超長結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計(jì)論文

1、福建大劇院超長結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計(jì)與施工福建省第一建筑工程公司 陳彩虹摘要：通過福建大劇院超長結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計(jì)的實(shí)例，介紹了膨脹加強(qiáng)帶的設(shè)計(jì)方法、施工步驟和注意事項(xiàng)。關(guān)鍵詞：超長結(jié)構(gòu)、無縫設(shè)計(jì)、膨脹加強(qiáng)帶The Seamless Design And ConstructionOf Ultra Long Structure In Fujian TheaterAbstract: Through the example of seamless design of ultra long structure in the Fujian theater, the text introduces the design

2、method, the construction step and the regulation of the inflation strengthen belt.Keywords: ultra long structure，seamless design，the inflation strengthen belt1 工程概況1.1建筑概況本工程位于福州市五一廣場南側(cè)，南臨規(guī)劃中的海底路，西臨廣達(dá)路，總建筑面積為29712m2，建筑分A、B、C三個(gè)分區(qū)。其中A區(qū)為大劇院建筑面積為22865 m2，地下一層，面積3200 m2，地上四層，局部五層，面積19665 m2；B區(qū)為會(huì)議廳，多功能廳等，

3、建筑面積為4202 m2，地下一層面積1100 m2，地上三層面積3102 m2；C區(qū)為多功能劇場及附屬設(shè)施，地上三層，建筑面積2645 m2。1.2結(jié)構(gòu)概況本工程為框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系，A區(qū)長117.5m，寬74m，高22.6m，局部高38m。B區(qū)、C區(qū)均為長59m，寬23m，高14m。結(jié)構(gòu)安全等級(jí)A區(qū)、C區(qū)為一級(jí)，B區(qū)為二級(jí)，防水等級(jí)一級(jí)。砼強(qiáng)度：地下室底板C30、S8，外墻C40、S8?？蚣苤?、剪力墻C40，梁板C35。底板厚900mm、800mm、400mm。1.3后澆帶設(shè)計(jì)概況A區(qū)自地下室底板至上部結(jié)構(gòu)標(biāo)高12.95m，設(shè)計(jì)了二橫一縱的后澆帶，結(jié)構(gòu)平面劃分為6塊。B區(qū)、C區(qū)均設(shè)計(jì)一條橫

4、向后澆帶。后澆帶砼澆注時(shí)間為兩側(cè)砼澆注后兩個(gè)月。2 膨脹加強(qiáng)帶取代后澆帶的原由1、本工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工難度大，后澆縫的保護(hù)、清理與鑿毛非常困難。2、設(shè)計(jì)防水等級(jí)為一級(jí)，采用后澆帶施工縫增多，留下滲漏水隱患。3、施工工期緊，結(jié)構(gòu)為220天，而設(shè)計(jì)要求后澆帶的填縫需待結(jié)構(gòu)兩側(cè)砼澆筑后2個(gè)月方可施工，影響總工期。4、膨脹加強(qiáng)帶技術(shù)已廣泛運(yùn)用，在包括北京西客站、福建長樂國際機(jī)場航站樓等100多個(gè)超長結(jié)構(gòu)中應(yīng)用成功。3 超長無縫結(jié)構(gòu)技術(shù)3.1超長結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計(jì)裂縫控制的基本原理根據(jù)抗裂原理，只要控制混凝土的收縮與膨脹保持一個(gè)相對的范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)是不會(huì)開裂的。常規(guī)的方法就是使用高性能膨脹劑。在混凝土中摻加適量

