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大型地下空間工程混凝土結構裂縫控制技術

  • 時間:2016-03-04 12:43:46????????瀏覽量:????????作者:...
摘要:大型地下空間工程因混凝土結構超長、面積超大、溫差及混凝土收縮引起的應力較大,常常導致結構開裂,出現滲漏水,影響工程的正常使用。結合北京奧林匹克公園大型地下空間(商吻工程,從溫度及收縮應力產生的機理出發,介紹了防比超長混凝土結構產生裂縫的技術措施。
大型地下空間工程混凝土結構裂縫控制技術
1、工程概祝:
    北京奧林匹克公園地下空問(商業)工程,總面積25萬㎡,由我單位承建的II標段工程的建筑面積17.3萬㎡,南北向長405 m,東西向寬205 m,占地總面積85 470㎡,基坑深19.89 tno防水等級一級,設防水位地面以卜2~3 m,水位高、水壓大。設計要求結構自防水,基礎、外墻和地卜一層頂板均為抗滲混凝土,抗滲等級S12。
    205 mx 405 m的結構中僅設置了兩道結構縫,將工程分為205 mx 126 m、205 mx 141.8 m、205 mx 136.1 m的三塊地下整體結構,均屬超長超大混凝土結構。外墻厚500 mn,地下一層頂板厚400 mn。
 
2、裂縫產生原因和控制原則:
    眾所周知,混凝土抗拉能力較弱,而在施工和使用過程中,溫度升降、收縮及約束作用幾乎不可避免,所以混凝土工程比較容易出現裂縫,而這個問題在超長混凝土結構中更為突出。
    根據溫度及收縮應力的本質以及工程中處理裂縫的經驗,工程界現已總結出“抗”與“放”的裂縫控制原則。“抗”就是使結構材料具有足夠的抗拉強度和極限拉伸來抵抗約束內力;其主要方法是選用高強材料,施加預應力,使用膨脹劑,摻加纖維以改善混凝土抗拉強度等。“放”就是使材料和結構具有較大的變形能力,減小構件問的相互約束,從而避免在結構中產生過大的內力:其主要方法是設置伸縮縫、后澆帶,設置滑動層,減小構件尺寸以減小約束等。
 
3、控制裂縫的主要措施:
3.1、防比混凝土早期裂縫:
3.1.1、合理選擇原材料:
    ①施工中宜采用低熱的水泥品種;盡量避免使用細度過細的水泥,因為細度太細的水泥水化快,水化收量大,易開裂。②粗骨料應盡可能接近中問級配;細骨料以采用中、粗砂為宜。這樣每立方米混凝土可減少了用水量,水泥用量也可相應減少,從而降低了混凝土的溫升和減少混凝土的收縮。③砂、石料的含泥量必須嚴格控制,超過規定,會增加混凝土的收縮,引起混凝土抗拉強度降低,對混凝土的抗裂}-分不利,一般石子的含泥量控制在小于1%、砂子含泥量控制在小于1.5%。
 
3.1.2、防比混凝土表層水分過早揮發:
    由于混凝土加入泵送劑后,緩凝時問長,如按常規操作,待混凝土初凝后,再用抹子壓光的老辦法,表面水分已在5~6 h內揮發,裂縫已經形成。為此,可以在振搗完成后,邊收漿抹面,同時立即覆蓋塑料薄膜,可將塑料薄膜卷成卷,后退法施工。由于塑料膜不透氣,水分不易揮發,即使有空障也會形成高濕度小空問,對混凝土養護是有利的。
 
3.1.3、消除混凝土初凝后的擾動:
    ①混凝土強度達到1~2N/ mlt前不得在其上踩踏或安裝模板及支架。②混凝土澆筑前,認真檢查模板牢固程度。特別對跨度較大的部位應加密支撐。③合理布置混凝土輸送管,輸送管支架桿必須支撐在模板上,消除對模板的擾動。④混凝土表層蓋了塑料薄膜,外上層再覆蓋1~2層草袋保溫,促使混凝土強度發展迅速。⑤嚴格控制拆模時問。
 
3.2、合理配置縱向鋼筋:
    合理的構造配筋可以延緩裂縫的產生,減小裂縫寬度。板的配筋宜細一點密一點,可以提高混凝土的極限拉應變。板受壓區應連續通長配筋。本工程各層結構頂板的上鐵cp 12@300鐵α 12@50mm。
 
