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超长混凝土结构中应用
间歇式或后浇式加强带的施工工法

Construction Method of Intermittent Type / Post-Grouting
Enhancement Beltin Super Long Concrete Structure

12月28日发布 1月1日实施

1 前言
超长混凝土结构在地下和地上工程中应用日益广泛, 如何运用”抗”与”放”的原理, 合理的划分超长结构, 既能解决混凝土收缩应力的问题, 防止开裂, 又有利于施工组织, 是当前施工中较为普遍的问题。**集团股份公司技术中心组织总承包分公司与置业分公司的相关人员, 对超长混凝土结构工程中运用间歇式、 后浇式加强带划分施工段, 防止混凝土开裂的方法进行了试验研究和理论分析, 并在**、 数码科技大厦、 科技广场二期等工程上进行了实际应用, 所形成的研究成果”间歇式、 后浇式膨胀加强带在超长结构中的应用研究”于 9月经过了青岛市科技局组织的专家鉴定, 其技术水平为国际先进。本工法就是在此基础上由**集团股份公司总承包分公司编制完成的。

2 工法特点
2.0.1 本工法运用”抗””放”结合的原理, 能有效的防止超长混凝土结构的开裂, 保证结构工程的质量。
2.0.2 本工法有利于施工段的划分, 方便了施工组织, 并能够加快施工速度, 提前为其它工序提供作业面, 减少周转材料的使用。

3 适用范围
本工法适用于超长混凝土结构的地下及地上工程的分段施工中。

4 工艺原理
4.0.1 间歇式加强带。当一侧混凝土浇筑, 且相邻施工段混凝土具备浇筑条件后, 随即同时浇筑加强带和相邻施工段的混凝土; 间歇式加强带主要是利用了膨胀带产生的预加应力即”抗”的原理, 抵消混凝土的收缩应力, 防止开裂。
4.0.2 后浇式加强带是在两侧混凝土浇筑并间隔一定时间( 7～14d) 后, 方可浇筑其间的加强带。它是利用了”抗””放”结合的原理, 即先释放部分混凝土的收缩应力, 再利用加强带抵消另一部分收缩应力。
图4.0.3 间歇式、 后浇式加强带原理
4.0.3 本工法结合了结构的边界约束条件、 施工条件等, 来选择间歇式或后浇式加强带合理的划分施工段, 以防止结构开裂, 加快施工速度, 见图4.0.3。对上部结构还应用了模板加强等技术措施, 以保证结构工程的质量。

5 工艺流程及操作要点
5.1 工艺流程
5.1.1 间歇式加强带工艺流程见图5.1.1。
第一段钢筋绑扎
第一段模板支设
第一段混凝土浇筑, 同时留设间歇式加强带
第二段模板支设
第二段钢筋绑扎
第二段及加强带混凝土浇筑
第一段混凝土进行养护
混凝土养护
第一段钢筋绑扎
第一段模板支设
第一段混凝土浇筑, 同时留设后浇式加强带
第二段模板支设
第二段钢筋绑扎
第二段混凝土浇筑
两段混凝土浇筑完成养护7～14d后,
浇筑加强带混凝土
第一段混凝土进行养护
图5.1.2 后浇式加强带工艺流程
加强带混凝土养护
5.1.2 后浇式加强带工艺流程见图5.1.1。

5.2 操作要点
5.2.1 间歇式、 后浇式加强带的设置原则及构造要求。
1 地下室混凝土结构间歇式、 后浇式加强带设置时应考虑底板的约束条件、 施工段的划分等因素, 按设计的要求或参考表5.2.1的要求设置。
表5.2.1 后浇带、 加强带设置间距
地基约束条件
桩、 锚杆
岩体地基
滑动层
后浇带
≤40m
≤50m
≤70m
后浇式加强带
≤35m
≤45m
≤65m
膨胀带或间歇式加强带
≤30m
≤40m
≤50m
图5.2.1-1 后浇式、 间歇式加强带设置

