体育场环向超长钢筋混凝土无缝施工工法.doc

体育场环向超长钢筋混凝土无缝施工工法
现浇钢筋混凝土结构常由于干缩和降温冷缩引起收缩开裂，而超长大体积混凝土尤为突出。因此我国《混凝土结构设计规范》（GBJ10-89）中对钢筋混凝土结构进行规定：现浇框架结构当处于露天时，每35米宜设伸缩缝；当处于室内或土中时，每55米宜设置伸缩缝；……等等规定。随着施工技术的不断发展，出台了GB50010-2002新规范，修订后的规范对伸缩缝的设置要求有所放宽，指出，当混凝土浇筑采用后浇带分段施工或采用专门的预应力措施时，伸缩缝最大间距可适当增大，同时指出后浇带不能代替伸缩缝，当增大伸缩缝间距时，应通过有效的分析或计算，慎重考虑各种不利因素对结构内力和裂缝的影响，确定合理的伸缩缝。
体育场基础一般为环向型基础，与一般结构比，环向展开长度较长，没有可供自由伸缩的两端部，另外，如底部有桩基，则更是缺少可供底部滑移的条件，对无缝施工尤为不利。体育场看台一般也是环向结构，且看台结构较薄，另外看台下面为使用房间，对看台结构防水要求较高，对无缝施工的要求很高。
本工法的关键就是采用综合措施解决上述问题，最长环向长度可达830米，经我们在查新机构进行查新，830米长环向有约束结构采用无缝施工技术，在国内未见有报道，施工技术已经获得了国家专利授权
1 特点
1.1混凝土试配时掺加新一代的CSA混凝土微膨胀剂，使混凝土产生适量的微膨胀，以补偿混凝土的收缩。CSA膨胀剂具有低碱、高效、后期膨胀较小、强度增进较大的特点，在配置微膨胀混凝土中可抑制碱骨料反应，对混凝土的长期耐久性有利，抗渗防水效果良好。
1.2设计钢筋混凝土采用有限元温度应力计算，配置温度筋。
1.3基础环梁通过综合计算留设后浇带。
1.4看台采取预应力座台L型肋梁，为无粘结预应力混凝土结构。
1.5看台面层采用钢纤维混凝土技术。
1.6混凝土施工时采取一些列控制措施。
3 适用范围
本工法适用于大、中型体育场超长混凝土结构的施工。
4 工艺原理
为了抵抗混凝土在收缩时产生的应力，达到防止和减少收缩裂缝的出现，在混凝土中掺加CSA膨胀剂，使混凝土产生适量的膨胀，在钢筋和临位限制下，在钢筋混凝土中建立一定的预压应力，可大致抵消混凝土收缩时产生的拉应力，防止混凝土开裂。当全部混凝土均提高膨胀剂掺量，达12%～13%时，在采取措施的情况下，后浇带间距可延长至100m。
后浇带是为在现浇钢筋混凝土结构施工过程中，克服由于温度、收缩而可能产生有害裂缝而设置的临时施工缝。在超长混凝土结构中，作为一种扩大伸缩缝间距和取消伸缩缝的措施，这种缝仅在施工期间存在，该缝根据设计要求保留一段时间后再浇筑，将整个结构连成整体。
看台设计充分考虑了超长混凝土结构的混凝土收缩，及当地温差的特点，在梁中配置一定数量的预应力筋以抵抗温度应力造成混凝土的收缩变形裂缝，从而保证整个结构无缝施工的要求。
在体育场看台面层大量使用钢纤维混凝土，因为钢纤维混凝土掺有微膨胀剂，除了钢纤维本身抗拒作用外，在微膨胀剂发挥作用时，对钢纤维有预压作用，增强了这种抗拉能力混凝土结构因此抗拉性质显著提高，有效阻止了结构中微裂缝的开展和传播，并具有抗渗作用。
基础环梁采用掺加CSA膨胀剂、配制温度筋、留设后浇带等综合措施解决无缝施工结构裂缝问题；看台结构采用掺加CSA膨胀剂、配制温度筋、采用无粘结预应力钢筋、表面采用钢纤维混凝土等措施解决无缝施工裂缝问题。
4 微膨胀混凝土施工
4.1 材料要求
4.1.1 混凝土原材料技术要求
