超长混凝土结构后浇带提前封闭施工技术

于亦龙,姜玉龙,周千帆,韩 帅,吴建涛

(中建宏达建筑有限公司,北京 100075)

0 引言

随着城市建设发展,人们日常生活不仅限于商场购物,其中集购物、餐饮、娱乐、教育一体化的大型商场逐渐成为人们生活的一部分。然而国内大型商场在建筑设计上常沿城市主干道连续布置,导致形体超长。为避免混凝土连续浇筑形成裂缝,结构设计往往在商场每隔30～40m设置1道后浇带,释放收缩应力。后浇带的设置不仅影响了施工工序穿插,处理不当可能成为质量隐患。然而大量混凝土后浇带往往成为约束后续施工工艺插入的关键性问题。为缩短工期,加快施工速度,及时封闭后浇带对现代施工技术提出了新的挑战。

目前的超长混凝土裂缝控制措施主要有“抗”“放”及两者结合的办法。“抗”即采取各种有效措施使结构在荷载及约束变形作用下,混凝土拉应力不超过其抗拉强度。工程实践中,主要通过施加预应力、在混凝土中添加膨胀剂或纤维材料等方法实现。“放”即采取相关措施释放对结构不利的约束作用,从而有效控制裂缝宽度在限值范围内。工程中常用做法主要包括设置后浇带、跳仓施工、加纤维材料、设置滑动层、采用橡胶支座等。这些“抗”“放”措施对裂缝控制有一定作用,但单独使用1种措施又存在一定弊端,我国现阶段工程实践更多是采用“抗放兼备,以抗为主”的裂缝控制原则,在满足结构应力及位移要求的同时,又具有良好的经济性和使用性能。

1 工程概况

某大型商场,总建筑面积136 596m2,南北长度约296m,东西宽度约69m,总建筑高度27.75m,其中地上5层,局部6层,地下2层,结构体系为钢筋混凝土框架-剪力墙结构,建成后的商业综合体将成为集餐饮、休闲娱乐、购物等为一体的大型商业中心。整个商场未设置伸缩缝,在施工过程中设置7条纵向后浇带、1条横向后浇带,如图1所示。如果不能及时封闭后浇带,在后续装修施工过程中,工期将受到严重影响。

图1 某大型商场后浇带布置

2 理论分析

为达到提前封闭混凝土结构后浇带的目的,首先结合现场实测材料力学性能,理论模拟分析该超长结构收缩变形性能。结合理论模拟结果,现场布设大量钢筋混凝土应变计实时监测混凝土收缩变形性能,结合理论及监测结果,确定合适的后浇带封闭时间点和条件,即超长结构收缩变形不至于对结构耐久性产生危害,并且各项系数满足规范要求。一旦满足后浇带封闭条件时,及时封闭后浇带,进行其他工艺施工。

2.1 材料性能研究

现场取材制作9组150mm×150mm×300mm混凝土试件,进行现场同条件养护,养护7d时进行3组试件弹性模量测试,养护14d时进行3组试件弹性模量测试,养护28d时进行另外3组试件弹性模量测试。测试结果如表1所示。

表1 混凝土试件弹性模量测试结果

2.2 理论依据

通过弹性模量实测值,进行超长结构有限元验算,即采用实测弹性模量结果,带入有限元模型中,其中混凝土收缩应变计算理论公式为:

εcs(t,ts)=εcs0βs(t-ts)

(1)

式中:εcs0为混凝土名义收缩系数;εcs(t,ts)为收缩开始龄期ts至计算龄期t的收缩应变;βs(t-ts)为收缩随时间发展系数,该系数与水泥种类有关。

2.3 确定后浇带封闭条件

1)d0为后浇带两边施工段浇筑时间差。当d0>14d时,后浇带封闭日期在混凝土结构浇筑完毕的d0后;当d0≤14d时,后浇带封闭日期在混凝土结构浇筑完毕14d后。

2)2段相邻混凝土结构在后浇带封闭后的总长度≤100m;如>100m时,后浇带封闭还需同时满足0.2×10-4>εn-εn-1且1.6×10-4>εn(εn表示7d应变平均值,εn-1为前1个7d应变平均值)。

3)未来1周不允许存在较大降温天气。

3 现场施工应变监测

3.1 传感器编号原则

为方便现场施工辨析与后期数据监测,先对每个应变计点位进行编号。G表示钢筋,N表示混凝土,以“G2071301-应变”为例,表示2层7段南北方向上部钢筋应变计。应变计现场安装如图2所示。

