柱下条形基础超长环形结构大体积混凝土裂缝控制施工技术.pdf

第3 3 卷第 l 2 期 Vo l - 3 3 No 1 2 建筑施工 B U I L D I N G C 0 NS T R U C T 1 0 N 柱 下条形基础超长环形结构 大体 积 混凝 土裂缝控制施工技术 C0 n s t r u c t i o n Te c hno l o g y f o r M a s s Co nc r e t e Cr a c k Co nt r o l o v e r S upe r Lo ng Ri ng -S ha pe d S t r u c t ur e o f S t r i p Fo u nda t i o n u nde r Co l u mn 口 骆发江 徐长锋 王招兵 王震 ( 中建 三局西北公 司 西安 7 1 0 0 6 5 ) 【 摘 要】 通过渭南体育中心体育场工程中遇到的环形柱下条形基础超长结构大体积混凝土施工问题，经过对裂缝产生的原 因分析和计算，采取了一些裂缝控制施工技术措施并指导施工，很好地避免了裂缝的出现。该施工技术可适用于类似超长结构 大体积混凝土工程施工时的裂缝控制。 【 关键词】抗裂剂 大体积混凝土 超长结构 裂缝控制 【 中圈分类号 T U 7 5 5 7 文献标识码 B 【 文章编号】 1 0 0 4 1 0 0 1 ( 2 0 1 1 ) 1 2 1 0 8 4 - 0 4 1 工程概况 渭南体育中心体育场整体呈椭圆形， 造型大气 ， 气势恢 宏， 结构复杂。工程建筑面积 3 7 7 4 0 m 2 ， 总造价 2 5 0 0 0万 元。建筑层数 B段 6层， A段 4层， C 、 D段 2层( 局部 4层 ) ， 建 筑高度 3 7 7 7 0 m ， 观众席 3 0 5 3 0座 ， 是集体育运动、 商务办 公、 公益服务等于一体的综合体育场所。主体建筑看台部分 为现浇钢筋混凝土结构 ， 屋面为 2个钢罩棚 ， 屋盖结构为空 间钢管桁架体系。 其主要功能是满足渭南市广大市民的日常 体育健身活动、 体育运动学校日常教学及训练比赛( 图 1 ) 。 图 I 体育场效果 2 施工难点 本工程除了桁架支撑简体和钢罩棚拱墩基础的桩 一承 台基础外 ， 主要的基础类型为柱下条形基础 ， 与建筑物一致 【 作者简介】 骆发江( 1 9 6 8 一) ， 男， 研究生， 总工程师。联系地 址 ：陕西省西安市高新 区丈八一路 汇鑫 I B C大厦 D座 1 1 楼 ( 7 1 0 0 6 5 ) 。 【 收稿 日期】 2 0 l 1 一 l l 一 3 0 为封闭的椭圆形。整体三圈，呈封闭的环形，外圈长径为 2 6 5 n l ， 外圈短径为 1 8 8 m ； 内圈长径为 2 2 9 m ， 内圈短径为 1 2 2 m 。条 形 基 础 的 主 要 尺 寸 为 5 0 0 ll l ll l X 1 8 0 0 l ll m 、 7 0 0 m il l X 1 8 0 0 m m、 8 0 0 mil l X 1 8 0 0 m m、 8 0 0 mm x 1 5 0 0 m i ll ，翼缘 板 的主要 尺 寸为 1 5 0 0 m m x 2 5 0 m m 、 2 0 0 0 m il l X 3 5 0 m ill 、 4 0 0 0 m mx 6 0 0 m ill o 柱下条形基础的截 面尺寸与周长在同类构筑物中属较大的， 均属大体积混凝土 ( 图 2 ) 。 