加强带工法.doc

超长钢筋混凝土结构中加强带施工工法浙江泰舜建设有限公司1.前言大量工程实践表明，膨胀混凝土应用于平面结构（基础底板），即使超长结构只以膨胀带代替后浇带也不会出现有害裂缝。但是对墙体而言，即使整体使用膨胀混凝土，也往往会产生裂缝。这是因为：除配筋不太合理，混凝土配合比存在问题，养护不足，分段太长等因素以外，主要与混凝土膨胀量不足有关：一是新浇混凝土的温度下降时产生的收缩，但由于已浇底板的约束，于是产生拉应力。二是由于混凝土截面内的温差，在低温部位产生拉应力（如图1），墙体混凝土的干缩由于被刚性大的柱或基础的约束而产生干缩裂缝（如图2）。为此，在施工中采取适当提高边墙配筋率至0.8%左右，减少水平筋间距在150mm 以下，以增加混凝土的极限拉伸值；在墙的中部或底部的1m 范围内的水平筋间距改为80100mm，形成一道“暗梁”，以平衡收缩应力；以外采取加强淋水养护，墙体保温，延长拆模板时间等措施，起到控制裂缝的作用。图1 截面内温差产生的裂缝 图2 干缩产生的裂缝在超长、超宽钢筋混凝土结构施工中, 一般每30 m40 m, 设一道后浇带, 等40 d50 d后再后浇膨胀混凝土,这种常规后浇带施工, 工序繁多, 时间跨度长, 施工成本高, 而且难以保证整体质量, 给建筑装饰也带来隐患。我们在工程施工实践中, 运用UEA混凝土补偿收缩的原理,采用膨胀加强带替代后浇带, 实现了超长钢筋混凝土防开裂施工。2.工法特点 “以抗为主” 利用UEA补偿收缩混凝土在硬化过程中产生的膨胀作用，在结构中产生少量预压应力来补偿混凝土硬化过程中产生的温度和收缩拉应力，从而防止收缩裂缝的产生或把裂缝控制在无害范围内。3.适用范围适合于地质条件较好, 土层均匀, 建筑物结构对称, 混凝土结构变形以干缩和温度变形为主的情况。它与后浇带工艺有不同的适用对象, 并不能互相取代。当结构变形以沉降为主, 或地基条件复杂, 建筑物体形不对称时, 宜采用后浇带的施工方式。所以具体工程究竟是采用后浇带还是加强带应根据不同情况决定。4.工艺原理4.1 设置加强带依据原理UEA混凝土在硬化过程中产生膨胀作用, 在钢筋和邻位约束下, 钢筋受拉, 而混凝土受压, 当钢筋拉应力与混凝土压应力平衡时, 则:Acc =AsEs2 (1)设: =As/Ac, 则c = Es2式中: c混凝土预压应力(MPa) ;As钢筋截面积; 配筋率(% ) ;Ac混凝土截面积; Es钢筋弹性模量(MPa) ;2 混凝土的限制膨胀率(% ) 。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，其原理示意图如图所示：图3 超长结构防开裂原理图从上图中可以看出，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，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。为保证工期和加快施工进度，根据以上原理经多次研究、分析、计算，决定不设混凝土后浇带，用加强带取代后浇带，依靠混凝土的膨胀补偿收缩，从而达到控制混凝土变形裂缝的目的。由(1) 式可见, c与2成正比例关系, 而限制膨胀率2随UEA的掺量增加而增加, 所以, 通过调整UEA的掺量, 可使混凝土获得0.2MPa0.7 MPa预压应力, 根据水平法向力x分布曲线, 设想在应力大的地方施加较大的膨胀应力c, 而在两侧施加较小的膨胀应力, 全面地补偿结构的收缩应力, 控制有序裂缝的出现(见图1) 。图4 膨胀应力c补偿收缩应力x曲线示意图由于钢筋混凝土结构长大化和复杂化, 取消后浇带的超长混凝土结构施工必须根据结构特点灵活运用, 沉降缝不能取消, 具有沉降性质的后浇带也不能取消。UEA加强带的性质是以较大膨胀应力补偿温差收缩应力集中的地方, 所以, 它可以取消后浇带。