5、的混凝土膨脹劑，通過水泥的化學(xué)反應(yīng)，使混凝土產(chǎn)生適量膨脹，在鋼筋和鄰位限制下，在鋼筋混凝土中建立0.30.8Mpa的預(yù)壓應(yīng)力，可大致抵消砼收縮產(chǎn)生的拉壓力，防止混凝土開裂。同時(shí)，水化反應(yīng)生成的鈣釩石晶體屬針狀、棒狀晶體，填充、切斷、堵塞混凝土的毛細(xì)孔，使混凝土的抗?jié)B能力大大提高。對于超長結(jié)構(gòu)工程的無縫施工問題，目前已形成了較系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)和理論。膨脹劑在常規(guī)摻量下，一般可60m不設(shè)縫，當(dāng)超過60m時(shí)，可采用“加強(qiáng)帶”解決，帶寬2m，“加強(qiáng)帶”內(nèi)大摻量，帶兩側(cè)普通摻量。3.2摻建研牌HEA膨脹劑技術(shù)性能HEA膨脹劑是減免后澆帶的設(shè)計(jì)技術(shù)，一定范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)無縫施工。其技術(shù)原理是在收縮應(yīng)力較大的區(qū)段給予

6、較大膨脹應(yīng)力，全面補(bǔ)償混凝土超長結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的收縮應(yīng)力，以膨脹加強(qiáng)帶替代后澆帶，通過HEA摻量設(shè)計(jì)混凝土的膨脹量。膨脹加強(qiáng)帶間距為40m60m左右，帶寬2m，膨脹加強(qiáng)帶兩側(cè)鋪設(shè)密孔鐵絲網(wǎng)和8150鋼筋加固，目的是防止砼流入加強(qiáng)帶，膨脹加強(qiáng)帶外用普通摻量的補(bǔ)償收縮混凝土澆筑，混凝土膨脹率約（22.5）×10-4，加強(qiáng)帶內(nèi)用大膨脹率混凝土澆筑，混凝土膨脹率約為（2.53.5）×10-4，其強(qiáng)度等級(jí)比兩側(cè)提高5MPa。如此循環(huán)下去可連續(xù)澆筑100150m超長結(jié)構(gòu)，而不設(shè)后澆帶，參圖1。由于混凝土供應(yīng)或施工組織原因?qū)е禄炷敛荒苓B續(xù)澆筑時(shí)，可用“間歇式無縫施工法”，詳圖2，即澆筑至加強(qiáng)

7、帶一側(cè)作為施工縫，在下次澆筑混凝土前，把施工縫清理干凈，鑿去部分保護(hù)層，充分潤濕混凝土界面，然后澆加強(qiáng)帶，隨后用普通摻量小膨脹砼澆注帶外大面積混凝圖2 “間歇式”底板無縫設(shè)計(jì)示意圖（立面）圖1 有防水要求的HEA無縫設(shè)計(jì)示意圖（立面）土，如此循環(huán)下去。3.3由于墻體薄，面積大，養(yǎng)護(hù)困難，受到風(fēng)速和大氣溫度影響大，容易出現(xiàn)收縮裂縫。因此，我們采用后澆加強(qiáng)帶（2m寬），即分段澆注摻810HEA混凝土，養(yǎng)護(hù)14d后，用摻1213HEA混凝土回填。要設(shè)止水帶。（見圖3）圖3 墻體的后澆加強(qiáng)帶設(shè)計(jì)示意圖（立面）3.4為確保福建大劇院地下室底板及墻板砼施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求，我院提出在福建大劇院地下室底板及

8、外墻砼中采用HEA膨脹劑和TW-10高性能泵送劑雙摻技術(shù)方案，同時(shí)結(jié)合超長結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計(jì)裂縫控制原理，底板大約為40m60m設(shè)一條膨脹加強(qiáng)帶，帶寬2m，帶兩側(cè)用孔徑小于5mm鋼絲網(wǎng)，帶中用大摻量12%13%HEA膨脹劑，砼強(qiáng)度等級(jí)提高5MPa，帶外用常規(guī)摻量8%10%HEA膨脹劑。4 本工程膨脹加強(qiáng)帶和后澆膨脹加強(qiáng)帶的設(shè)計(jì)4.1膨脹加強(qiáng)帶和后澆膨脹加強(qiáng)帶的位置設(shè)計(jì)依據(jù)超長無縫結(jié)構(gòu)技術(shù)膨脹加強(qiáng)帶和后澆膨脹加強(qiáng)帶的間距控制在40m60m，總長控制在100m150m，原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖后澆帶設(shè)計(jì)的間距和位置均可滿足“無縫設(shè)計(jì)”膨脹加強(qiáng)帶的要求，平面布置參圖4。164.2膨脹加強(qiáng)帶和后澆膨脹加強(qiáng)帶的配筋加強(qiáng)根