图2 柱下条形基础平面示意 由于柱下条形基础受力是按照倒梁来计算的，我们考 虑到受力特点及支座处的约束条件，再加上基础为弧形 ， 其 变形较为复杂， 极易在外弧面上出现裂缝； 再加上结构受到 了温度收缩变形的影响，上部结构受力及周围大气环境变 化， 基础梁内部会产生因大体积混凝土导致的温度应力和干 缩拉应力、 结构本身受的拉力， 以及基础梁弧形本身的约束， 这在基础梁外侧面易产生较均匀的竖向裂缝。因此 ， 如何控 制柱下条形基础梁不产生裂缝， 基础和上部结构整体受力自 骆发江、 徐长锋、 王招兵 、 王 震： 柱下条形基础超长环形结构大体积混凝土裂缝控制施工技术 第 1 2 期 平衡体系正常、 结构安全是本工程的重点和难点。 同时， 裂缝 的避免也能提高混凝土的观感质量和业主的满意度( 图 3 ) 。 图 3 柱下条形基础剖面示意 理原理， 混凝土温度从高到低就引起了收缩 ， 再加上由于水 化热产生的热量蒸发了混凝土内部拌合水分 ， 这也会导致混 凝土构件的体积收缩变形 ，其受到地基和结构本身的约束， 不能自由变形 ， 因而产生收缩应力， 该收缩应力会在混凝土 内部产生拉应力。当该收缩应力超过混凝土抗拉极限强度 时， 则从约束面开始向上开裂形成收缩裂缝。 综上所述， 大体积混凝土在施工时 ， 要从各个环节控制 混凝土浇筑块体内部温度及变化 ， 来抑制它的温度裂缝和收 缩裂缝 ， 从而达到控制大体积混凝土裂缝的目的。 3 WG CM A三膨胀源抗裂剂原理 5 超长结构产生裂缝的原因分析 W G - C M A三膨胀源抗裂剂是一种新型高性能抗裂剂。它 是结合日本 C S A类膨胀剂及美国 M g 0类膨胀剂的优点而研 制的 C a 0 - M g 0 - A l 0 3 - S O 3 四体系三抗裂膨胀源高性能抗裂 剂。 其早期、 中期、 后期三重抗裂相互作用， 适当组合， 取长补 短 ， 克服 了传统膨胀剂单一硫铝酸钙膨胀源的缺陷， 其膨胀 效果为三者叠加， 故其限制膨胀率相对较高 ， 可以实现膨胀 剂在混凝土中的低掺( W G - C M A的掺量为 6 鬈8 茗 ， 而同类其 它产品的掺量为 8 名 1 2 o 传统的膨胀剂组份单一，膨胀主要发生在混凝土龄期 的早期，而对混凝土早期及后期产生的收缩不能有效补偿， 使应用传统膨胀剂的混凝土裂缝无法消除。W G C M A 三膨胀 源抗裂剂克服了上述弱点， 实施了早期、 中期和后期三个抗 裂膨胀源的方案。 其早期抗裂膨胀源能够在混凝土中引入更 大的膨胀 ， 避免了混凝土产生的早期开裂， 适宜的中期膨胀 能够防止混凝土中期开裂， 而引入的后期抗裂膨胀源对抑制 混凝土的后期收缩， 防止混凝土后期开裂， 故有独特的优势。 W G - C M A三膨胀源抗裂剂能够使混凝土的膨胀曲线与混凝土 的强度曲线相协调的发展 ， 有利于膨胀能力的有效发挥 ， 避 免了混凝土的早期、 中期和后期的开裂。此外 ， W G C M A三膨 胀源抗裂剂参与水泥水化反应生成的针棒状晶体可以逐步 地在水泥石构架中搭接延伸， 有效地堵塞空隙和切断了毛细 管通路 ， 使结构更加致密， 从而提高了混凝土的抗渗性能。 4 大体积混凝土产生裂缝的原因分析 大体积混凝土的裂缝主要分为两种， 一种是温度裂缝 ， 一 种是收缩裂缝。 大体积混凝土在硬化初期，水泥的水化热会产生大量 的热量 ， 使混凝土中心温度急剧上升， 而混凝土表面和边界 温度受到大气气温影响， 温度较低， 这样就形成了较大的内 外温度差 ， 使得混凝土的内部产生了压应力， 面层产生拉应 力， 因混凝土的抗拉强度较小， 当该拉应力超过混凝土抗拉 强度时， 混凝土表面就会产生裂缝。