后浇带改为加强带在水工构筑中的应用

摘摘 要要 水工构筑物结构超长混凝土为了避免开裂、沉降等质量问题通 常设置混凝土后浇带，其特点是在两侧混凝土浇筑完成 42 天后方可 进行后浇带施工，不仅增加了施工周期，同时在后浇带混凝土与普 通混凝土接缝处的处理存在渗水、漏水等质量隐患。 本文通过对#工程中的预处理综合池施工过程中，该构筑物施 工工期仅为 75 天的情况下，通过与设计、监理等各方主体单位经过 多次讨论论证，且根据在以往类似工程中的施工经验，在确保施工 质量、加快施工进度的前提下决定将预处理综合池的两条后浇带改 为加强带。 关键词：后浇带，加强带，水工构筑物 第-II-页 -II- 目目 录录 摘 要. 绪 论 .1 一、工程概况2 二、用加强带代替后浇带的依据3 三、加强带取代后浇带的无缝设计方法5 四、技术的可行性分析6 五、同类工程类比分析8 六、加强带的加强施工技术措施8 七、施工验证11 结 论12 参考文献13 附 录14 第-1-页 -1- 绪绪 论论 混凝土后浇带的结构施工，虽是一种较成熟的施工方式，但它 存在如下缺点： 1)增加施工环节,需留置临时挡板,断缝处不易振捣密实,且二次 灌注时需清理和凿毛； 2)因结构中断,给施工期间的安全造成一定隐患； 3)施工顺序倒置,工期有所拖延； 4)后浇带处形成结构的薄弱环节,其受影响程度除与施工因素有 关外,还受复杂的不易预料的其他因素影响,稍有不慎容易造成质量 事故。 采用加强带取代后浇带的施工方案,既提高混凝土的密度和强度,又 确保混凝土结构的抗裂防渗功能,同时缩短工期、降低成本。 确定膨胀混凝土的限制膨胀率和无缝设计方法、控制好施工流 程、加强技术措施等是保证工程质量的关键。 第-2-页 -2- 一、一、工程概况工程概况 #工程，开工日期为#年#月#日，竣工日期为#年#月#日。 其改造规模是将现有的处理水质一级 B 提升至一级 A，日处理水量 为 6 万 m3/d。新建建构筑物主要包括预处理综合池、缓冲池、高效 沉淀池、反硝化深床滤池、消毒池及巴士计量槽、鼓风机房及配电 间、加氯加药间等。 预处理综合池在本工程中占地面积最大，其结构尺寸为 62.75mX26.70m，基础底板设计为变截面，厚 450mm500mm；池壁高 7.5m，池壁厚 450mm；混凝土为 C30 P6。沿南北方向底板设置两条 加强带，宽度为 2m，同样位置墙体设置两条后浇带，宽度 800mm， 混凝土均为 C35 P6 微膨胀混凝土。 由于设计图纸要求后浇带的混凝土浇筑需在两侧混凝土浇筑完 成 42 天后，方能进行后浇带的施工，且后浇带的混凝土养护不少于 28 天。根据总工期及阶段工期的目标，预处理综合池的施工时间仅 有 75 天时间，墙体后浇带的施工是满足不了工期目标的实现。故在 结构混凝土施工过程中，为了加快施工进度，需将预处理综合池的 后浇带改为加强带。 第-3-页 -3- 图 1-1 预处理综合池后浇带、加强带布置平面图 二、用加强带代替后浇带的依据二、用加强带代替后浇带的依据 膨胀混凝土在凝结硬化过程中产生适当膨胀，在钢筋和邻位的 约束下，在混凝土中建立起一定的自应力（约 0.2MPa0.7MPa）， 其自应力值按下式计算： c=EsP c混凝土自应力（MPa） 截面的配筋率（%） Es钢筋的弹性模量（MPa） P钢筋的限制膨胀率（%） 从公式中可以看出：在配筋率和钢筋弹性模量确定的情况下， 膨胀混凝土自应力与膨胀率成正比。