超长混凝土结构整体浇筑施工技术.pdf

1 26 铁道建筑 Ra i l wa y En gi n e e r i n g 文章编号 ： 1 0 0 3 1 9 9 5( 2 0 1 0) 0 6 0 1 2 6 0 4 超长混凝土结构整体 浇筑施工技术 周解慧 ( 北 京 铁 路 局 工 程 管 理 所 ，北 京 1 0 0 8 6 0) 摘要 ： 超 长混凝 土结构作 为 大体 积混凝 土 ， 具有体 积大 、 工程 条件 复杂等特 点 ， 受温度 应力 与收缩应 力的 的双 重作用容 易产生 开裂。为避免 开裂 ， 通 常的做 法是设置混凝 土“ 后 浇带” 。 以客运专线北京调度所 大 楼为例 ， 分析 了不同水泥品种 、 掺合料的水化热及发展 速率 ， 通过优 化“ 双掺 ” 混凝 土的配合 比、 完善施 工工 艺 ， 添加 C S A抗裂剂和聚 丙烯纤维等技术措施 ， 实现 了取 消“ 后 浇带” 的超 长混凝 土结构整体 浇筑 。 关键 词 ： 超 长混凝土 结构 整体 浇筑后 浇 带 中图分 类号 ： T U 7 5 6 4 3文 献标识 码 ： B 超长混凝 土结构作 为大体 积混凝 土 ， 具有体 积大 、 工 程条件复 杂等特点 ， 混 凝 土受 温度 应 力 与收 缩应 力 的双重作用容易产生开裂 ， 施工技术和质量要求较高。 因此 ， 超 长混凝土 除应满 足强度 、 工 作性 和体积稳定 性 等 以外 ， 同时 ， 还 应 满 足结 构 的整 体 性 和 耐 久 性 等 要 求 ， 减小和控 制混凝 土温度应 力和 收缩应力变 形 ， 是避 免 混凝土产 生裂缝 的技 术关 键 ， 也是 超 长 混凝 土 结构 裂 缝控制 的难 点 。超 长结构混 凝土浇 筑的通 常做法是 设置混凝土后浇带 ， 但是 ， 设置后浇带 ， 在工程水位高 ， 水量 大的条件下 难度 较大 ， 既影 响工 期 又有 可 能 留下 渗水 的隐患 。本 文 以客运 专线 北 京 调度 所 大楼 为 例 ， 分析 了不 同水泥 品种 、 掺合 料的水化 热及 发展速率 ， 通 过优化“ 双 掺 ” 混 凝 土 的配 合 比、 完 善 施 工 工艺 ， 添 加 C S A抗裂 剂 和 聚 丙 烯 纤 维 等 技 术 措 施 ， 实 现 了取 消 “ 后浇带 ” 的超长混 凝土结 构整体 浇筑 。 l 工 程概 况 新建 客运专线北 京调 度所大楼 结构形 式为全 现浇 钢筋混凝土 框架剪 力墙 结 构 ， 顶层 为 钢 结 构。结 构设 计基准 期取 5 O年 ， 耐久性 按 1 0 0年 考虑 。地下 室侧墙 采用现 浇钢筋混 凝土墙 自防水 ， 防水等 级一级 ， 混凝土 抗渗等级 S 1 0 ， 外 包 柔 性 防水 材 料 。基 础底 板 平 面尺 寸长 宽 为 1 1 8 8 m 7 8 1 m； 地 上 结 构 长 宽 为 1 1 0 0 1T I 7 1 5 1 1 1 ； 筏板厚度为 1 2 1 T I ， 局部厚度达 2 5 m或 2 8 I T ； 设计 强度 等级 为 C 4 0 ， 抗 渗等 级 s 8 。梁 高 2 5 0 0 m i l l ， 宽2 2 0 0 m m； 框 架 柱 、 剪 力 墙 为 C 4 0混 凝 土 ， 外 墙混 凝 土厚 8 0 0 m m， 混 凝 土等 级 C 4 0 。楼 板采 收稿日期 ： 2 0 1 0 0 1 - 3 0 ； 修回 日期 ： 2 0 1 0 - 0 4 - 2 0 作者简介 ： 周解慧( 1 9 7 4 一) ， 女 ， 上海人 ， 工程师。 用 C 3 0 ， 顶板浇筑 面积很 大 ， 地下 室墙体 混凝 土厚度 达 8 0 0 mm， 均 为超长结 构混凝 土 的浇筑 施 工 。