混凝土施工时所产生的 温度裂缝， 就是内部拉应力矛盾造成的。 混凝土浇筑施工完毕后，水泥的水化热产生的热量已 经基本释放完毕 ， 混凝土的内部温度开始逐渐降低 ， 由于物 本工程柱下条形基础的混凝土强度等级为 C 4 0 ， 水灰比 为 O 3 7 ，水泥单方用量为 3 3 3 k g l m 3 , W G - C M A三膨胀源抗裂 剂单方用量为 2 9 k g m 。 ， 混凝土在养护期间的限制膨胀率为 ( 1 3 ) X 1 0 ， 施工方式为泵送混凝土。由于用 W G - C M A三膨 胀源抗裂剂的混凝土在掺量为 8 的情况下可产生( 2 3 ) 1 0 的限制膨胀率， 因而可有效限制混凝土的收缩。 5 1 混凝土的温度变形值 s T = = a ( 1 ) 4 = 一 ( 2 ) 式中： 混凝土的线膨胀系数： 4 水化热温升值； 模温度； 环境温度。 本 工程 入模 温 度 与环 境 温度 的 温 差为 1 5 c c， 则 = 1 5 。 由热量计算公式推得水泥 ( 含 w G C M A 三膨胀源抗裂 剂) 水化热引起的混凝土内部绝热温升值为： ，【= ( w , Q 1 + w 2 Q 2 ) p C c ( 1 一 e - m r ) ( 3 ) 式中： 单方混凝土的水泥用量； G - C M A三膨胀源抗裂剂用量； 。 r 矿渣硅酸盐水泥水化热， 取 3 3 5 k J I ( g ； - C M A三 膨 胀 源 抗 裂 剂 的水 化 热 量 ， 取 3 2 5 k J k g： p 混凝土的密度 ， 取 2 4 5 0 k g m 。 ； C _广混凝土的比热， 取 0 9 7 k J k g o c i 7 一经验系数， 查表得 0 4 0 6 ； 龄期， 取 1 4 d 。 代入上式可得 5 2 0( c C) 。 散 热 系数取 0 3 3 ，则 由水 化热 引起 的温 升值 为 O 3 3T r =1 7 2 9 c c， 则 厶 1 5 = 1 7 2 9 + 1 5 = 3 2 2 9 o c，8 T =3 2 2X 1 0 。 5 2 混凝土的收缩变形值 按照中国建筑科学研究院混凝土研究所 “ 混凝土收缩 与徐变专题协作组” 提出的双曲线型经验公式计算： 8 D = = t ( 1 5 2 7 9 + 3 2 7 t ) |l3 1 p 2 3 p 4 p 5 X1 0 书 ( 4 ) 第 1 2期 骆发江、 徐长锋、 王招兵、 王 震 ： 柱下条形基础超长环形结构大体积混凝土裂缝控制施工技术 I 2 0 1 1 式中： B ， 卢 ， JB 。 ， ， 厂各因素的影响系数。 本工程这些系数取值如下 ：环境相对影响系数 卢 = 1 3 ； 构件截面尺寸影响系数 口 2 = 1 2 ； 养护方法的影响系数 3 =1 0 ； 粉煤灰掺量的影响系数 J B = 1 0 ； 混凝土的强度等级 影响系数为 口 = 1 0 ， t = 1 4 d 。把上面的数据代入式子中可 得 ： sf1= 1 1 01 0 o 5 8 混凝土的极限拉伸 E 与徐变 E s 按照齐斯克列里的经验公式进行计算： 8 m = O 5 f d1 + 1 0 pJ d ) 1 0 ( 5) 式中： 混凝土抗拉强度标准值， 取 1 7 5 N m m ； p 配筋率， 不加百分号， 如 O 5 6 ， 取 p s = 0 5 6 ； d 一钢筋直径， 取 d = 2 5 ， 代入上式可得 ： st u =1 3 7 X 1 O 。 