超长混凝土结构工程车库地下室跳仓法施工技术探究

超长混凝土结构工程车库地下室跳仓法施工技术探究

买吾列提江·亚生江

武汉大学土木建筑工程学院

摘要

超长混凝土结构施工过程中，如何解决大体积超长混凝土结构因冷缩和干缩产生的开裂的问题以及拉应力造成的危害，是一项技术难题，若不能得到良好的处理，则会影响整个工程质量。砼结构“跳仓法”施工技术，不仅可以取消永久变形缝，加快进度，节约成本，便于施工，而且实现了砼有害裂缝控制，减少了后期渗漏隐患。基于此，本文详细探讨了跳仓法施工技术的研究与应用，旨在提升建筑工程的施工质量。

一、原理与说明

1.1 跳仓法说明

超长混凝土结构跳仓无缝施工技术，利用混凝土结构裂缝控制中“抗放兼施”思想，取消温度后浇带，并采用综合方法避免混凝土结构产生有害裂缝，同时通过合理控制各道工序的持续时间，使得取得温度后浇带的混凝土结构仍可按传统后浇带结构流水施工的要求组织施工，是一项可以加快工期、提高结构整体稳定性的新技术。

1.2 跳仓法原理

基于“混凝土的开裂是一个涉及设计、施工、材料、环境及管理等的综合性问题，必须采取‘抗’与‘放’相结合的综合措施来预防”。“跳仓施工方法”虽然叫“跳仓法”但同时注意的是‘抗’与‘放’两个方面。

“放”的原理是基于目前在工民建混凝土结构中，胶凝材料（水泥）水化放热速率较快，l～3d达到峰值，以后迅速下降，经过7～14d接近环境温度的特点，通过对现场施工进度、流水、场地的合理安排，先将超长结构划分为若干仓，相邻仓混凝土需要间隔7天后才能浇筑相连，通过跳仓间隔释放混凝土前期大部分温度变形与干燥收缩变形引起的约束应力。

“抗”的基本原则是在不增加胶凝材料用量的基础上，尽量提高混凝土的抗拉强度，主要从控制混凝土原材料性能、优化混凝土配合比入手，包括控制骨料粒径、级配与含泥量，尽量减小胶凝材料用量与用水量，控制混凝土入模温度与入模塌落度，保证混凝土的均质密实等方面。“抗”的措施还包括加强构造配筋，尤其是板角处的放射筋与大梁中的腰筋。结构整体封仓后，以混凝土本身的抗拉强度抵抗后期的收缩应力，整个过程“先放后抗”，最后“以抗为主”。

二、跳仓施工收缩应力计算

2.1 底板水化热温度场分析

（1）基本参数

1）保温材料为：底板上表面为一层薄膜加一层土工布。

2）浇筑时的大气温度取15℃；

3）混凝土密度：2440 kg/m3

4）混凝土导热系数：8.595

5）混凝土比热容：0.948

6）混凝土入模温度：20度

7）计算模型依据C30混凝土配合比

（2）模型建立

底板温度场计算按平面应变问题来考虑，建立标准单元底板有限元模型，见图1-1所示。

图1-1 有限元模型

（3）计算结果及分析

第28小时底板温度场如图1-2

图1-2第28小时梁温度场底板中心与上表面点温度时间曲线如下图所示：

2.2 底板干燥收缩计算

底板不同龄期收缩计算公式：

2.3配筋底板最大一次性浇筑长度估算

（1）混凝土的极限拉应变

混凝土的极限拉应变为：

根据底板的水平配筋率为0.37％可得：

＝=127.06*10-6

考虑混凝土的徐变，取放大系数1.5（养护较好）：

（2） 底板综合温差

底板的综合降温为：

为底板中心水泥水化热形成的降温，底板截面的平均水化热降温为：

℃；

为混凝土收缩形成的当量温升，根据计算底板干燥收缩等效降温可取为9.84℃。（60天完成回填与地下室封闭，只计算60天干燥收缩）

综合温差

（3） 平均缝间距

平均缝间距为：

外约束介质水平变形刚度由两部分组成一是软土地基水平变形刚度系数，按表1取为0.02 N/mm2；

外约束介质水平变形刚度表(N/mm2)