场地 地下 水为潜水 ， 埋深 9 61 0 6 m， 在干湿交替环境下对钢 筋混凝 土结构 中的钢筋具 有弱侵 蚀性 。 根据规范要求 ， 本超长结构的混凝土施工应每隔 3 0 5 0 m设一条“ 后浇带” ， 考虑降低墙体开裂 、 基础 底板 渗水风 险 、 缩短施 工工期 的 目的 ， 采 用超长结 构混 凝土 一次连续 浇筑成 型的施工 方案 。 2原材料选择 2 1 水 泥 水泥的质量在很大程度上决定 了混凝土的主要性 能。根据 对北京及 周边地 区生产规模 较大水泥 厂家的 水泥 试验 和分 析 比较 ， 目的是 选择 水 化 热 低 、 需 水 量 小 、 含 碱量低 、 放射性合 格 、 质量 稳定而 生产 、 供应能力 强 的 P 0 4 2 5级 水 泥 产 品 。对 五家 水 泥 厂 的产 品进 行 了试 验 比较 ， 结果如 表 1 。 水化 热试验 采用两种 水泥 进行 ， 即琉璃 河长 城 P 0 4 2 ， 5水 泥和太行 前景 P 0 4 2 5水 泥 ， 掺 合料 有 I 级 粉煤灰、 级粉煤灰 、 S A和 I 型复合掺合料 。见表 2 。 试验结果表明， 各种掺合料掺量 以5 0 取代水 泥时 ， 3 d 、 7 d 的水化热均有不同程度的降低 ， 其中粉煤 灰最好 。 根 据表 1和表 2研究 结 果 ， 确定 选用 水 化热 较低 的北 京琉璃 河 P 0 4 2 5水 泥 ， 同时 控制水 泥 中发热 量 最快 、 最大 的碱含量 不超过 7 。 采用全部指标符合现行国家标准 通用硅酸盐水 泥 ( G B 1 7 5 -2 0 0 7 ) 的普通硅酸盐水泥。要求水泥的 比表 面积 3 5 0 m k g ； 水 泥 的碱含量 0 6 ； 水泥 的 3 d 水 化热 2 7 0 k J k g ， 7 d 水化热 3 0 0 k J k g 。 2 2 骨 料 粗骨 料采 用粒径 为 5 2 5 mm 连续 级 配且 含 泥 量 1 的低 碱 活 性机 碎 石 ( 石 灰 岩 ) ， 细骨 料 为 含 泥量 3 的中砂 ( 或 者 人 工 砂 ) ， 检验 标 准 为 现行 行 业 标 准 普 通 混 凝 土 用 砂 、 石 质 量 及 检 验 方 法 ( J G J 5 2 2 0 0 6 ) 。 2 3粉煤灰 掺加优 质粉煤 灰 ， 在满 足混凝 土 和易性 、 力学 性能 和耐 久性 能的条件 下 ， 尽 量使 水泥 用量 降至最 低值 ， 最 大 限度 降低 混凝 土水化 热和 发展 速率 。 对 粉煤 灰检验 执行 现 行 国家 标 准 用 于水 泥和 混 凝土 中的粉煤 灰 ( G B 1 5 9 6 -2 0 0 5 ) 。要求 细度 ( 0 0 4 5 m m方孑 L 筛筛余 ) 不大于 1 2 ， 需水量 比不大于 9 5 ， 氧化钙 含量不 大于 2 5 且体 积安 定性 合格 。 2 4外加剂 外加 剂采 用北 京方 兴 外 加 剂 厂 生 产 的 J F 一 9缓 凝 型高效减 水剂 ， 掺 量 2 0 2 5 。经 过 多 次 试 验 ， J F 9缓凝 型 高效减 水性 能稳定 ， 坍落 度保 持较 好 ， 与 北 京 常用 的水泥 、 粉 煤灰 匹配 有 较好 的适 应 性 。外 加剂 检验执 行现行 标准 混凝 土外加 剂应 用技术 规 范 ( G B 5 0 1 1 9 2 o 0 3 ) 中一等 品的技 术要 求 。 2 5 矿 粉 选用 质量 稳定 的 $ 9 5矿粉 。对矿 粉检 验执行 现行 国家标准 用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉 ( GB T1 8 0 4 6 -2 0 0 8) 。 2 6 纤维 采用 聚丙烯 纤维 提 高 混凝 土 的早 期抗 裂 性 ， 聚 丙 烯纤 维长度 1 9 m m。