/℃；

—在标准试验状态下混凝土最终收缩的相对变形值，取3.24×10-4

M1、M2……M11—考虑各种非标准条件的修正系数，可按GB50496表B.2.1取用

M1=1.0,M2=1.0,M3=1.0,M4=1.1，M5=0.93，M6=0.77，M7=0.54,M8=0.55,M9=1，

M10=0.86,M11=1。

代入式（7）得εy（30）=1.7×10-5

代入式（6）得：T=43.02℃

(4)膨胀加强带间距

（8）

其中Es—钢筋弹性模量，取2.0×105MPa

ε2—限制膨胀率，取1.5×10-4

E—混凝土的弹性模量，C30混凝土取3.0×104MPa

T—总降温温差（℃），以负值代入，即-43.02℃

H—基础底板厚度，取700mm

Cx—地基水平阻力系数（N/mm3），取5×10-2N/mm3

α—混凝土的线膨胀系数，取 1.0×10-5

μ—配筋率（%），取值时不加百分数，取0.25

Rf—混凝土极限抗拉强度（MPa），C30混凝土取1.43 MPa

代入式（8）后，L=56.87m；符合膨胀加强带间距宜为30m～60m的规范JGJ/T178要求。

本工程底板长度88.9m大于最大整浇长度56.87m，浇筑宽度41.5m小于最大整体浇筑长度56.87m；故只需在基础长度方向中间设置膨胀加强带。

（5）补偿混凝土的抗裂验算

补偿混凝土的最终变形：

∆ε=εy（t）+ε1-ε2 （9）

式中：—混凝土收缩的相对变形值；εy（30）=1.7×10-5；

ε2—限制膨胀率，取1.5×10-4；

ε1—混凝土温度收缩，ε1=αTjR=2.48×10-4；

α—混凝土的线膨胀系数，取 1.0×10-5；

Tj—混凝土降温温差（℃），Tj= Tmt- T0=56.32-15=41.32℃；

T0—环境平均温度，取15℃；

R—约束系数，地下底板取0.6。

数值代入式（9），得∆ε=1.15×10-4

钢筋混凝土的最终极限拉伸可采用经验公式：

εp=0.5Rf×（1+μ/d）×10-4×（1+0.5）=1.22×10-4

显然，∆ε＜εp，不会开裂。

3、结束语

工程实践表明以膨胀加强带替代伸缩缝，可实现超长结构的连续施工，同时简化了施工工序、缩短了施工工期，降低了工程成本。

参考文献

1王铁梦 工程结构裂缝控制的综合方法 施工技术 2000（3）：46

2游宝坤、李乃珍 膨胀剂及其补偿收缩混凝土 中国建材工业出版社2005

3贺学民 金棕苑 工程裂缝问题的分析研究 洛阳大学学报 2004

4地下防水工程质量验收规范 GB50208-2011