加强带的间距可控制在40 m60 m, 一般可连续浇注100 m200 m超长结构。4.2 是否设置后浇带的理论计算结构出现裂缝与干缩和温差有直接关系。当底板和外墙混凝土采用普通混凝土，且底板和外墙厚度较大时，干缩和温差均较大，易产生裂缝。在这种情况下，通过计算和工程实践表明，后浇带的间距约为30m40m。但本工程底板混凝土不厚，混凝土中掺加占水泥重量2左右的HM膨胀剂，理论上可不设后浇带，只设加强带即可，但考虑施工等因素，为确保混凝土不出现裂缝，在实际施工中，我们在非加强带区也掺用占水泥重量0.5%的膨胀剂，以保证混凝土不出现变形裂缝。工程设计理论计算：1）混凝土配筋收缩率y(t)，按下式计算y(t) =M1M2Mn（1-e-bt） 式中 y(t)任意时间的收缩（mm/mm）；b经验系数，一般取0.01；养护较差时取0.03；t由浇灌时至计算时，以天为单位的时间值；=y()最终收缩（mm/mm），标准状态下=3.2410-4；M1Mn考虑各种非标准条件的修正系数；将以上参数代人公式计算底板混凝土的收缩率：y（28）=3.810-42）加强带限制膨胀率：x(t)=3.33t1.87+t10-4a1a2 a9式中 t为龄期(d)；a1a2 a9为偏离标准条件影响系数；将上述参数代入公式，可计算出加强带限制膨胀率为：x(14)=4.210-4同时计算得|aT|P，|x-y|P，所以混凝土不会开裂。在计算混凝土膨胀加强带时，公式中混凝土极限拉伸值除考虑配筋率影响外，还需考虑混凝土徐变的影响。偏于安全选取普通混凝土的松弛系数为0.5，也就是混凝土的极限拉伸值，在考虑徐变的条件下增加了50。底板混凝土由于单面散热（BX702卷材防水三面覆盖）散热较慢，必须考虑徐变。值得说明的是，膨胀混凝土的受拉徐变比普通混凝土高30，由于已偏于安全，未予考虑。因此，考虑徐变后混凝土的极限拉伸值为：P=1.810-45.施工工艺流程及操作要点5.1 混凝土试配膨胀混凝土的试配, 重点解决超长混凝土施工中UEA掺量控制和降低混凝土水化热。经多次试验, UEA替代水泥量在10% 12%范围内,对混凝土强度不影响, 同时利用收缩膨胀测定仪测定, 其膨胀率2 = 2 3 10 - 4 , 在钢筋率 = 0.2% 0.8%时,可在结构中建立0.2MPa0.7MPa的预压应力, 这一预压应力可补偿混凝土在硬化过程中产生温差和干缩的拉应力。由(1) 式可见, c 与2成正比例关系, 而限制膨胀率2随UEA的掺量增加而增加, 所以, 我们通过调整UEA的掺量, 可以使混凝土获得不同的预压应力。根据以上条件和设计要求, 我们确定普通部位膨胀混凝土掺1012%UEA; 膨胀加强带部位混凝土掺量14 15%UEA。混凝土配合比必须满足实际施工要求。5.2 筏板膨胀加强带施工5.2.1 混凝土浇筑方向首先根据现场实际情况, 商品混凝土供应能力, 浇筑能力, 确定筏板混凝土浇筑方向。施工时浇筑采用斜向推进、分层连续浇筑方法, 膨胀加强带外掺12%UEA的C40、P8小膨胀混凝土, 浇筑到加强带时, 掺15%UEA的C45、P8大膨胀混凝土, 到另一侧时, 又改为浇筑掺12%UEA的C40、P8小膨胀混凝土(见图2、3) 。图5 有防水要求的底板UEA施工立面示意图图6 间歇式底板膨胀加强带施工立面示意图5.2.2 确定膨胀加强带的设置膨胀加强带设置宽度为2m。设置在温度收缩应力较大的部位，如截面、钢筋变化等部位。在加强带两侧设置一层孔径5mm5mm的钢丝网，并200mm-300mm设一根竖向16mm的钢筋予以加固，其上下均应留有保护层，钢丝与钢丝网、上下水平钢筋及竖向加固筋必须绑扎牢固，不得松弛，以免浇筑混凝土时被冲开，引起两种混凝土混合，影响加强带的效果。两侧架快易收口网, 为防止混凝土压破快易收口网, 在上下层主筋之间点焊的双向钢筋加强网。