1）水泥：采用葛洲坝水泥厂生产的525#普通硅酸盐水泥。
2）砂：采用清洁中砂，含泥量不大于3%。冬期不得含有冰块及雪团。
3）石子：采用清洁碎石，含泥量不大于1%。冬期不得含有冰块及雪团。
4）膨胀剂：采用CSA膨胀剂，水中7天限制膨胀率不小于2.5/万，初凝时间不早于45min，终凝时间不迟于10h。
5）水：自来水。
6）粉煤灰：达到二级品以上。
4.1.2 混凝土技术要求
所有原材料均经过计量后投入搅拌机，计量偏差满足下列要求（按重量计），水泥、CSA膨胀剂、粉煤灰、减水剂、水±1%、石±2%；CSA膨胀剂和减水剂的计量由专人负责，并严格按配合比投料。
冬期拌制混凝土采用外加剂，降低水的结冰温度，外加剂确保-10℃时水不结冰。
4.2 施工流程及施工工艺
4.2.1 施工流程
微膨胀混凝土的试配→混凝土搅拌→混凝土输送→混凝土浇筑→混凝土养护
4.2.2 施工工艺
1）微膨胀混凝土的试配
微膨胀级配合比设计时，除进行常规的设计、试验外，还增加对混凝土的限制膨胀率的设计、测试内容。
（1）限制膨胀率检测
通过检测的数据确定其掺量。经检测，其水中7d限制膨胀率达4/万（检测标准应不小于2.5/万），具有良好的微膨胀性。
（2）膨胀剂的掺量
试验表明提高膨胀剂的掺量，能显著提高混凝土的膨胀率，掺量越低，混凝土的限制膨胀率越小。
根据工程实际情况，环向超长基础，其基础梁断面尺寸较大，梁内配制钢筋直径较大，梁底具有较大的约束力，易产生收缩裂缝，因此确定限制膨胀率在2/万左右，经试配，膨胀剂的掺量为水泥重量的12～13%。
环向看台结构，与基础比较，板厚度较薄，板内配筋为小直径、小间距的配筋形式，设计有无粘结预应力等措施，裂缝相对较易控制，但看台处于露天状态，受环境影响较大，为此确定限制膨胀率在1.5/万左右，混凝土中CSA膨胀剂的掺量定为8～10%。
（3）混凝土坍落度
经试验得出：混凝土的坍落度越大，在同一膨胀剂掺量下，混凝土的限制膨胀率越小。故采用泵送混凝土时，要配制抗裂性好的微膨胀混凝土，在CSA膨胀剂掺量确定的条件下，控制好混凝土坍落度。根据泵送要求，经试验，确定坍落度控制在140～160mm之间。
（4）混凝土凝结时间
混凝土的凝结时间太短，水泥的水化反应较快，混凝土的早期收缩现象较大；混凝土的凝结时间太长，膨胀剂的膨胀能大部分消耗在塑性阶段。因此，根据本工程结构情况，确定掺膨胀剂的混凝土的凝结时间控制在10～15小时范围内。
2）混凝土搅拌：混凝土搅拌采用强制式搅拌机搅拌，搅拌时间控制在2～3分钟，严格控制搅拌时间，确保混凝土拌合物均匀。及时测定砂、石的含水量、以便及时调整混凝土级配，严禁随便增减用水量。
3）混凝土的输送
混凝土搅拌完成后，采用固定泵泵送工艺直接输送到作业面，以确保将混凝土最短时间运至浇筑上。
4）混凝土的浇筑
（1）混凝土浇灌前准备：钢筋模板按设计图纸安装、绑扎、安装要牢靠，模板表面涂刷脱模剂。模板缝用海绵垫补严密，模板内的所有杂物必须清理干净并浇水湿润。
（2）混凝土浇筑采用循序推进的连续浇筑方法，为避免混凝土出现冷缝，每个浇筑带的宽度均控制在2m以内为宜。同时严格控制混凝土的浇筑速度，分层浇捣，逐步推进，
（3）CSA混凝土振捣必须密实，不漏振、欠振、不过振。振点布置均匀，振动器要快插慢拔。在施工缝、预埋件处，加强振捣。振捣时不触及模板、钢筋，以防止其移位、变形。梁的振捣点可采用“行列式”，每次移动的距离为400到600mm；板的振捣采用平板式振捣器振捣。严格控制振捣时间及插入深度，并重点控制混凝土流淌的最近点和最远点，尽可能采用两次振捣工艺，提高混凝土的密实度。