由计算可得底板由于水化热与干燥收缩小且所受外约束较小，在加强养护充份利用徐变的基础上，在水热降温与60天干燥收缩作用下，可一次性浇筑89.80m，而不出现有害的贯穿性裂缝。

2.4 典型底板跳仓施工收缩应力计算

选择最不利的人防区域筏板的施工过程计算，计算0.35米厚底板在跳仓施工过程中的温度应力。该底板，从西到东编号为1、2、3，浇筑次序依次为1， 2，1。为计算方便根据把每次浇筑的混凝土编为一仓，实际中每仓的浇筑间隔大于7天，但为了计算简便且偏于安全考虑每仓的浇筑间隔时间可取为7天，这样该底板跳仓施工过程如下图，第一次浇筑1、3的浇筑块（长度取44m与44m）； 7天后第二次浇筑编号为2浇筑块（长度40m）

规范［1］［2］使用公式（3），对由于混凝土综合降温而产生的外约束应力进行计算。

(3)

计算每一时候浇筑块收缩应力时，各参数取时间段的平均值。

（1） 1～7天收缩应力

第一次浇筑第1、3仓，（长度为44m）

7天后浇筑块内中部最大拉应力为：

应力表达式中上标为浇筑仓编号，下标为浇筑混凝土批次编号，括号中数字为计算应力龄期。

（2） 7～14天收缩应力

第7天后浇筑第2仓（长度40m）的浇筑块，第1仓、第2仓、第3仓相连，第1、3仓失去一个自由边计算长度加倍为88m，综合降温取7～14天值。第2仓计算长度取相连后的长度130m，综合降温取3～7天值。

第一批浇筑的混凝土1、3：

第二批浇筑的混凝土2：

（3） 14～21天收缩应力

第1仓、第2仓、第3仓相连，第1、3仓失去一个自由边计算长度加倍为88m，综合降温取14～21天值。第2仓计算长度取相连后的长度130m，综合降温取7～14天值。

第一批浇筑的混凝土1、3：

第二批浇筑的混凝土2：

（4） 21～28天收缩应力

第1仓、第2仓、第3仓相连，第1、3仓失去一个自由边计算长度加倍为88m，，综合降温取21～28天值。第2仓计算长度取连成整体后的长度130 m，综合降温取14～21天值。

第一批浇筑的混凝土1：

第二批浇筑的混凝土2：

（5） 28～35天收缩应力

第28天1、3仓剩余的收缩值已很小，在松弛作用下收缩应力将不断减小，故不再计算。第2仓计算长度取连成整体后的长度130 m，，综合降温取21～28天值。

第一批浇筑的混凝土1，因收缩值已很小，在松弛作用下收缩应力将不断减小，故不再计算。

第二批浇筑的混凝土2：

各时段浇筑仓最大收缩应力汇总

2.5典型跳仓施工收缩应力计算小结

从上述计算过程可看出：

1、由于温度收缩应力始终与降温幅度成正比，故控制混凝土的内部水化温升大小，是控制温度收缩应力的关键，应努力从减小胶凝材料用量、用水量、控制入模温度等方面控制水化温升值与干缩值；

2、由于混凝土在早期特别是前28天内的松弛效应十分显著，应充分利用徐变松弛效应来减小结构内部应力的叠加，因此必须保证7天的跳仓浇筑间隔，让应力得到充分松弛后再累加，同时做好保温、保湿养护措施，让混凝土缓慢降温充分利用徐变松弛效应，也同时避免由于内外温差与表面干燥形成的表面收缩裂缝，自动测温系统配合土工布的养护措施，能较好地起到保温、保湿与监测作用。

3、在不增加胶凝材料用量的前提下，提高混凝土本身的抗拉强度是控制裂缝的根本，主要从控制骨料的含泥量、优化骨料级配、细致的振捣与收光，局部增加细而密的配筋等方面入手。

结论：跳仓法在浇筑早期通过小块分仓，释放了大量早期水化热温度收缩应力；通过分仓间隔7天浇筑充分利用混凝土的徐变特性，使收缩应力逐段发生，每时段收缩应力得到了大量松弛后再叠加，连成整体后虽然计算长度较长，但此时由于收缩已较小不会引起较大的收缩应力，故使用跳仓法施工可保证本工程底板不出现有害贯穿性裂缝。对于由于内外温差引起的混凝土表面裂缝，将通过保温、保湿养护解决。

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