3.2 阶段数据分析

从2021年9月26日开始,逐步开始应变计布置。由于本系统点位较多,数据量较大,故以2层7段应变计为例,监测数据如图3所示。

图3 应变及温度曲线

通过图3分析结果可知:

1)系统大部分温度数据整体上与天津当时气候吻合,前端有温度较高数据是因安装应变计时导致的温度上升,由此说明数据可靠。

2)10月13日至10月30日,G2071301中应变最小值为-5με,最大值为20με;G2071302中应变最小值为-5με,最大值为25με。

3)应变均处于变化波动状态,两者应变均有小幅度增大,在10月20日左右逐渐开始稳定波动,波动逐渐减小。

4)上部钢筋较下部钢筋应变较小,变化速率较低。

以试件SK03通道数据为例进行分析,如图4所示。

图4 SK03试件应变及温度曲线

由监测结果可知:

1)应变随每日气温变化,跌宕向前发展。

2)11月7日应变剧降,由于当气温突变时,降温导致混凝土试块收缩。

3)刚开始应变数据与温度数据基本重合,规律也一致,后期发展过程中二者趋势差别越来越大,说明后期混凝土变形受温度影响较小。

3.3 整体趋势结果

同一位置处钢筋、混凝土应变随温度变化规律如图5所示,混凝土收缩及温度变形呈跌宕变化,2次剧烈跌宕发生在混凝土浇筑后的7,24d时,均与天气剧烈变化有关。刚开始前7d混凝土收缩及温度变形跌宕较大,钢筋应变跌宕幅值为18με,混凝土应变跌宕幅值为145με。第2次跌宕(11—23日),钢筋应变跌宕幅值为10με,混凝土跌宕在50με以内。第3次应变随温度的变化急剧上升,钢筋应变变化为18με,混凝土应变变化为80με。该项目属于超长混凝土结构,主要通过设置大量后浇带,充分释放混凝土变形,采用控制原则中的“放”为主、“抗”为辅。为充分释放混凝土初期变形中的收缩变形,后浇带网格较散,可在混凝土收缩初期进行充分变形释放。

图5 同一位置处钢筋、混凝土应变随温度变化规律

混凝土N2111301与钢筋G2111301应变比值如图6所示。由图6可知,随着时间变化,同一位置钢筋应变与混凝土应变比值呈平稳下降趋势。由于2次温度骤降,带来2次比值跌宕偏差,整体应变比值趋于平稳,同时也说明同一位置处混凝土应变和钢筋应变呈比例变化,比值变化为5～8,这同时也说明钢筋与混凝土间力的传递效果,随着混凝土强度增大,传递效果越趋于明显,最终呈现恒定值。剧烈的降温天气会导致混凝土和钢筋应变产生较大差值,降温天气同时会增大混凝土开裂风险。

图6 同一位置处混凝土与钢筋应变比值

钢筋G2111301应变、混凝土N2111301应变与温度比值如图7所示。由图7可知,随着混凝土龄期增大,该比值也逐渐增大,同时说明混凝土强度逐渐增大,温度影响逐渐占主导地位。其中,在7月23日由于天气急剧降温,应变与温度比值急剧跌宕,增大了混凝土开裂风险。

图7 同一位置处钢筋、混凝土应变与温度比值

4 结语

超长混凝土结构后浇带封闭问题属于超长结构的一项难题,通过分析及理论模拟发现,钢筋混凝土在浇筑后的前期(21d前),收缩应变受温度影响较大,后期(21d后)受温度影响逐渐趋缓。最终通过分析及试验结果研究得到以下结论。

1)对于超长混凝土结构,应变在刚开始时变化比较剧烈,21d后能达到一个稳定值,满足理论分析提前封闭混凝土后浇带的条件。

2)为降低提前封闭后浇带对超长结构耐久性能的影响,采用跳仓法原理,使混凝土进行收缩变形的后期释放。

3)针对原设计要求,整体混凝土养护达60d后,封闭超长结构后浇带。通过模拟分析及现场监测结果,最终采用21d后隔1封1办法。整体混凝土养护达60d后,整体后浇带封闭,均采用膨胀混凝土进行封闭,有效缓解了后续工艺穿插困难问题,提高了施工效率,缩短了施工工期。