超长无缝垃圾坑设计中膨胀加强带的应用设计

超长无缝垃圾坑设计中膨胀加强带的应用设计

胡晋1 朱友军2

1中国联合工程有限公司,浙江省杭州市滨江区310051

2杭州临江环境能源有限公司,浙江省杭州市钱塘新区310000

摘要：随着我国超长混凝土结构的发展，采用扩展加固带进行超长结构的无缝连接已经得到了广泛的应用。本文通过对超长混凝土结构的扩展加固，对其在实际工程中的布置和构造进行了分析，给出了具体的施工方案、施工原则和施工建议。

关键词：超长混凝土结构；膨胀加强带；无缝设计；应用

引言

近几年，随着城市建设的迅速发展，各类大型公共建筑、广场、体育场馆、机场航站楼等纷纷出现。这些建筑物的共同特征是其平面尺寸较大，大大超出了规范规定的伸缩缝间距，而且在一定程度上影响了结构的防水和耐用性，并使其整体性能变差，因此，对无接缝的超长混凝土结构进行研究显得尤为重要。当结构的面积变大时，温度变化和混凝土的收缩等因素会对结构产生较大的约束效应，从而引起结构开裂，从而对建筑物的使用和耐用性造成很大的影响。对超长钢筋砼屋顶和地下室结构进行裂缝控制，能够保证整体的经济性和安全性。

1扩张式加固胶条用于超长结构的无缝连接

所谓的“缝”，就是在超长混凝土结构的设计与施工中不设缝。在结构上，一般都是以补偿收缩混凝土与膨胀加固胶条相结合的方式来进行，其设计思想是“抗放兼备、以抗为主”，膨胀剂的抗缩性机理是由于其化学膨胀受钢筋和相邻位置的限制，使其内部产生一定的预压力，从而消除了局部收缩，避免了裂纹的发生。经计算和分析，在超长结构中适当设置一条膨胀加固带，可以在一定程度上弥补其收缩应力，改善其应力状态，从而降低或消除其收缩开裂。在一种结构中，如果有两条或两条以上的膨胀加固带，根据有关施工工艺，可以采用连续的循环浇注。采用膨胀加固带进行连续浇注，可以有效地改善结构内部的应力分布，使结构整体性能得到提高。对超长混凝土结构进行适当的膨胀加固，并采用适当的施工措施是非常必要的。图1显示了混凝土结构在安装膨胀加固带后的内部应力的变化。

图1膨胀加强带补偿收缩应力原理

无膨胀加固区的一般混凝土结构在温度收缩时，其应力分布呈 ABCDE曲线，从两端到中间逐渐增加，在 B和 D点处，σ= ftk，在临界条件下出现裂纹；在超长混凝土中加入了小体积膨胀剂后，其收缩应力在某种程度上减小，应力分布曲线变成 FGHIJ，而在 G点和 I点处，则出现了裂纹；在整体上采用小掺量补偿收缩混凝土，在合理位置 G、 I处设置膨胀加固带，并采用大掺量补偿收缩混凝土，可有效地改善结构的应力状态，使其应力分布曲线变成 FKLMNPJ。结果表明，通过增大膨胀剂的用量，可以有效地消除钢筋的收缩应力，从而使钢筋的应力曲线从 L点和 N点恢复，从而使钢筋的最大应力保持在钢筋混凝土的抗拉强度范围之内，从而达到控制裂缝的目的。

2工程概况

某项目的主要厂房分为南北两部分，两部分基本为镜面式布局，每个单元的宽度大约82.3 m，长105 m，单元内部的垃圾池宽度大约32 m，长度大约86.2 m。工厂和垃圾池都是超长结构，远远超过了钢筋砼结构和池身的最大连接距离。一方面，由于混凝土的抗拉性能低，在温度改变时，其内部容易出现拉应力，从而导致裂缝。而由于垃圾池的超长，使进料跨越各个层面形成了一个狭长的框架，这种狭长的结构面内表面的外部刚性较差，而且在大量高垃圾的侧向压力下，进料侧的池壁和框架容易发生过大的变形。在设计时，应注意对混凝土的干燥开裂、温度应力进行有效的控制，并对垃圾堆载引起的侧向变形进行合理的控制。