9、據(jù)砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50010）規(guī)定，原設(shè)計(jì)后澆帶加強(qiáng)鋼筋可以滿足膨脹加強(qiáng)帶加強(qiáng)鋼筋要求，長度均應(yīng)增加1200mm，參圖58。4.3地下室膨脹加強(qiáng)帶和后澆式膨脹加強(qiáng)帶的設(shè)計(jì)及計(jì)算4.3.1地下室砼配合比設(shè)計(jì)（1）底板和墻板配合比設(shè)計(jì) kg/m3強(qiáng)度及抗?jié)B等級(jí)水水泥砂石子粉煤灰HEA膨脹劑TW-10泵送劑限制膨脹率×10-4C30、S8180320753108364265.76 2.1C40、S8190375704105675306.75 2.3（2）底板和墻板膨脹加強(qiáng)帶和后澆帶膨脹加強(qiáng)帶配合比設(shè)計(jì) kg/m3強(qiáng)度及抗?jié)B等級(jí)水水泥砂石子粉煤灰HEA膨脹劑TW-10泵送劑限制膨脹率&#

10、215;10-4C35、S818034872110817042 6.26 2.8C45、S8190402674105480487.24 3.1備注：C35及以下可采用碎卵石，C40及以上采用碎石。4.3.2對摻有HEA膨脹劑砼（稱為限制膨脹砼）抗裂計(jì)算對限制膨脹砼的抗裂計(jì)算，現(xiàn)行計(jì)算方法是反算砼設(shè)抗裂伸縮縫的間距，如果其間距大于加強(qiáng)帶設(shè)置間距，則證明加強(qiáng)帶設(shè)計(jì)作為防范措施，使抗裂更加保險(xiǎn)。LL限制膨脹砼抗裂伸縮縫間距（m）H砼底板厚度，取900mmE砼彈性模量，取E3.5×104MPaCx水平阻力系數(shù)，取Cx1.5MPa/mm砼線膨脹系數(shù)，取1.0×10-5T綜合溫差arc

11、osh雙曲余弦反函數(shù)p砼極限拉伸值，取1.5×10-4綜合溫差：TT1T2T31815.21518.2則L因0，L 說明：采用限制膨脹砼在本工程可不必設(shè)縫。而現(xiàn)底板采取加強(qiáng)帶和墻板后澆加強(qiáng)帶做法是更保險(xiǎn)的方法，是可行的。4.4上部梁板和剪力墻膨脹加強(qiáng)帶、后澆膨脹加強(qiáng)帶的設(shè)計(jì)和計(jì)算（1）本工程上部結(jié)構(gòu)為普通砼，砼強(qiáng)度等級(jí)梁板為C35，剪力墻為C40，砼結(jié)構(gòu)長度取91.7m（A區(qū)一條橫向加強(qiáng)帶兩邊結(jié)構(gòu)長度之和）驗(yàn)算梁板是否會(huì)開裂方法是計(jì)算加強(qiáng)帶之間的普通砼的最長收縮值max，如果max小于砼極限延伸率p，即砼梁板不會(huì)開裂。max式中：為砼板換取厚度，本工程板厚為120mm，與梁一起換算厚

12、度取200mm；L結(jié)構(gòu)長度，取加強(qiáng)帶兩側(cè)結(jié)構(gòu)長度之和為91700mm；砼線膨脹系數(shù)，取1.0×10-5；Cx水平阻力系數(shù)，樓板取1.2MPa/mm；E砼彈性模量，取3.5×104MPa；T綜合溫差；TT1T2T1砼施工期間變化溫差，取18；T2砼收縮量溫差，收縮按90d完成；混凝土的收縮混凝土90d的收縮率式中=為最終收縮（mm/mm），標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下=3.24×10-4；M1=0.9為水泥等級(jí)影響系數(shù)，M2=1.13為水泥細(xì)度影響系數(shù)，M3=1.2為水泥漿量影響系數(shù)，M4=0.93為不同配筋率修正系數(shù)；b為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般取0.01；養(yǎng)護(hù)較差時(shí)取0.03，t為由澆灌時(shí)