（4）先后浇筑的混凝土接槎时间不宜超过150分钟（严格控制在初凝时间内）。
（5）混凝土成型后，等表面收干后采用木抹子搓压混凝土表面，以防止混凝土表面出现裂缝（主要是沉降裂缝、塑性收缩裂缝和表面干缩裂缝），抹压2～3遍，最后一遍要掌握好时间。混凝土表面搓压完毕后，应立即进行养护。
（6）冬天施工，采取防冻措施，除掺加防冻剂外，尚需保证混凝土入模温度不得低于5℃。雨季施工，采取有效防雨措施，严格按事先编制好的冬雨季施工措施执行。
5）混凝土养护
CSA混凝土的养护是保证质量的最重要的措施之一，安排专人负责养护工作。混凝土浇筑后，在其表面马上覆盖一层塑料薄膜，然后长时间地浇水养护，一方面避免温度过快降低，另一方面避免混凝土表面水分的过快散发。潮湿养护的时间应尽量地长，养护时间不应少于一个月。
5 钢纤维混凝土施工
5.1 材料要求
1）水泥：胶凝材料是影响混凝土强度的主要因素。所以我们选用细度筛余物少、抗折抗强度高、性能稳定的三峡32.5级普通硅酸盐水泥。
2）细骨料：该工程采用巴河洁净的天然中砂，含泥量小于1%,空隙率小，细度模数2.7～3.1之间。
3）粗骨料：采用江夏区乌龙泉产坚硬高强、密实的优质碎石、粒径分布范围10～15mm。
4）外加剂：UEA-HZ（缓凝型）河南驻马店生产复合型高效膨胀剂。
5）钢纤维：武汉市汉森钢纤维有限责任公司生产弓形（剪切型）钢纤维（SF25），材料规格为0.5mm×0.5mm×25mm～32mm，抗拉强度为390～510MPa（设计要求≥380Mpa），R=1，90度弯折次数为2～4次。（弯折试验要求≥1次）。
5.2 施工流程及施工工艺
5.2.1 施工流程
1）看台面层施工工艺流程
钢纤维混凝土配合比配置→结构基层清理→放径向轴线分区栏杆线、上人踏步线和看台台阶弧度控制线→立面凿毛→甩浆→第二遍刮糙→钉钢板网→第二遍刮糙引测台阶水平标高控制线→做立面、平面灰饼→嵌阳角条和分区分格条→看台平面清理→绑扎钢筋网片→钢纤维混凝土拌制→浇筑钢纤维混凝土→混凝土保护→立面第三遍抹灰、阴角找正
2）钢纤维混凝土拌制工艺流程
投料均匀
中砂
碎石
水泥
称量
料斗
搅拌机
运输
浇筑
振捣
养护
局部处理
称 量
钢纤维
称 量
外加剂

5.2.2 施工工艺
1） 钢纤维混凝土配合比配置
由试验室在开工前进行试配准备，如发现钢纤维易成束结团附在粗骨料表面、且分布不均，显然这不利于钢纤维发挥其作用。可按粗骨料粒径为钢纤维长度一半对粗骨料进行严格的进料控制和筛选（控制在15～20mm左右）。另外如发现纤维拌合中易互相架立现象，这在混凝土中会形成微小空洞，影响混凝土质量、微孔还使钢纤维与水泥沙浆无法形成有效握囊，发挥不了钢纤维的增强作用，可较同标号普通混凝土提高砂率和水泥用量,可有效地解决上述问题。试配配合比确定后，进行拌合物性能试验，检查其稠度、粘聚性、保水性是否满足施工要求。若不满足，则在保持水灰比和钢纤维体积率不变的条件下，调整单位体积用水量或砂率直到满足为止，并据此确定混凝土强度试验的基准配合比。
2）看台面层施工
（1）看台上人踏步施工：
按图纸设计踏步阶数，踏步留20mm装修面层支模浇C30素混凝土，待看台面层施工完毕后带通线嵌阳角条抹上人踏步面。
（2）看台施工