图2本工程南侧单元计算模型轴测图

3膨胀加强带的设置及构造

在超长结构的设计中，经常会出现后浇带产生的收缩应力的现象，但在后浇带处，需要等主体完成，两侧的混凝土收缩基本稳定后才能进行膨胀混凝土浇筑，导致施工工期较长，而且后浇带内混凝土残渣难以清理，处理不好极易留下裂缝。为了有效地控制混凝土的变形开裂，在适当位置设置了膨胀加固带，并用膨胀加固带代替了后浇带，保证了混凝土的连续浇筑，防止了由于后浇带的存在，使结构整体不受影响，并防止了渗滤液外渗、恶臭等环境问题。

4膨胀加强带的间距

根据施工技术和布局的特点，在主厂房南北两个主厂房的中间部位，分别设置2米宽、通长和通高的膨胀加固带；另外，为了扩大渗透通道或进行止水隔离，还针对底板和侧墙设置了各种形状的加固带。在膨胀加固带的两边设置直径不超过10毫米的密孔钢丝网，隔离了内部和外部的混凝土。横向加热钢筋在纵向上、下、外、外钢筋上均匀排列，横向温度钢筋沿纵向方向分布，两端延伸至膨胀加固带，并与上下（或内、外）钢筋连接。在超长钢筋混凝土中，采用微膨胀混凝土进行连续灌注，其预压应力可以有效地防止混凝土裂缝的发生。

5施工方案

该项目所采用的膨胀加固带，其设计极限膨胀系数为4.0x10-4，等于40℃，也就是说，在温降时，加固区内的温差可以相应降低40℃，从而对两边的混凝土产生预压。另外，在池体混凝土中加入了10%的高强混凝土膨胀剂和高性能人造纤维（30~48微米，断裂强度>480 MPa,1 kg/立方米），对温度应力进行了有效的控制，避免了高温开裂。在设计中，在混凝土板、墙体和纵向梁等温度应力比较大的地方，采用了一种具有通长的钢筋，以增强其抗开裂性能。通过对本项目结构的温度应力分析，发现边墙边框和底板接合部的边墙有明显的应力集中，为了防止侧墙出现裂缝，应在边墙上加细筋。

该项目在南、北两座主厂房的结构单元上，每一层均为一复杂的地面。楼面是主厂房中面积较大、面积较大的横向构件，它具有平面内部和外部的刚性。在结构分析中，楼板的刚度对整个结构的计算结果有很大的影响。在此结构的分析中，楼面刚度的合理假设是一个重要的计算准则。该项目楼板的结构形式不规则、细长，在此条件下，其楼板表面的协调变形将引起楼面内各抗边构件的位移及内力产生很大的影响。尤其是在内压作用下，侧向刚度较低的侧墙、柱子等构件在不同的计算假设下，其位移、内力会发生很大的变化，如果处理不好，会造成整体的大变形。在此情形下，如果采用常规的刚性楼面假设进行计算，不仅会导致不准确，而且也不能保证其可靠性。考虑到料槽跨板刚度的不同，料槽内填料池的壁面变形有很大差别，考虑到本项目各单元的结构布局特征，在设计时，上部结构的各个楼层只考虑了卸料台楼板的刚度，其他楼层都是弹性板，以模拟楼板可能发生的面内变形，从而分析控制结构的横向变形。由于供料架刚性较差，在4 m层处增加了一层夹层框架梁，而不会影响到工艺管线的布置。另外，在-2.1米处增设斜地梁，连接后部的承台，增强了料槽前、后两行立柱的整体性能，减少了垃圾池后部的整体变形。通过反复试验，确定了每一层楼板的厚度，从而保证了板的内部刚度和经济性能。

结束语

通过以上几种主要的设计方法，可以很好地控制结构的整体变形。同时，在实际运行中，垃圾池的变形也很少，证明了该方案的可行性。

参考文献：

[1]杨黎.超长混凝土结构膨胀加强带有限元模拟与温度场分析[D].河北工程大学,2021.DOI:10.27104/d.cnki.ghbjy.2021.000769.

[2]孙宁.膨胀加强带在超长混凝土结构无缝设计的应用[J].四川水泥,2018(05):68-69.

[3]黄威,潘钻峰,沈雷鸣,任鑫森,焦春子.膨胀加强带在超长混凝土结构中的应用[J].建筑施工,2016,38(09):1222-1224.DOI:10.14144/j.cnki.jzsg.2016.09.018.