13、至計(jì)算時(shí)，以天為單位的時(shí)間值，這里取90d收縮值。3.0×10-4×（1e-0.01×90）×0.9×1.13×1.2×0.932.18×10-4T2/2.16×10-4/10-521.8 TT1T21821.839.8cosh雙曲線余弦函數(shù)3.98×10-4（2）膨脹加強(qiáng)帶和后澆膨脹加強(qiáng)帶的配合比 kg/m3強(qiáng)度及抗?jié)B等級(jí)水水泥砂石子粉煤灰HEA膨脹劑TW-10泵送劑限制膨脹率×10-4C45190408675105572497.202.8（3）加強(qiáng)帶（限制膨脹鋼筋砼極限拉伸值計(jì)算）

14、pp×1.5×1.4式中：p加強(qiáng)帶鋼筋砼極限拉伸值p 普通鋼筋砼極限拉伸值1.5砼徐變拉伸值增長系數(shù)1.4限制膨脹砼與普通砼拉伸值增大系數(shù)p0.5RL×（1P/d）×10-4式中：RL砼抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為2.51MPa（加強(qiáng)帶砼為C45）P配筋率，取0.8（加強(qiáng)帶配筋率要達(dá)到0.8）d鋼筋直徑，板筋最大為12，d1.2cm則p0.5×2.51×（10.8/1.2）×10-42.09×10-4p2.09×10-4×1.5×1.44.39×10-4maxp結(jié)論，采用膨脹加強(qiáng)帶，板砼

15、不會(huì)拉裂。5 砼原材料選型5.1水泥本工程水泥選用福建“煉石牌”普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)42.5。5.2骨料混凝土中采用吸水率較大骨料，干縮較大，骨料含泥量較多時(shí)，會(huì)增大混凝土的干縮性，骨料粒徑較大，級(jí)配良好時(shí)，由于能減少混凝土中的水泥漿用量，所以混凝土干縮率較小，應(yīng)選用堆積密度大，級(jí)配良好的骨料。本工程選用洪山橋碎卵石，閩侯碎石，閩江砂。5.3粉煤灰摻合料粉煤灰的水化熱遠(yuǎn)小于水泥，摻加粉煤灰能減少水泥用量并有效降低水化熱，另外，優(yōu)質(zhì)粉煤灰的需水量小，可降低混凝土單方用水量和水泥用量，還可減少砼自身體積收縮有利于防裂，同時(shí)，摻粉煤灰還能抑制堿-骨料反應(yīng)，并防止因此產(chǎn)生的裂縫。本工程選用福建漳州

16、后石電廠級(jí)粉煤灰。5.4外加劑為解決底板混凝土開裂和滲透問題，混凝土中必須摻入外加劑，但外加劑的選型十分重要。外加劑選型不當(dāng)，往往起到適得其反的效果。根據(jù)省內(nèi)眾多工程地下室剛性防水施工的成功案例，針對福建大劇院地下室底板設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)要求高，我院提出采用HEA膨脹劑和TW-10高性能泵送劑雙摻技術(shù)方案（即地下室剛性防水摻8%10%HEA，加強(qiáng)帶摻1213%HEA）。5.5本方案的技術(shù)特點(diǎn)HEA膨脹劑是以高鋁熟料為主要原生產(chǎn)的具有良好膨脹源的混凝土膨脹劑，其特點(diǎn)是膨脹能量大，干縮小，摻入砼后自能補(bǔ)償砼的收縮，達(dá)到抗?jié)B防裂目的。6 砼澆搗及裂縫控制措施底板及外墻混凝土的施工質(zhì)量是抗裂防滲成敗的關(guān)鍵因