1) 间歇式、 后浇式加强带应避开主楼、 电梯井、 集水坑等位置;
2) 底板不宜采用后浇式加强带, 墙体不宜采用间歇式加强带;
3) 工期紧要求紧的地下室应优先采用间歇式或后浇式加强带。
2 地上混凝土结构可按40～50m的间距设置间歇式、 后浇式加强带, 相邻施工段之间宜采用间歇式加强带。间歇式、 后浇式加强带应避开电梯井、 楼梯间等混凝土墙体的位置,
图5.2.1-2 底板间歇式加强带构造
3 连续采用后浇式加强带的长度不宜超过200m, 连续采用间歇式加强带的长度不宜超过150m。否则, 应设置一定数量的后浇带, 见图5.2.1-1。
4 设计及构造要求主要包括:
1) 为消除超长混凝土结构的收缩应力, 控制混凝土裂缝, 在超长混凝土结构施工中设置2～3m宽加强带, 加强带混凝土强度等级比加强带两侧混凝土强度提高5MPa, 并在混凝土中掺加一定数量的膨胀剂( 见本工法6.1节) , 使其产生一定的预加膨胀应力, 抵消混凝土自身及温度的收缩应力。
图5.2.1-3 上部结构加强带构造

2) 除加强带外, 其它部位的混凝土应按照设计要求掺加或不掺加膨胀剂, 上部结构其它部位的混凝土不宜掺加膨胀剂。
3) 底板后浇式加强带的构造同《混凝土结构地下室抗裂防渗工法》( QDCG-GF1 ) 中后浇带的构造, 底板间歇式加强带构造见图5.2.1-2, 底板后浇式、 间歇式加强带的应采用膨胀止水条, 其它部位可采用止水钢板。上部结构间歇式、 后浇式加强带的构造见图5.2.1-3。
5.2.2 加强带部位的模板支设应符合下列要求:
1 除间歇式加强带与施工段混凝土同时浇筑部位可采用密目钢丝网外, 其余加强带与施工段混凝土结合部位均应采用木模板或快易收口钢板网。第一段梁板混凝土浇筑时, 在加强带一侧挂密目钢丝网, 网孔直径≤10mm, 并加设竹胶板, 每隔200mm设置一根竖向Ф16钢筋予以加固。加强带钢筋在绑扎顶板钢筋时, 一并绑扎, 保证顶板及梁钢筋连续经过加强带, 其上下均应留出不小于3cm混凝土保护层, 钢丝网应与上下层水平钢筋及竖向加固筋绑扎或焊接牢固, 见图5.2.1-2、 图5.2.1-3。
2 上部结构采用间歇式加强带的楼板, 加强带部位支撑体系支撑应适当加密, 并使用带顶托的支撑, 见图5.2.1-3。

5.2.3 混凝土浇筑应符合下列要求:
1 后浇式加强带的混凝土应待两侧混凝土浇筑后, 7～14天后方可浇筑。
1) 后浇带混凝土浇筑前, 应先清除垃圾, 清理钢筋及松动的混凝土; 将两侧混凝土界面凿毛, 用水冲洗干净并充分湿润, 然后在混凝土界面上涂刷界面处理剂或素水泥浆。
2) 加强混凝土振捣, 以混凝土不泛浆、 不出气泡为准, 不得过振。
3) 混凝土浇筑完成, 表面至少搓平 3 次, 最后一次搓平压实应在混凝土接近初凝时进行, 必要时也可进行二次振捣, 以保证混凝土不引起沉缩裂缝。
2 间歇式加强带的混凝土浇筑应与第二段混凝土同时浇筑。
1) 加强带一侧混凝土浇筑完毕后, 将界面的模板拆除。第二段梁板及加强带混凝土浇筑前, 应先清除垃圾, 清理钢筋及松动的混凝土; 将混凝土界面凿毛, 用水冲洗干净并充分湿润, 然后在混凝土界面上涂刷素水泥浆。
2) 混凝土浇筑从一边推进, 浇至加强带时, 采用掺加膨胀剂或大掺量膨胀剂的混凝土, 加强带内的混凝土不得同底板其它部位的混凝土混用。必须保证加强带及其一侧混凝土的浇筑在初凝前完成, 并应加强结合处混凝土的振捣, 以混凝土不泛浆、 不出气泡为准, 不得过振。加强带混凝土浇筑完成, 表面至少搓平3次, 最后一次搓平压实应在混凝土接近初凝时进行, 必要时也可进行二次振捣, 以保证混凝土不引起伸缩裂缝。
5.2.4 混凝土的养护。混凝土浇筑完毕终凝后, 应采用塑料薄膜加草袋保湿、 浇水的措施进行养护, 养护时间不低于14d。冬期, 采用塑料薄膜加草袋覆盖保温、 保湿的养护措施, 必须在覆盖的塑料薄膜下始终保持有凝结水, 如室外气温过低则应相应增加覆盖草袋的层数。
5.2.5 荷载堆放及拆模。上层施工结构时, 严禁在间歇式加强带跨内堆放材料, 避免因上部荷载过大和震动造成加强带部位的裂缝。在搭设间歇式加强带上部结构模板支撑架时, 必须垫设脚手板。加强带混凝土达到设计强度时, 即可进行拆除其下部的模板支撑。