检 验标 准 为现 行 行业 标 准 纤 维 混凝土结构技术规程 ( C E S C 3 8 -2 0 0 4 ) 。 2 7膨 胀剂 选 用 C S A型混 凝土膨 胀剂 ， 一 方 面补 偿混 凝 土 收 缩 ， 减 少混凝 土 收 缩 裂 缝 ， 另 一 方 面 改 善 混 凝 土孔 结 构 ， 提 高混凝 土 密 实 度 。各 项 指 标 符 合 混 凝 土膨 胀 剂 ( J C 4 7 6 -2 0 0 1 ) 规定的要求 。 3 主要部位混凝土配合 比( 见表 3 、 表 4和表 5 ) 为 了降低 混凝 土 内部 温升 ， 抑制水 泥水 化速度 ， 在 满 足混凝 土强 度 、 耐久 性 的前提 下 ， 采用 较低 的水 泥用 量 ， 同时掺 入一 定量 的优质 粉 煤 灰 ， “ 分解 ” 水 化 热 ， 同 时改善混凝土和易性。使用缓凝型的外加剂 ， 调整混 凝土凝结时间 ， 保证混凝土的整体浇筑 ， 同时延长混凝 土 内部散 热 过 程 ， 避 免 温 度 和 应 力 的集 中释 放 裂 缝 。 底板 、 外墙 、 顶板混凝土单方碱含量分别为 1 7 0 、 1 9 8 和 1 9 1 k g ， 均符合 国家标准要 求 。 1 2 8 铁道建筑 J u n e ， 2 0 1 0 4 大体积混凝土施工 本 工程基础 约 为 2 5 0 0 0 m ， 体积 较 大 ， 必须 采 取 有效 的措 施控制 混凝土 的水化热 ， 避免产生 温度裂缝 。 除 了掺加 适量 的粉煤灰 ， 采 取 混凝 土缓 凝 和覆 盖 养 护 措施外 ， 控 制人模 温度 十分 重 要 。本 工程 施工 时 间段 是 2 0 0 9年 2月 至 3月 ， 所 以人模 温度 的控 制应分 两个 季节考虑 。 4 1 冬 期施工 基 础底板和外 墙混 凝 土 大部 分处 于冬期 施 工 ， 少 部分为 常温施工 。冬期 施 工期 间 ， 混凝 土 的人 模 温度 应控制在5 1 0 。应控制好 热水 的温度 。 4 2非冬期 施工 混凝土人 模温度 控 制一 直 没有 得 到足 够 的重 视 ， 特别是 高温季 节 ， 混凝 土人模温度 经常失控 ， 有 的甚 至 达到3 5 以上 ， 对混凝 土的水 化热 控 制非 常不 利 。控 制混凝 土的人模温度 不是简 单的加 冰水问题 。实践证 明 ， 加冰水后 ， 混 凝 土 的 人 模 温 度 仅 仅 降 低 了 l 2 ， 控制 混凝土 的入模 温度 必须从 原材 料抓 起 ， 水 泥 温度 控制 ， 建议 水泥温 度不得 超过6 0 ； 骨料 温度 ， 建 议选择砂 、 石料有 大棚 的搅拌 站 。 4 3大体积 混凝土 的浇筑和 养护 混凝 土浇筑方法 必须合 理 ， 避免混 凝土 出现冷缝 ， 从 而产生渗水 通路 。 本工程 的混 凝土浇筑 方法是 沿纵 向采用 连续 浇筑 方法 ， 混凝 土 自然 流 淌形 成 一个 斜坡 。这 种 方法 能 较 好地适应泵送工艺 ， 避免泵管的经常拆除冲洗和接长 ， 提高泵送效率， 保证及时接缝 ， 避免冷缝的出现。在浇 筑 混凝土时 ， 在每个浇筑 带 的前后 布置两 道振动器 ， 第 一 道布置在混凝 土 的卸料 点 ， 主要 解决上部 的振实 ， 第 二道 布置在 混 凝 土坡 角 处 ， 确 保 下 部 混凝 土 的 密 实 。 为防止 混凝 土集 中堆 积 ， 先振 捣 出料 口处 混凝土 ， 形 成 自然流 淌坡度 ， 然后 全 面振 捣 ， 并严 格 控制 振捣 时 间 、 振捣棒的移动间距和插人深度。 4 4混凝 土浇筑 1 ) 混凝 土的浇 筑应 严格 控 制混 凝土 坍落 度 ， 人模 混凝 土坍落 度不宜超 过 2 0 0 mm。 