①看台面层施工前先根据控制线处理好结构层规矩，再立面凿毛，同时刷107胶的水泥浆一遍，107胶的掺量为水泥用量的10%～15%。
②紧跟刷素水泥浆，看台立面第一遍刮糙厚约15mm，如局部立面抹灰总厚度>40mm时，先用C20混凝土找至立面抹灰厚度小于30mm；
③待底层砂浆7～8成干后，订1.2mm厚的钢板网，要求钢板网压入平面200mm，搭接长度>100mm，用水泥钢钉15×15cm间距固定；
④钢板网分段施工完毕隐蔽验收后，抹第二遍灰厚度约10mm，抹灰压入平面约50mm宽；
⑤第二遍抹灰稍干后，根据图纸设计看台踏步高度，引测看台每阶高度水平控制线，检查合格后，根据高度控制线和弧度控制线做看台面层灰饼，灰饼大小30mm见方，立面上下1个；平面径向2个，环向间距2m，，并按8mm调坡；
⑥灰饼有一定强度后，用1：2水泥砂浆根据灰饼嵌阳角条和分区的分格条，并派专人负责检查看台阳角条线条的流畅，分格条的垂直度和平整度。
⑦阳角条和分区的分格条不变形后，分区清理看台平面落地灰，随后绑扎φ6@150钢筋网片，钢筋接头采用冷搭接，搭接长度≥7.35mm，同一断面接头错开50%，钢筋保护层厚15mm，分格缝处钢筋断开，钢筋隐蔽验收后，按先远后近，先高后低的原则分段浇CF30混凝土。
3）钢纤维混凝土拌制
（1）钢纤维混凝土现场机械拌制，其搅拌程序和方法以搅拌过程中钢纤维不结团并可保证一定的生产效率为原则；采用将钢纤维、水泥、粗细骨料先干拌而后加水湿拌的方法，钢纤维用人工播撒。整个干拌时间大于2min，干拌完成后加水湿拌时间大于3min，视搅拌情况，可适当延时以保证搅拌均匀。
（2）搅拌钢纤维混凝土专人负责，确保混凝土坍落度和计量准确。
（3）混凝土搅拌过程中，注意控制出料时实测混凝土坍落度，作好相应记录，并根据现场混凝土浇筑情况作出相应调整。严禁雨天施工。
4）钢纤维混凝土运输
搅拌好的钢纤维混凝土放入架子车内，先由龙门吊运至6米平台，再由6米平台处的龙门吊运至看台上集中倾倒，通过人工转运至看台各部位进行浇筑。
5）钢纤维混凝土浇筑
（1）混凝土的浇筑方法以保证钢纤维分布均匀、结构连续为原则。
（2）浇筑施工连续不得随意中断，不得随意留施工缝。
（3）混凝土用手提式平板式振动振捣。每一位置上连续振动一定时间，正常情况下为25～40S，但以混凝土面均出现浆为准，移动时间依次振捣前进，前后位置和排与排间相互搭接3～5cm，防止漏振。
（4）混凝土初凝前分四次抹平、原浆压光，并及时清理阳角条和分格条上混凝土浆。混凝土分区完成后再抹立面第三遍灰，原浆压光，抹灰流向同混凝土浇筑流向。
6）钢纤维混凝土养护
面层采用旧麻袋覆盖养护，避免草袋覆盖养护污染及水份蒸发过快等影响装饰效果和质量。
6 后张拉无粘结预应力混凝土施工
6.1 材料要求
1） 预应力钢绞线
钢绞线性能执行的是美国《PC Strand ASTM standard 》ASTM A416规定，采用270级、ф15.24的钢绞线。带有专用防腐油脂和外包层的无粘结预应力筋质量要求应符合《钢绞线、钢丝束无粘结预应力筋》JG3006-93和《无粘结预应力筋专用防腐润油脂》JG3007-93标准的规定。
2） 锚具系统
无粘结预应力筋采用国家Ⅰ类锚具。其预应力筋——锚具组装件的锚固性能应符合下列要求：ηa≥0.95、ε≥3.0% 。
6.2 机具准备
1）根据预应力筋的种类、根叔、张拉吨位选定4套YCN-23千卡内置式千斤顶，配套油缸选用STDB.63*63超高压小型电动油泵。
