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大型地下空间工程混凝土结构裂缝控制技术

  • 时间:2016-03-04 12:43:46        浏览量:        作者:...
摘要:大型地下空间工程因混凝土结构超长、面积超大、温差及混凝土收缩引起的应力较大,常常导致结构开裂,出现渗漏水,影响工程的正常使用。结合北京奥林匹克公园大型地下空间(商吻工程,从温度及收缩应力产生的机理出发,介绍了防比超长混凝土结构产生裂缝的技术措施。
大型地下空间工程混凝土结构裂缝控制技术
1、工程概祝:
    北京奥林匹克公园地下空问(商业)工程,总面积25万㎡,由我单位承建的II标段工程的建筑面积17.3万㎡,南北向长405 m,东西向宽205 m,占地总面积85 470㎡,基坑深19.89 tno防水等级一级,设防水位地面以卜2~3 m,水位高、水压大。设计要求结构自防水,基础、外墙和地卜一层顶板均为抗渗混凝土,抗渗等级S12。
    205 mx 405 m的结构中仅设置了两道结构缝,将工程分为205 mx 126 m、205 mx 141.8 m、205 mx 136.1 m的三块地下整体结构,均属超长超大混凝土结构。外墙厚500 mn,地下一层顶板厚400 mn。
 
2、裂缝产生原因和控制原则:
    众所周知,混凝土抗拉能力较弱,而在施工和使用过程中,温度升降、收缩及约束作用几乎不可避免,所以混凝土工程比较容易出现裂缝,而这个问题在超长混凝土结构中更为突出。
    根据温度及收缩应力的本质以及工程中处理裂缝的经验,工程界现已总结出“抗”与“放”的裂缝控制原则。“抗”就是使结构材料具有足够的抗拉强度和极限拉伸来抵抗约束内力;其主要方法是选用高强材料,施加预应力,使用膨胀剂,掺加纤维以改善混凝土抗拉强度等。“放”就是使材料和结构具有较大的变形能力,减小构件问的相互约束,从而避免在结构中产生过大的内力:其主要方法是设置伸缩缝、后浇带,设置滑动层,减小构件尺寸以减小约束等。
 
3、控制裂缝的主要措施:
3.1、防比混凝土早期裂缝:
3.1.1、合理选择原材料:
    ①施工中宜采用低热的水泥品种;尽量避免使用细度过细的水泥,因为细度太细的水泥水化快,水化收量大,易开裂。②粗骨料应尽可能接近中问级配;细骨料以采用中、粗砂为宜。这样每立方米混凝土可减少了用水量,水泥用量也可相应减少,从而降低了混凝土的温升和减少混凝土的收缩。③砂、石料的含泥量必须严格控制,超过规定,会增加混凝土的收缩,引起混凝土抗拉强度降低,对混凝土的抗裂}-分不利,一般石子的含泥量控制在小于1%、砂子含泥量控制在小于1.5%。
 
3.1.2、防比混凝土表层水分过早挥发:
    由于混凝土加入泵送剂后,缓凝时问长,如按常规操作,待混凝土初凝后,再用抹子压光的老办法,表面水分已在5~6 h内挥发,裂缝已经形成。为此,可以在振捣完成后,边收浆抹面,同时立即覆盖塑料薄膜,可将塑料薄膜卷成卷,后退法施工。由于塑料膜不透气,水分不易挥发,即使有空障也会形成高湿度小空问,对混凝土养护是有利的。
 
3.1.3、消除混凝土初凝后的扰动:
    ①混凝土强度达到1~2N/ mlt前不得在其上踩踏或安装模板及支架。②混凝土浇筑前,认真检查模板牢固程度。特别对跨度较大的部位应加密支撑。③合理布置混凝土输送管,输送管支架杆必须支撑在模板上,消除对模板的扰动。④混凝土表层盖了塑料薄膜,外上层再覆盖1~2层草袋保温,促使混凝土强度发展迅速。⑤严格控制拆模时问。
 
3.2、合理配置纵向钢筋:
    合理的构造配筋可以延缓裂缝的产生,减小裂缝宽度。板的配筋宜细一点密一点,可以提高混凝土的极限拉应变。板受压区应连续通长配筋。本工程各层结构顶板的上铁cp 12@300铁α 12@50mm。
 
