超长大体积混凝土结构跳仓法技术施工与应用

舒 亮

(中国铁路成都局集团有限公司客站建设指挥部,成都 610000)

0 引言

建筑施工常采用设置后浇带的方法调整沉降差、减小温度收缩,但后浇带处往往钢筋密集,清理凿毛十分困难,容易造成开裂,而后浇带留设在大量梁、板、墙结构上会影响施工工序的开展。为保障结构安全,需采取措施处理,但增加了人力、物力及时间成本。

以某高铁站站房及配套综合交通枢纽工程中承轨层(标高258 m)为例,采用跳仓法取代后浇带施工方法,为相关工程施工提供参考。

该建筑正负零绝对标高为260.209 m,建筑最高点相对标高46.850 m,建筑层数包括238标高地铁换乘层、243标高综合换乘层、249标高出站换乘层、258标高承轨层、260标高站台层、270标高高架层、277.9标高旅服夹层。承轨层原设计情况如下:标高258 m承轨层共计16.2万m2,属于超长混凝土结构,原有28条后浇带,在两侧混凝土结构施工完毕2个月后再封闭后浇带。后浇带宜采用快易收口网模板,后浇带混凝土强度等级应比两侧构件混凝土提高一级,均采用掺膨胀剂的补偿收缩混凝土。

1 施工模拟分析

跳仓法原则为“隔一跳一”,即至少隔一仓块跳仓或封仓施工。根据混凝土外约束裂缝控制计算可知,分块最大尺寸可调整到60 m,相邻两块混凝土梁板浇筑的间隔时间不小于7 d,再将各仓连成整体,依靠抗拉强度抵抗下一阶段的温度收缩应力。

1.1 承轨层概况

承轨层相对标高-2.25 m,预应力混凝土与普通混凝土梁板强度等级为C45,主要柱截面为2400 mm×2400 mm,主要梁截面3200 mm×2500 mm、1200 mm×2200 mm、600 mm×1200 mm,主要板厚150 mm、400 mm。

1.2 模拟区域选择

承轨层选择J～N轴/10～19轴(长135 m×宽96 m)范围内的分仓区域作为典型区域进行模拟分析。此区域在整个工程中分仓面积最大,具有代表性,其中最大仓块尺寸约为53 m×48 m,最小仓块尺寸约为40 m×43 m。

1.3 模型简介

按照跳仓法最不利工况进行模拟,即将整个区域按棋盘式分两组浇筑。第一组同步浇筑深色仓块,间隔7 d后浇筑第二组浅色仓块,见图1。分别对第一组浇筑完成7 d、14 d、28 d、45 d、60 d、90 d、120 d时的施工阶段梁、板混凝土的拉应力状态进行分析。

图1 承轨层(最大区格53 m×48 m)Fig.1 Rail bearing layer (Max area 53 m×48 m)

1.4 有限元模拟

Midas作为功能强大的有限元分析软件被广泛用于工程数值模拟,需建立三维有限元模型,研究采用跳仓法施工的梁板受力情况。

1.4.1 计算荷载

荷载作用包括材料的收缩徐变、环境温度变化。其中材料的收缩应变与徐变系数根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG3362-2018相关规定计算。混凝土弹性模量/抗压强度发展曲线根据欧洲混凝土规范CEB-FIP(2010)相关规定计算。混凝土浇筑28 d后考虑环境温度变化,温度荷载按照10 ℃温差考虑(浇筑时段内重庆昼夜温差基本均小于10 ℃)。

1.4.2 计算结果

各阶段梁、板应力云图如图2所示。

图2 不同浇筑阶段梁、板的应力云图Fig.2 Stress nephogram of beams and plates at different pouring stages

结构梁主拉应力值计算结果如表1所示。

表1 结构梁主拉应力值

各阶段板应力峰值为1.3 N/mm2,梁应力峰值为2.1 N/mm2,最大应力值均不超过混凝土轴心抗拉强度标准值2.51 N/mm2,混凝土抗拉强度2.51 N/mm2>1.15×2.1 N/mm2,满足1.15倍的安全系数。

2 施工方法

2.1 分仓方案

标高258 m承轨层共计分为104个仓,相邻仓块浇筑时间差不小于7 d。

2.2 混凝土运输

采用专业的搅拌运输车负责运输混凝土,运输过程严格按照以下规定执行:提前将车辆罐内积水清理干净再装混凝土料,不管是运输中还是等待卸料均需保持罐体正常转动,以防混凝土料出现沉淀或离析等。卸料时要快速旋转罐体,将混凝土至少搅拌1 min后再卸料。混凝土罐车到达现场时,对混凝土进行塌落度、温度检测,采用塌落度桶检测混凝土塌落度,采用测温枪进行混凝土测温,满足要求后开始浇筑。

2.3 混凝土浇筑

混凝土浇筑工艺操作水平直接影响构件的外观质量,现场必须严格按照操作规程进行技术交底施工,尽量达到调度平衡。混凝土浇筑前严格控制入模温度,入模温度控制在5 ℃～30 ℃。混凝土浇筑入模时,严控下料量,以防集中下料量大对模板或钢筋骨架造成冲击而影响浇筑质量,需分层均匀浇筑,以每层≤450 mm为宜。在初凝前及终凝前均需对混凝土做抹面处理,抹面次数根据施工环境适当增加。采用斜面分层浇筑方法,层与层之间间歇时间要保证浇筑连续性。

3 温度监测

为及时掌握并有效控制混凝土的内外温差,使其控制在规定范围内,防止混凝土裂缝的产生,对站房承轨层梁截面最小尺寸超过1 m的构件进行测温。

3.1 监测频率

完成大体积混凝土浇筑后,对其内外温差、降温速率及环境温度进行监测,监测频率以每昼夜≥4次为宜,且每台班至少监测2次入模温度。

3.2 监测点布置

站房承轨层最小尺寸超过1 m的梁测温点按15 m间距错开设置。

将测温线埋在混凝土里面,深度至结构中心位置,自上向下在表层、中心、底层三个部位布置测温点,间距以≤500 mm为宜。测温时应同时测出混凝土内部温度、混凝土表面温度、大气温度并填写测温记录。混凝土结构的表层温度及底层温度均应与外表以内50 mm处的温度相同。

3.3 温控指标

混凝土结构的温升值应≤50 ℃(在入模温度基础上),内外温差应≤25 ℃,不含混凝土收缩的当量温度,降温速率应≤2.0 ℃/d,表温与环境温差应≤20 ℃。

4 结论

针对跳仓法取代后浇带施工技术,采用Midas有限元分析软件建立混凝土结构三维模型,分析其受力情况,得出结论如下:为保证温度及收缩徐变作用不会造成混凝土结构有害裂缝,相邻分仓浇筑时间差不小于7 d,相邻两个仓段,最后一个合拢仓段的合拢温度应控制在10 ℃～17 ℃。混凝土浇筑完成后需严格按照大体积混凝土养护要求控制温度,避免因水化热较大导致混凝土开裂。