2 ) 在浇筑 C S A混凝土前， 模板及钢筋间的所有杂 物必须 清理干 净 。 3 ) 混凝土 的浇筑要 连 续 ， 按 施 工组 织设 计 方案 和 混 凝土施 工规范进行 ， 并避 免混 凝土出现 冷缝 。 4 ) C S A混凝 土振 捣 必须 密 实 ， 不 能 漏振 、 欠 振 、 也 不 可过振 。振 捣 时间 宜为 l 0 3 0 s ， 以混凝 土开 始泛 浆和 不 冒气泡 为准 。振捣时 ， 快插慢拔 ， 振点布 置要均 匀 。在 施工缝 、 预埋件 处 ， 加强 振捣 。 5 ) 混 凝土接茬 时间 不宜超 过 6 h 。 4 5混凝 土养护 混凝土 的养护是 保 证 质量 的 最重 要 的措 施之 一 ， 一 定 要派专人 负责养 护工作 。本工程 处于季 节变换时 期 ， 应 密切注 意天气 预报 ， 根据 气温情况 采用相应 的养 护 措施 。 1 ) 底板 混凝 土。北京 地 区 3月 1 5日前 为冬 期施 工 的法定 时间 ， 除 了 由于气 候 干燥 引起 混 凝 土表 面失 水过快的现象外， 尚有可能存在混凝土表面早期受冻 问题 。本工程 底 板 混 凝 土 的浇 筑 在 2月 1 5 日左 右 。 因此 ， 本工程底板混凝土不具备二次抹压条件， 可以不 进行二次抹压工艺。在此情况下 ， 混凝土浇筑完毕后 ， 必须立即覆盖一层塑料薄膜， 以防止混凝土表面出现 裂缝( 主要是塑性沉降裂缝 、 和表 面快速失水干缩裂 缝 ) ， 混凝 土终 凝 后 ， 覆 盖 12层 养 护 草 垫进 行 蓄 热 养护 ， 确 保混凝 土 内外 温差 不超 过2 5。在全 部浇 捣 完毕后 ， 采用蓄水 养护方 式养护 。 2 0 1 0年第 6期 超长混凝土结构整体浇筑施工技术 l 2 9 2 ) 墙体 混凝 土 。墙 体 混 凝 土浇 筑 时 ， 气 温 已经 提 升 ， 混凝 土受 冻 的可 能性 极 小 。墙 体 混 凝 土 为 立 面 结 构 ， 水 分无法 集 聚 ， 洒水 后会很 快 风干 ， 另外 ， 本工 程墙 体混凝 土厚度 达 8 0 0 1T i m， 加 上 强 度 等 级 高 ， 造 成 混凝 土具有 大体积 混凝 土 的 性质 ， 需 要 控 制 墙 体 混凝 土 的 水化热 ， 因此 ， 墙体混凝 土的养护遵循下述原则 ： 拆模 时间不 得少 于 3 d ； 采 用钢 模 板 ， 降低 混 凝 土水 化 热 的 峰值 ； 对 于 已经浇筑 完 毕 的混凝 土 ， 混 凝 土终 凝 后 ， 沿 混 凝土水 平施 工缝 上部 浇水 养 护 ， 并 提 前 松 动支 撑 模 板 的螺栓 ， 便 于水分 通 过 缝 隙进 入 混 凝 土 的 表 面进 行 养 护 ； 拆模 后 ， 立 即涂刷 混凝 土养护 剂 ， 边 拆模 边涂 刷 。 3 ) 梁 板混凝 土 。对 梁板 混 凝 土 的养 护 ， 根 据 气 候 情 况采取 两项 措施 ： 浇筑 混凝 土期 间 ， 风 力很 小时 采用 混凝 土表 面二 次抹压 +洒 水 的方 式 养护 ； 风力 较 大 时 采用 覆盖 塑料 薄膜 +洒水 的方 式养 护 。 4 6 混凝 土质 量检测 与控 制 每班 检测 砂 的含 水率 和混 凝 土 的坍 落 度不 少 于 2 次 。 每 班 检 查 原 材 料 的 称 量 不 少 于2 次 。 按 G B 5 0 2 0 4 -2 0 0 2 ( 混凝 土结 构工程 施工 及验 收规 范 留 置抗 压强 度试块 及检 验评定 。 5 结 语 本 工程 施工 完 毕后 经 检验 ， 混 凝土 裂 缝 均控 制 在 规定 范围 内 ， 因为取 消后 浇 带 ， 工 期 提 前 2个 多 月 ， 节 约施 工 成本 约 2 0 0万 元 。