6 材料与设备
6.1 混凝土配合比的原则
间歇式、 后浇式加强带混凝土的配合比除应按《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55- 的规定, 根据要求的强度等级、 抗渗等级、 耐久性及工作性进行配合比设计外, 还应减少收缩、 满足抗裂的要求。
6.1.1 干缩率。混凝土42d的干缩率应不大于0.03％。
6.1.2 坍落度。在满足施工要求的条件下, 尽量采用较小的混凝土坍落度; 地下室混凝土的坍落度可控制在140mm～160mm。
6.1.3 应尽量采用较小的水胶比。混凝土水胶比不宜大于0.60; 在满足工作性要求的前提下, 应采用较小的砂率, 砂率宜控制在35％～45％。
6.1.4 水泥及矿物掺和料用量。可采用Ⅱ级以上的粉煤灰替代15％～30％基准水泥用量, 地上结构混凝土选用低粉煤灰掺量, 其水泥用量宜为270～450 kg/m3; 地下结构混凝土选用高粉煤灰掺量, 以减少水泥用量, 水泥用量不宜大于350kg/m3。
6.1.5 采用高效减水剂, 用水量不宜大于180kg/ m3。
6.1.6 膨胀剂的掺量宜为10％～15％, 混凝土水中养护14d的限制膨胀率应≥2.5×10－4。

6.2 原材料要求
6.2.1 水泥。宜用中、 低水化热水泥, 如: 硅酸盐水泥、 普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥, 不应采用早强型水泥; 对防裂抗渗要求较高的混凝土, 所用水泥的铝酸三钙( C3A) 含量不宜大于8％, 使用使水泥的温度不宜超过60℃; 水泥的强度等级不应低于32.5MPa。
6.2.2 骨料。防水混凝土所用的砂、 石应符合下列规定:
1 砂宜采用中砂, 其要求要符合《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》JGJ52的规定。
2 选用级配良好的碎石, 粒径在5～31mm, 含泥量小于1％, 并应符合《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》JGJ53。
3 为避免碱骨料反应, 混凝土应采用非碱活性的骨料。每立方防水混凝土中各类材料的总碱量不得大于3kg。
6.2.3 外加剂。为减少用水量和限制混凝土的膨胀, 起到补偿收缩作用, 可采用高效减水剂或膨胀剂。所用外加剂应分别符合《混凝土外加剂》GB8076, 《混凝土泵送剂》JC473, 《混凝土膨胀剂》JC476, 《混凝土外加剂应用技术规范》GB50119等规定。
6.2.4 矿物掺和料。为改进混凝土性能, 减少水泥用量, 降低水泥水化热, 从而减少混凝土的收缩, 可在混凝土中掺加Ⅱ或Ⅰ优质粉煤灰及磨细矿渣粉。所用矿物掺和料应分别符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB1596, 《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》GB/T18046。

6.3 设 备

本工法所采用的机具设备同普通的混凝土结构施工, 主要机具设备见表6.3.1。

表6.3.1主要机具设备
7 质量控制
7.0.1 本工法采用的主要标准及规范如下:
序号
机械/设备名称
1
输送泵台
2
混凝土布料机
3
混凝土罐车
4
自升式塔吊
5
钢筋切断机
6
钢筋弯曲机
7
卷扬机
8
闪光对焊机
9
电焊机
10
圆盘锯
11
混凝土振动器
12
灰浆搅拌机
13
直螺纹套丝机
《建筑工程施工工程质量验收统一标准》GB 50300-
《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB 50204-
《混凝土结构设计规范》GB 50010-
《普通混凝土配合比设计规程》GJ55- J64-
《混凝土结构地下室抗裂防渗工法》QDCG-GF1
7.0.2 其它质量控制措施如下:
1 浇筑前应根据实际情况, 明确分工、 岗位、 职责, 使浇筑有条不紊, 紧张有序的进行。
2 浇筑时, 对坍落度应测定并严加控制, 不得加水, 坍落度超出范围的不得使用。
3 浇筑过程要严格按施工方案规定的顺序实施连续浇捣, 避免出现施工冷缝。
4 禁止在刚浇筑完成的面上行走踩踏, 堆放材料、 设备增加荷载等。