混凝土的徐变 s = c o ( 6 ) 式中： 徐变度， c 4 o 取 8 7 2 1 0 ； 使用应力，偏安全考虑取混凝土抗压强度的一 半， 代入上式可得 ： 8 = O 7 1 X 1 0 。 则掺 W G C M A三膨胀源抗 裂剂的混凝土最终变形值为 ： s=8 E 一 ( s T +8 D -8 ) = 0 4 0 l O _ 4 o 由于混凝土的最终变形为正， 为受压状态，所以混凝 土不会开裂。 如果与上述条件相同， 采用普通的混凝土， 则最 终变形值为： l s l =s +8 D -s = 2 1 1 X 1 0 s t u 。 则普通混 凝土会在法向最大应力处开裂。 上述分析可以说明： 掺 W G C M A三膨胀源抗裂剂的混凝 土， 因W G C M A三膨胀源抗裂剂的膨胀应力补偿了结构的收 缩应力， 使其抗裂性能比普通混凝土优越很多。 6 柱下条基防裂施工技术措施 由于渭南体育场是渭南市的政府重点工程，也是民生 工程， 所以其质量要求很高。 项目部根据设计的防裂思路 ， 结 合一些国内外的施工方法和经验， 在总结传统施工经验的基 础上， 多方取证， 征求专家意见， 对施工工艺进行了研究和对 比， 最终在施工上采取了如下的一些技术措施： ( 1 )首先是原材料的控制 ， 进行大体积混凝土施工最 主要的环节就是温度控制， 我们要从原材料着手来降低混凝 土的内部温度， 并做好混凝土配合比设计及试配工作。具体 要求为： 水泥 ： 应选用水化热较低的水泥。 本工程应选用矿 渣硅酸盐水泥， 以减低水泥 自身的发热量。并尽可能的减少 水泥的用量， 充分利用混凝土的后期强度。每立方米混凝土 中的水泥用量( 含掺合料 ) 不宜小于 3 2 0 k g 。细骨料： 采用 细度模数 2 8 3 O 的中砂， 砂率宜为 3 5 一4 5 。粗骨料： 在可泵送的情况下，宜选用粒径 5 m m 2 O m m的连续级 配石子。 含泥量： 在大体积混凝土中， 粗细骨料的含泥量必 须现场取样实测， 粗骨料的含泥量应小于 ， 泥块含量不得 大于 O 5 ； 细骨料的含泥量应小于 1 5 名 ， 泥块含量不得大于 。掺合料 ： 添加粉煤灰。 在混凝土中掺用的粉煤灰不仅能 够节约水泥， 降低水化热 ， 增加混凝土和易性， 而且能够大幅 度提高混凝土后期强度，并且混凝土的2 8 d强度基本能接 近混凝土标准强度值。故本工程采用 6 0 d 龄期的混凝土强 度来代替 2 8 d 龄期强度 ， 以控制温升速率， 推移温升峰值出 现时间。外加剂 ： 采用添加 W G C M A三膨胀源抗裂剂和高 效缓凝减水剂。 此外， 混凝土中总含碱量使用非碱活性骨料 ； 混凝土中 氯离子总含量不得大于水泥用量的 0 3 ； 投料按照砂一石一 水泥一w G C H A 一粉煤灰一水进行 ，搅拌时间应比普通混凝 土延长 3 0 S 6 0 S 。 ( 2 )设置后浇带， 将超长的混凝土结构分成一块一块 较短的结构进行施工， 让混凝土充分发挥其拉伸和温度收缩 变形， 以减少外部约束。后浇带一般设置为 3 O m 道， 不宜设 置过多， 以免影响工期。 ( 3 )混凝土在进行浇筑施工时应采用斜面分层、 水平 推进的方法， 每个坡度按照 3 0 0 m m 层进行浇筑 ， 循序渐进 地进行普填。