17、素之一，直接影響工程的質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。6.1施工方法為避免混凝土產(chǎn)生冷縫，混凝土連續(xù)施工控制在澆搗后4小時(shí)內(nèi)，對砼的初凝時(shí)間要求10小時(shí)。以后澆加強(qiáng)帶及膨脹加強(qiáng)帶分為施工段，每個(gè)施工段必須保證連續(xù)澆筑。底板澆筑時(shí)按“斜面分層，一個(gè)坡度，薄層澆筑，一次到頂”的澆筑方法。在每臺(tái)輸送泵軟管出料口布置4臺(tái)插入式振動(dòng)器。同時(shí)，對分層砼進(jìn)行2次振搗，即在澆筑上一層砼時(shí)，將振搗器臥倒，對下層砼均勻振搗一次后，立即澆筑上層砼。在振搗上層砼時(shí)，將振搗器再插入下層砼5cm深振搗。6.2采用的保溫措施（1）地下室底板混凝土保溫采用“保溫、保濕、蓄熱”方法進(jìn)行保溫。底板混凝土澆筑后立刻抹面，初凝前用塑料薄膜

18、覆蓋混凝土表面并緊貼到達(dá)保濕目的，以免水分快速蒸發(fā)導(dǎo)致開裂。注意在初凝前進(jìn)行二次抹壓收光以減少混凝土表面裂縫，終凝后在塑料薄膜上撒水養(yǎng)護(hù)，并在塑料薄膜上覆蓋一層麻袋保溫、蓄熱養(yǎng)護(hù)。（2）地下室外墻混凝土保溫采用帶模養(yǎng)護(hù)的方法進(jìn)行保溫。地下室外墻混凝土澆筑后在模板上撒水養(yǎng)護(hù)，拆模時(shí)間要求在混凝土澆筑5天后，從而達(dá)到保溫目的。6.3砼的養(yǎng)護(hù)（1）砼表面處理在澆筑后23h后，初步按標(biāo)高用大木杠刮平，在初凝前用木抹子抹平提漿找平，待砼表面收水后，再用木抹子搓平，反復(fù)抹壓不少于四遍，閉合收水裂縫。（2）地下室砼的養(yǎng)護(hù)對其抗?jié)B性能影響極大，特別是早期濕潤養(yǎng)護(hù)更為重要，養(yǎng)護(hù)期間砼表面溫度與中心溫度之差不大于

19、25。濕潤養(yǎng)護(hù)不少于14d。因?yàn)樵跐駶櫁l件下，砼內(nèi)部水分蒸發(fā)緩慢，不致形成早期失水，有利于水泥水化，特別是澆筑后的前14d，水泥硬化速度快，強(qiáng)度增長幾乎可達(dá)28d標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度有80%，由于水泥充分水化，其生成物將毛細(xì)孔堵塞，切斷毛細(xì)通路，并使水泥石結(jié)晶致密，砼強(qiáng)度和抗?jié)B性均能很快提高；14天后，水泥水化速度逐漸變慢，強(qiáng)度增長亦趨向緩慢，雖然繼續(xù)養(yǎng)護(hù)依然有益，但對質(zhì)量的影響不如早期大，所以應(yīng)注意前14天養(yǎng)護(hù)。（3）混凝土澆灌的過程中，如遇風(fēng)雨天氣，應(yīng)搭設(shè)防雨彩條布進(jìn)行遮蓋，同時(shí)周邊做好明溝排水工作，防止雨水流進(jìn)基坑內(nèi)，保證砼灌的連續(xù)性和施工質(zhì)量。（4）外墻養(yǎng)護(hù)。由于外墻的暴露面大，受風(fēng)吹日曬影響，干燥急速，水分揮發(fā)快。外墻的養(yǎng)護(hù)也是一大難點(diǎn)。A、加長模板的留置時(shí)間。外墻模板的留置時(shí)間不少于5天，在5天內(nèi)