图7 加强带示意图5.2.3 膨胀加强带处的浇筑方向4台混凝土泵分组对向进行, 浇筑整个过程中, 每组中应保证1台泵退泵连续浇筑超长筏板混凝土, 另外1台则机动配合塔吊吊斗进行膨胀加强带和墙体混凝土浇筑。5.2.4 主要技术措施(1) 混凝土浇筑时, 注意严防其它部位混凝土进入膨胀后浇带内, 以免影响设计效果。浇筑混凝土前的润管砂浆必须弃置, 拆管排除故障或其它原因造成的废弃混凝土严禁进入工作面。严禁混凝土散落在尚未浇筑的部位, 以免形成潜在的冷缝或薄弱点。对作业面散落的混凝土, 拆管倒出的混凝土, 润管浆等应吊出作业面外。(2) 在混凝土浇筑至膨胀加强带附近时, 应注意使振动棒插捣点与密目快易收口网保持距离不小于30 cm, 并不得过振。(3) 膨胀加强带处混凝土采取塔吊吊斗吊运和混凝土输送管泵并用。加强带处超长筏板混凝土浇筑在一侧混凝土浇筑后完毕后进行, 墙体混凝土待该部位超长筏板混凝土初凝后终凝前浇筑。膨胀带混凝土施工, 振捣棒可靠近密目快易收口网, 但不得碰撞。(4) 超长筏板板面上的板面粗钢筋处, 容易在振捣后、初凝前出现早期塑性裂缝和沉降裂缝, 必须通过控制下料和二次振捣予以消除, 以免成为混凝土的缺陷, 导致应力集中, 影响温度收缩裂缝的防治效果。底板浇筑至标高后, 在终凝前用磨光机反复抹压多次, 防止混凝土表面的沉缩裂缝出现。(5) 膨胀混凝土只有充分湿养护才能发挥UEA混凝土的膨胀效能, 必须提高养护意识, 设立专职养护人员, 建立严格的混凝土养护制度。混凝土浇筑完毕后立即应保湿养护14 d。混凝土收平后, 即应洒水润湿, 再用塑料膜严密覆盖, 盖麻袋一层。在养护期喷洒雾状保持环境相对湿度80%以上, 以减少混凝土干缩。5.3 墙体膨胀加强带施工为释放部分收缩应力, 在墙体施工中采用了“后浇膨胀加强带”的施工方法, 即以膨胀加强带为界, 分段浇筑掺12%UEA的C50、P8小膨胀混凝土, 养护28 d后, 用掺15%UEA的C55、P8大膨胀混凝土回填膨胀加强带。后浇筑膨胀加强带可按照传统后浇带设置。图8 墙体后浇加强带示意图在混凝土浇筑2 d后, 松动模板1 mm2 mm, 在墙体顶部设置花管淋水养护, 拆模后继续淋水养护至14 d。5.4楼板膨胀加强带施工楼板膨胀加强带用密目快易收口网隔开, 固定方法同筏板。浇筑时采用齐头并进、连续浇筑的方法, 膨胀加强带外用掺10%12%UEA的小膨胀混凝土, 浇筑到加强带时, 用掺15%UEA的大膨胀混凝土, 到另一侧时, 又改为浇筑掺10% - 12%UEA混凝土。图9 楼板膨胀加强带示意图6.材料与设备7.1 材料本工法中所涉及的材料主要包括石子、中砂、水泥、粉煤灰、膨胀剂等，其中对混凝土的材料要求如下。7.1.1 混凝土配合比设计原则精心设计混凝土配合比,做好混凝土配合比的试配和优化配比工作。主要材料为普通水泥,粗骨料的含泥量应尽量控制在1 %内,在选择骨料时,应选择线膨胀系数小、岩石弹模较低、表面清洁无弱包裹层、级配良好的骨料。因底板钢筋过密,在保证可泵性的前提下,采用大粒径的骨料,可选用5 mm25 mm 连续级配碎石。可减少用水量,同时减少混凝土的收缩、泌水,大大减少水泥用量,从而降低水化热和混凝土收缩。微膨胀剂、减水剂、防裂抗渗剂等材料,外加剂的掺入大大改善了混凝土的和易性、抗收缩性及延缓水化热的峰值期,同时所有的混凝土组成材料均须经过材料复试并合格,确保原材料符合要求。7.1.2 原材料要求1）石子：5%31.5 mm 卵石连续级配，含泥量1.0%。2）砂：中砂，含泥量2.0%，均小于规范规定指标；3）水泥：P.O32.5R（哈水）；4）粉煤灰：级磨细；5）膨胀剂：HM 多功能型。7.2 机具设备本工法中涉及的主要机具设备包括：1)自拌砼：砼搅拌机、砼塌落度桶、天平、插入与平板振动器、手推车等；2)商品砼：砼塌落度桶、插入与平板振动器、手推车等。7.