3.3、合理設置后澆帶:
    在超長混凝土結構施工中合理設置后澆帶,可以釋放混凝土的早期收縮,使結構在混凝土的早期收縮時處于非超長狀態。后澆帶基本留設在小跨梁開問或受力較小的部位,一般可在梁跨1/3處。后澆帶的設置雖然簡單,但施工時也應予以充分重視,一旦處理不好,不僅無法達到預期效果,還會給結構留卜安全隱患,并影響結構的防水性能。
    本工程沿長向設置了兩道伸縮縫,將工程分為三個單元。每個單元長向設三條后澆帶,短向設兩條后澆帶,頂板與底板上卜層對應,后澆帶寬800 mn這樣將每個單元分割成大小不等的12塊。后澆帶兩側采用快易收口網,防比主體結構混凝土流入后澆帶;澆筑前應將接縫表面清洗干凈并涂刷優質水泥基滲透結晶型防水涂料,以確保結構防水效果。后澆帶混凝土養護時問不少于14 d。
圖1北京奧林匹克公園地下空間(商業)II段后澆帶布置圖
 
圖1北京奧林匹克公園地下空間(商業)II段后澆帶布置圖
3.4、采用UEA微膨脹一補償收縮混凝土:
    UEA是由鋁酸或硫酸鋁熟料加入明礬石、石膏,經研磨而成的高效合成膨脹劑,呈灰白色粉劑,比重為2.85。其抗裂原理為:在混凝土中用UEA以10%~12%量取代水泥即可拌制成UEA補償收縮混凝土。這使其產生的膨脹能轉為的預壓應力存儲在結構中,用以抵消結構中產生的大部分乃至全部拉應力。
    本工程全部采取了摻加1}的微膨脹一補償收縮混凝土。膨脹劑選用天津豹鳴膨脹劑I衛人膨脹率≥3.0x 10-4,混凝土水中膨脹率≥2.0x 10-4。該高性能膨脹劑膨脹性能高,是普通膨脹劑的3倍,可實現調控膨脹速度,對補償混凝土的收縮具有顯著效果,而且絕濕條件卜能夠膨脹,尤其是難以養護的外墻及頂板部位。
 
3.5、采用預應力技術:
    使用預應力進行裂縫控制的原理是:在結構成型時預先在結構的超長方向建立一定數量的軸向預壓應力及應變,以克服溫差和收縮引起的收縮變形、全部或部分抵消由此產生的拉應力,避免混凝土開裂或控制裂縫的寬度。預應力的施加彌補了混凝土抗拉強度低的缺點,將混凝土變成勻質的彈性體,這種彈性體能夠承受溫度及收縮應力。
    無粘結預應力筋具有布置靈活、張拉錨固方便、強度高等特點,適用于超長結構的預應力施加。本工程在地卜一層頂板配置了縱、橫雙向無粘結預應力筋,在地下一層墻體配置橫向無粘結預應力筋,均采用fpt k1860級cp 15.2mm低松弛鋼絞線,預應少J錨具張拉端采用單孔夾片錨具,固定端采用單束擠壓錨具。在40 m以下時采用單端張拉,大于40 m時采用雙端張拉。張拉端根據不同部位,分別在后澆帶內、內墻和梁板穴模處進行張拉。
    本工程中無粘結預應力筋使用范圍較大,地卜一層梁、頂板、外墻中均有使用。梁中的無粘結預應力筋按集團束方式,采用曲線布置;墻中的無粘結預應力筋分內外二排,豎向問距500 mn,按單束方式,采用水平直線布置;板中的無粘結預應力筋雙向問距350 mn,按單束方式,采用曲線布置。張拉端均采用單孔錨具,分別在后澆帶內和粱板墻表面張拉(圖2一圖5)。本工程共使用了約600 t無粘結預應力筋,10 000余套錨具。
圖3梁應力曲線及張拉位置圖
圖3梁應力曲線及張拉位置圖
      (圖中:h中:跨中預應力高度,緊貼下鐵上皮綁扎;h支:支座預應力高度,緊貼上鐵下皮綁扎;h1,h2:反彎點高度;)
圖4墻體預應力筋布置圖
 
圖4墻體預應力筋布置圖
圖5墻體預應力筋張拉位置圖
圖5墻體預應力筋張拉位置圖

 
4、總結:
    本工程各層頂板及墻均為超長結構,一般情況卜易出現裂縫,但采取了以上的綜合措施,結構于2006年12月施工完成,經歷了2007年較冷的冬季,未見裂縫,說明設計及施工是成功的,該工程被評為北京市2006年度結構長城杯金質獎工程。

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