同时， 其不应采用分层下料、 分层浇筑的方法， 以保混凝土振捣密实。要加强混凝土浇筑施工的监管力度， 严格控制振捣时间，振捣棒插点采用行列式的次序移动， 每 次移动距离不得超过混凝土振捣棒有效作用半径的 1 2 5倍 ( 一般振动棒的作用半径为 3 0 c m4 0 c m) 。 振捣操作要“ 快 插慢拔” ， 防止混凝土内部振捣不实 ； 要“ 先振低处， 后振高 处” ， 防止高低坡面处混凝土出现振捣“ 松顶” 现象。在浇筑 时， 应由2个振捣工负责施工， 一个负责横向基础梁， 一个负 责纵向基础梁 ， 不得过振或漏振， 或留下冷缝。 ( 4 )混凝土浇筑要采用二次振捣技术 ， 待振捣完毕后 ， 应先用木抹子抹平， 待混凝土初凝后， 再进行二次抹压， 这样 可增强混凝土的密实度， 提高混凝土与钢筋的握裹力， 防止 因混凝土沉降收缩而出现的裂缝 ， 并减小内部的微裂缝。 ( 5 )混凝土入模的塌落度应控制在 1 6 0 m m1 8 0 m m， 要现场控制好入模塌落度 ， 防止因塌落度过大， 导致混凝土 冷缩和干缩增大， 从而增加混凝土的开裂几率。 ( 6 ) 温度控制：混凝土内部和表面的温差不能大于 2 5 c c， 表面与大气环境的温差不能大于 2 0 c c 。施工时控制 混凝土入模温度大于 1 O c C， 并加强覆盖， 通过过程测温情 况灵活把握覆盖的层数和厚度， 同时利用模板对基础梁的侧 面进行保温养护， 确保混凝土的温差在控制范围以内。模 板应在混凝土温差满足要求后方可拆除， 本工程柱下条形基 础模板个月后拆除，为了保证大体积混凝土的浇筑质量， 延长了拆模时间， 防止寒流袭击、 气温突变或风吹给混凝土 造成裂缝。直至外界气温与混凝土内部温差小于 2 5 c c 时才 可拆模。 ( 7 ) 混凝土的养护。待混凝土浇筑完后在基础梁侧面 再加盖两层草袋；在项面覆盖一层塑料薄膜和两层草袋， 这 样降低混凝土的内外温差， 起到良好的保温效果。在混凝土 终凝后拧松模板紧固系统， 松动模板， 让模板与混凝土接触形 第 3 3 卷第 1 2 期 Vo l - 3 3 No 1 2 建筑施2 2 B UI L DI N G C 0 N S T R U C T 1 0 N 厚 大体积混凝 土结构 掺加 聚丙烯纤维 C S A抗裂施工技 术 Ant i Cr a c ki ng Co ns t r uc t i o n Te c hno l o g y f o r Th i c k M a s s Co nc r e t e St r uc t u r e M i xe d wi t h Po l y pr o p y l e ne Fi be r a nd CSA 口 吴 悦 ( 中铁航空港建设集团北京有限公司 1 0 0 0 7 0 ) 【 摘 要 】 新建北京南站工程中因混凝土超长、超厚给浇筑施工带来了裂缝控制的技术难题。由此，工程中采用了在混凝土 结构中掺加聚丙烯纤维、C S A低碱混凝土膨胀剂的施工技术来控制裂缝的产生。经施工应用，该技术使用效果好，获得了良好 的社会 效益 和经济效益 。 【 关键词l超厚、 超长混凝土 聚丙烯纤维 结构施工 测温 【 中图分类号】 T U 7 5 5 6 文献标识码 B 【 文章编号】 1 0 0 4 1 0 0 1 ( 2 0 1 1 ) 1 2 1 0 8 7 0 3 1 工程概况 新建北京南站位于北京市南二环开阳桥南，占地面积 4 9 9 2 0 0 m ， 共设 1 3站台 2 4股道 ， 是集国有铁路、 地铁、 市 郊铁路和公交、 出租等市政交通设施为一体的大型综合交通 枢纽。 