质量控制7.1工程质量控制标准7.1.1 钢筋的规格形状-尺寸-数量-间距-锚固长度和接头位置必须符合设计要求和施工规范规定；7.1.2 混凝土配合比-原材料计量-搅拌-养护和施工缝处理必须符合设计与规范要求；7.1.3 对设计不允许有裂缝的结构，严禁出现裂缝，设计允许出现裂缝的结构其裂缝宽度必须符合设计要求；7.1.4 混凝土应振捣密实，不得有蜂窝-孔洞-露筋-缝隙-夹渣等缺陷。7.1.5 编制标准：地下工程防水技术规范GB501082001 ，混凝土结构工程施工质量验收规范GB502042002 ，砼强度检验评定标准GBJ10787 ，砼处加剂应用技术规范GBJ11988 ，砼质量控制标准GB5016492 ，砼结构工程施工质量验收规范GB502042002 ，地下防水工程施工质量验收规范GB502092002 ，建筑工程施工质量验收规范GB503002001 。7.2质量保证措施7.2.1 原材料 选择优质材料。石子：5%31.5 mm 卵石连续级配，含泥量1.0%。砂：中砂，含泥量2.0%，均小于规范规定指标；水泥：P.O32.5R（哈水）；粉煤灰：级磨细；膨胀剂：HM 多功能型，以上所用材料都经严格复试。7.2.2 试验配比 根据现场材料经试验室试配做出如下合理配比，现场采用砂、石含水率测试仪随时测定砂、石含水率并及时调整加水量。7.2.3 浇筑 每施工段施工时采用两台混凝土搅拌站配合施工，以保证混凝土同时完成浇筑，使混凝土相连避免产生施工缝。对厚大混凝土承台分层进行浇筑，每层浇筑厚度小于400 mm，浇筑连续且保持均匀。7.2.4 振捣 采用50 插入式振捣器进行振捣，施工中设专人负责合理布点，严格控制振捣间距（不大于400 mm）、时间（不少于20 S），防止过振、漏振现象发生，必要时局部采取二次振捣。7.2.5 压光 待混凝土收水后，初步用长刮尺刮平，用木抹子搓平压实，在初凝前用铁抹子二次压实，局部进行三次抹压，以控制表面龟裂。7.2.6 养护 混凝土的收缩变形主要发生在早期，而混凝土膨胀在水中7 d 内能达到80%，因此前期养护工作至关重要。对超长混凝土结构的裂缝控制、养护好坏起决定性作用。因此，在混凝土浇筑完后，我们采取了覆盖塑料薄膜后蓄水，在水中养护14 d 的方案，保证了混凝土水化用水的同时，又能控制混凝土内外温差在25 以内。8.安全措施由于混凝土浇筑时间相隔较长，必须加强支撑稳定性的观测、并做好混凝土浇筑的安全防护，以保证施工过程安全和无事故。1）加强支撑的强度和刚度，各横撑及扫地杆必须牢靠，符合使用要求。2）加强施工防护，作业人员必须正确使用安全防护用品，克服因浇筑方便而忽视防护的思想倾向。3）加强支撑的巡视，特别对于那些搁置时间较长的支撑一定要予以校正，保证施工过程万无一失。4）对于浇筑的混凝土要做好保护。混凝土的早期养护，主要是表面适时收面。对大体积混凝土，收面后还要注意覆盖塑料薄膜和草毡等保温养护，以减少温差，防止裂缝保证结构安全。9.环保措施9.1将施工场地和作业限制在工程建设允许的范围内，合理布置、规范围挡，做到标牌清楚、齐全，各种标识醒目，施工场地整洁文明。9.2对施工中可能影响到的各种公共设施制定可靠的防止损坏和移位的实施措施，加强实施中的监测、应对和验证。同时，将相关方案和要求向全体施工人员详细交底。9.3设立专用排浆沟、集浆坑，对废浆、污水进行集中，认真做好无害化处理，从根本上防止施工废浆乱流。9.4优先选用先进的环保机械。采取设立隔音墙、隔音罩等消音措施降低施工噪音到允许值以下，同时尽可能避免夜间施工。10.效益分析本工程地下室至九层共计二十道膨胀加强带, 与楼层板同时浇筑, 省去保护后浇带而砌筑的砖墙及上面预制混凝土盖板, 同时省去后浇带的清理工作, 后浇带处钢筋加强部分亦省略, 每道膨胀加强带与板同时浇筑, 省略脚手架的后期搭设, 降低了工程造价。在超长混凝土结构中设置膨胀加强带,不但有利于解决温度