2）预应力筋张拉设备校验标定：张拉设备的校验标定应按《混凝土结构施工质量验收规范》GB50204-2002规定执行，有国家指定的计量监测部门鉴定，并由张拉设备的标定报告。
6.3 施工流程及施工工艺
6.3.1 施工流程
支梁底模、梁筋绑扎→放线确定预应力筋位置→铺放无粘结预应力筋→预应力钢筋托架固定、封侧模→张拉端承压板、螺旋筋、穴模安放及固定→隐检→浇混凝土及养护→预应力筋张拉、切割、封堵。
6.3.2 施工工艺
1）预应力筋张拉准备
当预应力钢筋绑扎完毕后，根据线型曲线图，根据水平坐标及垂直坐标用点焊固定托架，穿设预应力筋，预应力筋的搭接应在梁支座处进行，搭接长度由不同梁中预应力筋反弯点的位置而定，同一根梁的预应力筋穴模错开1000mm。为防止张拉过程中在同一截面产生裂缝，将相邻两根梁的预应力筋的张拉端错开500mm。承压板，螺旋筋等放置完毕后即进行自检、专检及隐蔽验收合格后浇混凝土。在梁混凝土浇筑过程中应留设混凝土试块并进行同等条件下养护，当混凝土强度达到1.2N/mm2时应及时将张拉端的穴模清理干净。当混凝土的强度达到设计要求的张拉强度时，方可进行预应力筋的张拉（用同条件下养护的试块来判别），梁侧模拆除。检查梁混凝土的质量，特别是观察有无梁板结构的温度、收缩裂缝，记录并分析这些裂缝发生的原因和对预应力施工的影响，逐个检查张拉端承压板后的混凝土施工质量。清理检查张拉穴口的施工尺寸偏差，特别是压板与孔道的垂直度，如有问题应采取措施，并做好记录进行处理。张拉端无粘结钢绞线的外包皮应割掉，割皮时用电热法使其外包皮的切口同承压板的表面平齐。安装张拉端的锚具。穿上锚环，将夹片均匀穿入锚环中打紧并外露一致。根据张拉控制应力、千斤顶的校核报告确定张拉初始应力。预应力筋的张拉方案应与设计单位事先商定。
2） 钢绞线的张拉施工顺序
清理承压板→割皮→穿锚环夹片→安放变角模块→穿千斤顶→张拉至初应力→测量千斤顶缸伸出值L1→张拉至100%0con→测量千斤顶缸伸出值L2→校核伸值→顶压锚固→千斤顶回程→卸千斤顶
3）无粘接预应力张拉
（1）预应力筋的张拉根据设计要求采取变角张拉施工工艺，预应力筋下料长度应包括变角块厚度，变角度数控制在30°内，单根预应力筋张拉端承压板采用90×90×12mm的钢板，螺旋筋采用φ6.5的钢筋，螺距为25mm，4圈，直径为75mm，对于群锚体系承压板采用150×150×20mm，螺旋筋采用φ8的钢筋，螺距为25m，9圈，直径为150mm。依据设计张拉控制应力、预应力的张拉程序为0→20Y6con→100Y6con根据千斤顶工作行程，对于超长钢绞线的张拉均需采用倒换行程的方法张拉，预应力筋的张拉力以控制应力为主，校核预应力钢绞线的伸长值。
（2）张拉伸长值的管理
理论伸长值的计算公式：
△L=Np×L/（Ap×Ep）
L——预应力筋的曲线长度
Ap——预应力钢筋线的截面积
Ep——预应力钢绞线的弹性模量
Np=Ap×0con×（1+e-（kx+μθ））/2
（3）实际伸长值的测量：伸长值的量测以量测张拉千斤顶张拉缸伸出的长度来测定。当张拉至初应力时量测千斤顶缸伸出的长度L1，张拉至控制应力时量测千斤顶缸伸出的长度L2，根据L2-L1的差值算出初应力前的伸长值L3，实际上伸长值为△L=L2-L1+L3；当千斤顶缸的长度不足时，千斤顶需要多次倒行程，量测伸长值时，每一次倒行程应量测其缸的伸出长度，然后进行累加，最后确定实际伸长值。预应力筋张拉时应认真将每根钢绞线的实测张拉伸长值作好记录。