这样膨胀加强带部位的自应力 增大，对温度收缩应力补偿能力增大，防止超长结构开裂，其原理 示意图如图 2-1 所示： 第-4-页 -4- A B C D E F G H J K L M N O x ftk 图 1 图 2-1 从图 1 中可以看出，超长混凝土结构使用普通混凝土的温度收 缩应力曲线为 ABCDE，其应力从两边向中间增长至 B、D 两点时， ftk(混凝土抗拉强度标准值)，混凝土开始开裂，释放能量；仅采 用小掺量膨胀混凝土进行补偿的超长混凝土结构，能够抵消部分温 度收缩应力，其温度收缩应力曲线为 FGHNJ，应力从两边向中间随 结构长度的延伸而增长，达到 G、N 两点时，ftk，开始产生开裂， 掺膨胀剂的混凝土达到开裂时的结构长度较普通混凝土延长，到达 膨胀加强带部位（K、M）时，由于加强带部位储存较大自由应力 （或膨胀力）对其进行补偿，使其应力降低，随后随长度增加重新 增长，但最终结构中部最大应力值小于混凝土的抗拉标准强度标准 值，即 ftk，保证超长混凝土结构不开裂，这就是膨胀加强带的主 要作用。 为避免池壁混凝土贯穿性裂缝的产生，应采取如下四个方面措 施：应尽量降低混凝土的水灰比，减少水泥用量，保证振捣密实， 加强湿养护，减少池壁混凝土的收缩变形。缩短底板与池壁混凝 土的浇注时间间隔，池壁混凝土拆模后应及时隐蔽回填，减小二者 之间的不均匀变形。保证池壁混凝土应有一定截面厚度、应有一 定强度等级，提高抗拉能力。 第-5-页 -5- 三、加强带取代后浇带的无缝设计方法三、加强带取代后浇带的无缝设计方法 在拉应力最大处设置膨胀加强带，使结构收缩得到大小适宜的 补偿。 |2-(Sd+ST-CT)|SK | （3-1） 式中：2限制膨胀率； Sd干燥收缩率； ST温度收缩率； CT受拉徐变率； SK极限延伸率。 混凝土的最高绝热温升为： Tmax=(W1Q1+W2Q2)/(C) (3-2) 式中：W1，W2单方混凝土水泥和膨胀剂的用量； Q1，Q2水泥和膨胀剂的水化热； 混凝土的密度； C混凝土的比热容。 此工程取 W1=320kg/m3，W2=38kg/m3；Q1=354J/g，Q2=246J/g；=2350kg/ m3；C=0.97J/(g)，得：Tmax=53.8。 取混凝土墙的一维散热系数为 0.5，则由水泥水化热引起的温升 T1=26.9。 混凝土的入模温度为 29，则混凝土内部的平均温度 T2=55.9。 第-6-页 -6- 取温度系数 a=1.010-5，则混凝土的最大冷缩值 ST=(T2-T1) =1.010-5(55.9-26.9)=2.910-4。 混凝土 7d 的最大干缩值为： Sd(t)=0y(1-e-0.01t)M1M2M10 (3-3) 其中，0y为标准试验状态下最终收缩值，取 0y=3.2410- 4；M1，M2，M10 均为非标准状态下的修正参数。按国家标 准 GB50496-2009 大体积混凝土施工规范的附录 B 查得，普通水泥 影响系数 M1=1.0；水泥细度系数 M2=1.0；骨料系数 M3=1.0；水灰 比为 0.43，M4=1.1；水泥浆量系数 M5=1.2；自然状态养护 7d，M6=1.0；环境湿度系数 M7=0.77；水力半径的倒数系数 M8=1.0;机 械振捣 M9=1.0；配筋率系数 M10=0.85。代入式(3)得，Sd(7) =0.24610-4。 极限延伸率为： SK=0.5Rf(1+/d)10-4 (3-4) 其中，Rf=0.8Rco(lgt)2/3，Rco 为混凝土抗拉强度设计值； 为 截面纵筋配筋率；d 为钢筋直径。 将工程各相关参数 Rco=1.43MPa，t=7d，=1.37，d=1.4cm， 代入式(4)得：SK=1.0110-4。 混凝土的受拉徐变偏于安全地假定为极限延伸率的 0.5 倍，则： CT=0.5SK=0.50510-4。 最终变形的量值为： |2-(Sd+ST-CT)|=|1.6510-4-(0.246+2.9-0.505)10-4|=0.99110- 4|SK|。 由计算可知，混凝土墙不会开裂。因此，采用膨胀加强带取代 后浇带，并连续浇筑混凝土满足要求。 第-7-页 -7- 四、技术的可行性分析四、技术的可行性分析 根据混凝土收缩变形产生的原因和影响因素，减少混凝土收缩 变形的控制措施主要包括以下几点： （1）在保证最小水泥用量前提下宜减少水泥用量，减少水泥用 量，通常有三种可能，一是采用高效减水剂，提高 28d 强度，二是 采用矿物掺合料部分替代。