3.3、合理设置后浇带:
    在超长混凝土结构施工中合理设置后浇带,可以释放混凝土的早期收缩,使结构在混凝土的早期收缩时处于非超长状态。后浇带基本留设在小跨梁开问或受力较小的部位,一般可在梁跨1/3处。后浇带的设置虽然简单,但施工时也应予以充分重视,一旦处理不好,不仅无法达到预期效果,还会给结构留卜安全隐患,并影响结构的防水性能。
    本工程沿长向设置了两道伸缩缝,将工程分为三个单元。每个单元长向设三条后浇带,短向设两条后浇带,顶板与底板上卜层对应,后浇带宽800 mn这样将每个单元分割成大小不等的12块。后浇带两侧采用快易收口网,防比主体结构混凝土流入后浇带;浇筑前应将接缝表面清洗干净并涂刷优质水泥基渗透结晶型防水涂料,以确保结构防水效果。后浇带混凝土养护时问不少于14 d。
图1北京奥林匹克公园地下空间(商业)II段后浇带布置图
 
图1北京奥林匹克公园地下空间(商业)II段后浇带布置图
3.4、采用UEA微膨胀一补偿收缩混凝土:
    UEA是由铝酸或硫酸铝熟料加入明矾石、石膏,经研磨而成的高效合成膨胀剂,呈灰白色粉剂,比重为2.85。其抗裂原理为:在混凝土中用UEA以10%~12%量取代水泥即可拌制成UEA补偿收缩混凝土。这使其产生的膨胀能转为的预压应力存储在结构中,用以抵消结构中产生的大部分乃至全部拉应力。
    本工程全部采取了掺加1}的微膨胀一补偿收缩混凝土。膨胀剂选用天津豹鸣膨胀剂I卫人膨胀率≥3.0x 10-4,混凝土水中膨胀率≥2.0x 10-4。该高性能膨胀剂膨胀性能高,是普通膨胀剂的3倍,可实现调控膨胀速度,对补偿混凝土的收缩具有显著效果,而且绝湿条件卜能够膨胀,尤其是难以养护的外墙及顶板部位。
 
3.5、采用预应力技术:
    使用预应力进行裂缝控制的原理是:在结构成型时预先在结构的超长方向建立一定数量的轴向预压应力及应变,以克服温差和收缩引起的收缩变形、全部或部分抵消由此产生的拉应力,避免混凝土开裂或控制裂缝的宽度。预应力的施加弥补了混凝土抗拉强度低的缺点,将混凝土变成匀质的弹性体,这种弹性体能够承受温度及收缩应力。
    无粘结预应力筋具有布置灵活、张拉锚固方便、强度高等特点,适用于超长结构的预应力施加。本工程在地卜一层顶板配置了纵、横双向无粘结预应力筋,在地下一层墙体配置横向无粘结预应力筋,均采用fpt k1860级cp 15.2mm低松弛钢绞线,预应少J锚具张拉端采用单孔夹片锚具,固定端采用单束挤压锚具。在40 m以下时采用单端张拉,大于40 m时采用双端张拉。张拉端根据不同部位,分别在后浇带内、内墙和梁板穴模处进行张拉。
    本工程中无粘结预应力筋使用范围较大,地卜一层梁、顶板、外墙中均有使用。梁中的无粘结预应力筋按集团束方式,采用曲线布置;墙中的无粘结预应力筋分内外二排,竖向问距500 mn,按单束方式,采用水平直线布置;板中的无粘结预应力筋双向问距350 mn,按单束方式,采用曲线布置。张拉端均采用单孔锚具,分别在后浇带内和粱板墙表面张拉(图2一图5)。本工程共使用了约600 t无粘结预应力筋,10 000余套锚具。
图3梁应力曲线及张拉位置图
图3梁应力曲线及张拉位置图
      (图中:h中:跨中预应力高度,紧贴下铁上皮绑扎;h支:支座预应力高度,紧贴上铁下皮绑扎;h1,h2:反弯点高度;)
图4墙体预应力筋布置图
 
图4墙体预应力筋布置图
图5墙体预应力筋张拉位置图
图5墙体预应力筋张拉位置图

 
4、总结:
    本工程各层顶板及墙均为超长结构,一般情况卜易出现裂缝,但采取了以上的综合措施,结构于2006年12月施工完成,经历了2007年较冷的冬季,未见裂缝,说明设计及施工是成功的,该工程被评为北京市2006年度结构长城杯金质奖工程。