（4）预应力筋的张拉应以控制应力为主，校核伸长值。如实际伸长值与理论伸长值的误差超出-5%～+10%范围，应停止张拉，待分析查明原因予以条调整后，才能继续张拉。
4）张拉穴口的封堵
预应力筋张拉完毕经检查无误后，即可采用手提砂轮锯或氧乙炔切割多余的钢绞线，切割后的钢绞线外露长度距锚环夹片的长度为30mm，按规范要求用防水涂料或防锈漆涂刷锚具，然后清理穴口，用比梁混凝土高一等级的内掺10%UEA的细石混凝土进行封堵。
6.4 劳动力组织
预应力筋的铺放、承压板的固定、螺旋筋的安装由专业施工队伍完成。预应力筋的铺放设三个组，每组5人；承压板及螺旋筋的安装固定两个组，每组3人；预应力筋张拉班两个组，每组3人；技术指导组2人，1人全面负责，1人现场指挥。
7 后浇带施工
7.1 后浇带设计构造

图4.4.2-2 后浇带构造图
后浇带构造见图4.4.2-2，宽度800mm，加强筋为Φ14@100伸入混凝土内两边各1000。
7.2 施工流程和施工工艺
1） 施工流程
清理后浇带内的杂物，整理后浇带处的结构钢筋→后浇带处侧模封固→微膨胀混凝土配置和搅拌→微膨胀混凝土浇筑→后浇带混凝土养护→后浇带模板拆除
2）施工工艺
（1）后浇带的封堵时间根据设计要求，在结构混凝土浇筑60天后进行。
（2）清除后浇带内杂物和松散混凝土，充分浇水但不留明水。
（3）后浇带侧模用密孔钢丝网封堵。
（4）后浇带处微膨胀混凝土配置，其强度等级较结构混凝土提高一个等级，并在混凝土中掺加CSA膨胀剂，可使其产生微膨胀压力抵消混凝土的干缩,温差等产生的拉应力,使混凝土结构不出现裂缝,提高抗渗能力。
（5）后浇带混凝土浇筑前，先浇一薄层与膨胀混凝土相同配合比的砂浆，接着浇筑比原浇注混凝土高一级的膨胀混凝土，应仔细振捣密实，浇筑12小时后，及时进行养护，时间不少于14天。
（6）看台结构后浇带混凝土达到设计强度后（用后浇带混凝土施工时，与后浇带同条件养护的试块测定）便可进行预应力张拉。
8 质量要求
本工法除满足设计图纸外，还必须遵守《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204—2002、《无粘结预应力混凝土结构技术规程》JGJ/T92-93、钢纤维混凝土结构设计与施工规程CECS38:92的有关规定。
9 安全要求
9.1 张拉过程中，严禁锚具、机具高空坠落。
油管接头处、张拉油缸端头严禁站人，操作人员必须站在油缸两侧。测量伸长值时，严禁用手抚摸缸体，以免油缸崩裂伤人。张拉用工具及夹片应经常检查，避免张拉中滑脱飞出伤人。
9.2 油泵操作时应精力集中，给油、回油平稳，以防超张拉过大拉断钢筋造成事故。
9.3 配电箱内必须配置防漏电装置，避免造成触电事故。
10 应用实例
武汉**体育中心工程基础为桩基承台基础梁结构，总长约830 m，基础梁断面尺寸为800*（800～1200）m，混凝土设计等级为C40，基础梁下每间隔12m有桩承台，形成有约束结构；露天看台为预应力钢筋混凝土结构，最大环向长度280m，板厚6cm，通过横向框架支撑其结构，混凝土设计等级为C40。
自施工完成至今，已有近三年时间，冬去春来，日晒雨淋，经实地检测，未发现有任何裂缝，施工取得令人满意的效观果，无论是外表还是内在质量，均得到业主、设计院的充分肯定和高度评价。说明本工法综合技术解决环向超长混凝土结构裂缝问题是行之有效的。而上述各项措施，缺少任何一项或其中某一项技术没有解决好，本无缝施工技术均不会获得成功。