地 下室 模 板拆 除 后 ， 进 行 裂 缝检测 ， 目测没有 发 现 任何 裂 缝 ， 经 过 回弹检 测 ， 混 凝 土 强度 满足 设计 要求 。 参 考 文 献 1 高峰， 王连国 ， 鹿焕海 金塘大桥预制墩身大体 积混凝土裂 缝 开展与控制研究 J 铁道建筑 ， 2 0 0 8 ( 1 1 ) ： 2 1 2 3 2 齐有章 大体 积混凝 土结构 裂缝 控制探 讨 J 铁 道建 筑 ， 2 0 0 6 ( 3 )：9 7 9 8 3 宋 翻身 地下室底板大体积混凝 土施 工质量控制 J 铁道 建筑 ， 2 0 0 8 ( 3 ) ：1 0 2 1 0 3 ( 责任 审编 王红) ( 上接 第 9 6页 ) 3 O 25 2 O g 1 5 醚 1 O 5 O 20 0 4 00 60 0 80 0 里 程 k m 图 5 路 基基底土样 的毛细水上 升高度 和 地下水位埋藏深度 的比较 ( 单 位 ： i n ) 从 图 5中可 以看 出 ， 对 于 地 下 水位 埋 深 小 于 相 应 基底 土的毛 细水 上升 高度 的情况 ， 可 以分 为两段 ： 第 一 段 出现在 多年冻 土 区中 的融 区中 ， 里 程为 K 1 2 3 4+ 6 6 1 K 1 3 1 6+ 5 3 3 ； 第二 段 同样 出现在 多年 冻土 区 中 的融 区 中 ， 里程 为K 1 3 8 4+ 9 7 5 K1 4 2 6+3 9 6 。也 就 是说 ， 根据 目前 掌握 的资料 ， 可 以预 计 到 青 藏铁 路 冻 土 区 中 路基 的冻胀 问题 将 出现 在 上 述两 个 段 落 中 ， 为 方 便 起 见 ， 把 上述 两个段 落称 之为路 基 冻胀 区域 。 3 结 论 经过对 随 机 选 取 的 2 3 0个 断 面 6 2 1组 土 样 的 分 析 ， 可 以认 为无论 是多 年冻 土 区还是深 季 节冻 土区 ， 路 基 土体 特别 是气候 剧烈 影响 带 内的填 土完全是 由粗颗 粒 填料组 成 ， 正常 情 况 下冻 胀 量 很 小 。但 考虑 到路 基 的冻胀 是一 个随机 变量 和 由于强冻 胀带 填料 近似处 于 一 个 敞开 的系统 中 ， 大气 降水 对其 冻 胀 有着 至 关 重要 的影响 ， 如果 在 暖季 末一 寒 季初 大 气 降水 足够 多并 且 适 时 的情 况 下 ， 即使 是 粗 颗 粒 土 ( 饱 和 状 态 下 ) ， 仍 然 会 产生较 可 观的冻 胀量 。 在里 程 K1 2 3 4+6 6 1K1 3 1 6+5 3 3和 K1 3 8 4+ 9 7 5K 1 4 2 6+3 9 6的多 年冻 土 区 中的融 区 中 ， 敞开 系 统的条件下 ， 由于基底土体的性质与地下水位埋藏较 浅 的缘故 ， 推 断 出会 出现 路 基 的 冻胀 问题 。今 后在 路 基 维护 时应予 以重 视 。提 出了多年 冻土 区和深 季节冻 土 区 ( 多 年 冻 土 区 中融 区 ) 路基 土体 的不 同冻胀 变 形 模式 参 考 文 献 1 钟敏辉 ， 王少斌 季 节性冻 土路基 冻胀性 分析及 治理措施 J 铁道建筑 ， 2 0 0 9 ( 4 ) ： 9 6 - 9 8 2 王春雷 ， 谢 强 ， 姜崇喜 ， 等 青藏铁路 冻 区盐 渍土热特性 及 力学性能分析 J 岩土力学 ， 2 0 0 9 ， 3 0 ( 3 ) ： 8 3 6 - 8 3 9 3 童长江 ， 管枫年 土的冻胀 与建筑物冻 害防治 M 北 京 ： 水 利 电力 出版 社 ， l 9 9 5： 5 6 6 0 4 马巍 ， 程 国栋 ， 吴青柏 多年冻 土地 区主动冷却地 基方法研 究 J 冰川冻 土 ， 2 0 0 2 ， 2 4 ( 5 ) ： 5 7 9 5 8 7 ( 责任 审编 王红)