8 安全措施
8.0.1 严格按设计要求搭设模板支撑, 楼板模板应按设计要求控制荷载, 不得集中堆放脚手架杆、 钢筋、 混凝土、 混凝土泵送管等材料和机具, 防止施工荷载过于集中而导致模板变形、 失稳。
8.0.2 基坑和已完成的结构周围应设置钢管护栏, 并制红白相间油漆, 以预防高空坠落, 保证现场施工人员的安全。
8.0.3 各种施工机具( 塔吊、 泵车、 钢筋加工机械等) 在使用前应由项目部施工技术员对操作员进行安全技术交底, 并将使用注意事项制作标牌悬挂于操作现场。
8.0.4 加强现场临时用电管理, 预防电气设备线路损坏伤人。
8.0.5 加强现场混凝土的泵送管理, 泵管出料口和混凝土堵管拆接头时, 操作人员头部、 脸部不要正对该部位, 以免突然喷出混凝土伤人。

9 环保措施
9.0.1 混凝土中掺加粉煤灰以代替部分水泥, 做到废物的综合利用, 减轻环境污染。
9.0.2 扬尘污染控制。采用商品混凝土以减少水泥、 砂、 石等造成的现场扬尘污染, 使扬尘指标控制在规定范围内。
9.0.3 噪声污染控制。钢筋、 模板加工区的布置避开生活及办公区, 控制混凝土浇筑、 钢筋加工等工序的场界噪声限值为: 夜间55DB、 白天75DB。混凝土振捣棒宜采用环保型低噪音产品或采取相应降噪措施, 以避免对工人及周边环境造成噪声危害。
9.0.4 冲洗出场区的混凝土运输车, 防止污染周边的市政道路。冲洗混凝土泵车、 输送管等的污水应流入现场的明沟及沉淀池中。
9.0.5 规范场区管理。按照青岛市标准化工地的要求规范场区管理, 使进入场区的材料、 设备、 拆除的周转材料等按照要求有序堆放。

10 效益分析
采用间歇式、 后浇式加强带施工后, 能保证工程质量, 加快施工速度、 减少模板脚手架的使用量、 降低工程成本。

10.1 质 量
采用间歇式、 后浇式加强带分段施工既可解决因结构过长所造成的混凝土收缩裂缝问题, 又可避免因后浇带滞留过长, 难以处理而造成的裂、 渗隐患, 其质量效果较为明显。

10.2 工 期
图10.2.2数码科技中心标准层施工工序分析
10.2.1 后浇式加强带较后浇带能够提前1个月浇筑混凝土, 使砌体、 装修等工序得以提前穿插, 加快了施工速度。
10.2.2 间歇式加强带不需单独施工加强带部位的混凝土, 而且使现场钢筋、 模板等工序得到了更好的衔接, 减少了工序之间的间歇, 可形成小节拍的流水施工, 有效的加快了施工进度。以青岛数码科技大厦标准层施工为例, 标准层结构采用一次整浇施工方法时, 需7天/层, 而采用间歇式膨胀带分段流水施工, 仅需5天/层, 工期缩短了近1/3, 见图10.2.2。

10.3 经济效益
10.3.1 后浇式加强带与后浇带比较, 其经济效益主要体现在:
1 加快施工速度降低了工程成本;
2 减少了模板支撑的使用数量。
10.3.2 间歇式加强带的经济效益主要体现在:
1 间歇式加强带与后浇带相比。加快了施工速度降低了工程成本; 减少了模板支撑的数量。
2 地上混凝土结构间歇式加强带与超长结构整层浇筑比较。能够流水施工, 减少了资源配制, 加快了施工速度, 降低了各种费用成本。以青岛**工程为例, 由于采用本工法主体封顶时间比计划工期提前了28天, 其经济效益分析见表10.3.2。
表10.3.2 青岛**工程采用本工法的经济效益分析

项目
费用
金额
节约模板支撑费
1
模板支撑脚手架钢管( 约60万m) 节约租赁费用
60万m×0.0012元/md×28d＝2万元
2
节约扣件( 约18万个) 租赁费用
18万个×0.005元/个d×28d＝2.5万元
节约人工费
3
南、 北塔楼施工人员按每天60个人工计, 节省人工1680工日
1680工日×50元/d＝8.4万元
节约项目管理费
4
( 管理人员工资＋管理费)
1.3万元/d×28d＝36.4万元
合计
1+2+3+4
49.3万元