北京南站主站房为椭圆形高大建筑， 地上两层， 地下 3 层，总建筑面积 2 2 4 9 2 5 Il l 。地上部分长轴 5 0 0 m ，短轴 3 5 0 m； 地下部分长轴 3 9 7 1 m， 短轴 3 3 2 6 0 Il l 。 本工程混凝土体量大， 总浇筑量达到了 4 8 0 0 0 0 m 。 。主 要构件尺寸超厚超长， 底板厚度达到 2 m ， 一次性浇筑混凝 土面积超过 3 5 0 0 0 0 m ； 地下室墙体厚度达 1 2 0 0 m m ， 长度 超过 1 2 5 m ，内墙厚度更是达到了 1 5 0 0 m m；主梁断面为 【 作者简介】 吴 悦( 1 9 7 8 - ) ， 男， 本科， 工程师。 联系地址： 北京 市丰 台区南四环 西路 1 8 8号 1 2区 1 8号楼( 1 0 0 0 7 0 ) 。 【 收稿日 期 】 2 0 1 1 - 1 2 1 2 1 8 0 0 m m2 0 0 0 m m， 楼板厚度为 0 5 m 。 由于混凝土超长、 超厚大 ， 如果技术措施不到位， 很容易 产生温度裂缝及收缩裂缝， 严重影响混凝土的质量。所以在 本工程施工中， 我们将裂缝控制作为一项重要内容 ， 从流水 段划分、 混凝土原材及配合 比设计到浇筑 、 拆模及养护均提 出了详细的技术要求。 2 混凝土原材及配合比要求 2 1 聚丙烯纤维和 CS A低碱混凝土膨胀剂的应用 由于本工程在地下结构厚大混凝土结构中掺加了聚丙 烯纤维和 C S A 低碱混凝土膨胀剂( 硫铝酸钙类高效混凝土膨 胀剂 ) ， 所以提高了混凝土的抗裂、 抗渗、 抗冲击、 抗冻融循 环， 增强混凝土的韧性和延性， 提高混凝土综合性能的可靠 性和安全度， 并延长了结构物的使用寿命 ， 满足 了耐久性要 求。 成间隙， 然后洒热水； 在混凝土顶面先加盖一层塑料薄膜 ， 防 水水份蒸发， 再在塑料薄膜上面浇洒热水， 进行加湿养护， 起 到保温、 保湿的作用。 ( 8 )对混凝土进行测温。 7结语 本工程椭圆封闭性柱下条形基础共 1 6条后浇带 ， 共分 1 6快柱下条形基础。每块均按照上述措施进行施工， 严格控 制质量， 并按照 混凝土结构工程施工质量验收规范 顺利通 过了基础验收。目前还没有发现超过规范要求的裂缝， 混凝 土的外观质量得到了业主和质检站的一致肯定和好评。 参考文献 【 1 】1王铁梦 工程结构裂缝控制 f 州 中国建筑工业出版社， 2 0 0 2 【 2 】 龚洛书 混凝土实用手册( 第二版) 【M 中国建筑工业出版社 ， 1 9 9 5 3 童同刚、 张利俊、 游宝坤， 等 深圳体育场的裂缝控制卟建筑结 构 1 9 9 7 ( 1 0 ) 【 4 】 林宝欣， 杨子中 U E A在某超长结构裂渗控制中的应用 安徽 建筑 ， 1 9 9 9 ( 2 ) 【 5 】 叶平 3 8 5 3 m厚大体积混凝土桩承台施工及裂缝控制 建筑 施工 1 9 9 6 ( 3 ) 6 G B 5 0 2 0 4 2 0 0 2 混凝土结构工程施工质量验收规范 【 s 北京： 中 国建筑工业出版社，2 0 0 2 【 7 】 G B 5 0 4 9 6 2 0 0 9大体积混凝土施工规范f s 】 北京： 中国计划 出版 社 2 0 0 9 7