三是提高水泥强度等级。 （2）在保证混凝土和易性前提下尽量降低水灰比，增强混凝土 拌合物保水粘聚性。 （3）保证施工振捣密实，对采用插入式振捣器振捣的泵送混凝 土，应确定合理浇注厚度，一般为 400500mm，合理振捣间距，一 般为 1030S，既不要漏振，也不要过振，特别是对流动性小的混凝 土不应漏振或欠振，浇注厚度、振捣间距、振捣时间、布料间距宜 取偏下限，以防蜂窝麻面的出现；对流动性大的混凝土不应过振， 浇注厚度、振捣间距、振捣时间、布料间距宜取偏上限，以防泌水 离析和骨料下沉。 （4）保证湿养护的及时性、连续性、充分性，及时性是指混凝 土浇注后在终凝前应采取保水措施，连续性是指在养护期间浇水的 时间间隔不能太长，始终应保持湿润状态，充分性是指要有一定湿 养护时间，普通混凝土至少连续养护 7d，加强带混凝土至少连续湿 养护 14d。 按上述，本工程在将后浇带改为加强带具备的有利条件可归纳 为以下 4 个方面。 低水灰比条件： 1 本工程混凝土水灰比为 0.40.42 之间。 适宜的环境温度条件： 2 第-8-页 -8- 混凝土浇筑时间正值秋冬季，桐庐县温度不高，湿度大，十分 适宜混凝土施工。 细密布筋的结构条件： 3 加强带处配筋率较普通处高，采用细密布筋，筋间距 50mm，对 降低混凝土裂缝的产生十分有利。 良好的养护条件 4 基础混凝土采用覆膜养护，墙体混凝土涂刷养护剂养护，养护 时间不小于 14d。这种养护方法在石家庄桥东污水处理厂提标改造 工程中结构施工中得到了良好的印证。 五、加强带的加强施工技术措施五、加强带的加强施工技术措施 1、混凝土配合比 加强带外的普通混凝土强度等级为 C30，其配合比如表 1 所示。 表 1 普通 C30 混凝土配合比 Kg/ 水泥用量粉煤灰砂石水高效减水剂 3000.252.523.340.50.031 加强带内的膨胀混凝土强度等级为 C35，其配合比如表 2 所示。 表 2 微膨胀 C35 混凝土配合比 Kg/ 水泥用量粉煤灰砂石水UEA 膨胀剂 3200.252.042.780.430.12 2、施工工艺流程 加强带内外结构施工工艺流程图，如图 6-1 所示。 第-9-页 -9- 图 5-1 3、加强施工技术措施 膨胀混凝土加强带应设置在混凝土结构产生收缩应力的虽大部 位，一般是在结构的中部，每隔 30m 设置一条。本工程中加强带长 度为 22.75m，宽度为 2m。 在加强带两侧设置与普通混凝土结构分离的通长的钢板网，网 眼尺寸为 1cm，在钢板网内外两侧各设置两根竖向的 14 钢筋固定， 水平方向设置与墙体钢筋等宽的 14200 固定。详见图 5-2 开始施工 加强带位置的确定 加强带处绑扎固定钢板网与钢筋骨架 检查是否符合加强带要求 是 否 浇筑加强带外 C30 普通砼浇筑加强带内 C35 微膨胀砼 加强带浇水覆盖养护 14d 第-10-页 -10- 图 5-2 加强带加固与钢板网安装示意图 浇筑混凝土时应避免混凝土直接冲向钢板网，以防钢板网被冲 开，影响加强带效果。加强的混凝土强度等级要比带外混凝土等级 提高 5MPa，为 C35，并加入 UEA 膨胀剂。浇筑时加强带混凝土与两 侧普通混凝土同时浇筑。浇筑完成后，加强带混凝土要浇水覆盖养 护至少 14d 以防止混凝土开裂。 六、施工验证六、施工验证 本工程中预处理综合池通过以加强带代替后浇带的方法设计的 无缝施工方案，并且强化加强带的的施工技术措施，实现了加强带 内与外的同时浇筑，进而缩短了施工周期。经过现场的质量检查， 外观没有发现蜂窝、露筋、结构裂缝以及渗水等现象。经过半年多 是运行，仍旧滴水不漏。 第-11-页 -11- 结结 论论 从偏于安全的角度出发，在拉应力比较大的位置设置了两条膨 胀加强带,并且通过加强施工技术措施，