11 应用实例

11.1 青岛**工程
11.1.1 工程概况
青岛**工程位于海尔路63号, 结构形式为框架剪力墙结构, 南、 北塔楼长64.6m , 7月15日正式开工, 竣工时间为 12月。
图11.1.2间歇式加强带布置
11.1.2 施工情况
在青岛**南塔楼9～14层, 北塔楼16～22层, 采用间歇式加强带进行施工, 见图11.1.2。在间歇式加强带施工过程, 严格控制混凝土配比, 在间歇式加强带位置模板支撑体系加密为立杆间距600㎜, 且其下部满堂脚手架隔一设置一道纵向剪刀撑。同时做好混凝土的浇筑和养护的工作。采用间歇式加强带施工后, 此部分楼层施工进度明显加快。
11.1.3工程监测与结果评价
仅在南楼十四层楼板间歇式加强带处局部, 发现了部分裂纹, 现场已对此处进行了处理。采用设置间歇式加强带能够将超长高层混凝土结构进行合理划分, 使其能够做到小节拍, 快流水, 有效的加快施工进度。同时在严格保证各施工工序质量的前提下, 在质量方面也完全能够达到预期的效果。间歇式加强带应用于超长高层混凝土结构中, 应采用补偿性收缩混凝土; 同时要加强混凝土的养护; 并严格控制好上部结构施工时荷载的堆放问题。

11.2 青岛**陆域停船区地下工程
11.2.1工程概况
**陆域停船区地下车库工程位于第29届奥运会青岛**基地内, 为一层全地下框架结构, 平面尺寸为208m×72m的长方形, 采用交梁筏板基础, 底板厚度为500mm, 外混凝土挡墙厚300mm和250mm。本工程设计标高±0.000相当于黄海高程3.4m, 工程埋深约8m, 其中工程西侧10m范围内即为原场区的块石抛填海岸线, 本工程的开挖基坑直接和海水相通,工程约5m深度在海平面地下水位以下, 海面高潮水位时约有7m在海平面水位以下。
11.2.2 施工情况
图11.2.2间歇式加强带布置
工程混凝土采用S6的抗渗等级, 底板和顶板的卷材防水层和其油毡隔离层及其细石混凝土保护层之间设置了5mm厚粉砂滑动减阻层, 有效地减少了地基对底板的约束。经过和设计师沟通, 施工过程中混凝土结构中设置了两道宽度为3m的贯通性后浇式膨胀带将地下室分隔为三个施工区段, 后浇式膨胀带在其两侧混凝土浇筑完后10天进行了浇筑, 并用提高一级强度的掺加水泥用量3%的FZ系列抗裂膨胀剂的混凝土。在由后浇式膨胀带所分隔的每个施工区段的中部设置了宽度为3m的连续式膨胀带, 将每个施工区段分隔为约35m宽度的施工区段。连续式膨胀带混凝土强度同两侧的混凝土强度, 可是其混凝土中掺加水泥用量3%的FZ系列抗裂膨胀剂及用于区分混凝土颜色的氧化铁红。膨胀加强带的设置见图11.2.2。
11.2.3 工程监测与结果评价
整个工程室外及顶板回填完毕后对抗裂防渗效果进行检查, 经过以上多项措施的实施, 效果显著。在工程纵向外墙上总共发现7道宽度均在0.2mm以内的裂缝, 不需做处理, 整个地下室无渗漏。

11.3 青岛科技广场二期工程
11.3.1工程概况
青岛**二期工程, 位于青岛市, 总建筑面积147217m2。B区为综合商业楼, 地下2层, 地上5层, 总高度25.35m; C区为9层商住楼, 地下2层, 地上住宅九层, 总高度33.00m, 框支框架及裙房框架、 剪力墙结构; D、 E区为高层综合楼, 地下2层, 地上网点2层, 塔楼24、 22层, 总高度85.95m, 框架和抗震剪力墙结构。
11.3.2 施工情况
经与设计部门磋商, 本工程地上部分采用间歇式膨胀带方法进行施工。膨胀带部位混凝土掺加14%AEA, 非膨胀带部位混凝土掺加10%AEA, 混凝土强度等级均为C30。
图11.3.1 青岛科技广场二期B区间歇式加强带布置
11.3.3 工程监测与结果评价
工程主体完工时间为 6月份, 截止当前未发现有裂缝现象出现。工程被评为青岛市优质结构工程。

11.4 其它工程应用
本工法应用的其它工程见表11.4.1-1。

表11.4.1-1 其它工程应用实例
序号
工程名称
建筑面积( ㎡)
长宽( m)
应用时间
1

9144
143.5×63
.5-6
2

147000
380×287
.6-9
3

89825
102.3×93
.7-9