超长混凝土结构工程

第八章超长混凝土结构工程

8.1工程简述

8.1.1综述

联想北京研发基地楼工程由南楼、北楼、综合楼、休闲楼4个结构单元组成，结构形式均为框架—剪力墙结构，南楼和北楼结构地下一层，地上六层、八层。其中北楼地下结构长度为188.60m，地上结构分为1#、2#、3#、4#四个结构单体，各结构单元体之间自然分隔；南楼结构呈60°圆弧形，地下结构总弧长为216.37m，地上结构在轴线S15与S16之间自然分缝成2个结构体（结构缝宽为140），两个单体的结构弧长分别为119.34m和86.21m，其结构长度远大于规范要求的设缝长度，因此本工程北楼地下结构，南楼的地下结构、地上结构按超长结构施工考虑。在本工程的招标设计文件中提出“故需采取一些措施来解决混凝土因温度变化而产生应力，……，施工中留后浇带，一般30～40m一道……”。

8.1.2工程分析

混凝土是一种凝胶体人造石料，混凝土构件具有徐变、收缩特性，控制和减少混凝土的徐变、收缩量是超长混凝土结构施工的关键因素。

1）徐变。徐变的主要原因是混凝土构件在长期荷载作用下，混凝土凝胶体的水份逐渐压出，水泥石逐渐粘性流动，微细空隙逐渐闭合，细晶体内部逐渐滑动，微细裂缝逐渐发生等各种因素的综合结果，影响混凝土徐变的主要因素有以下几点：（1）混凝土在长期荷载作用下产生的应力大小；

（2）加荷载时混凝土的龄期。加荷时混凝土龄期越短，则徐变越大；

（3）混凝土的组成成份和配合比。

混凝土中骨料本身没有徐变，它的存在约束了水泥胶体的流动，约束作用的大小取决于骨料的刚度（弹性模量）和骨料所占的体积比。当骨料弹性模量小于70Gpa 时，随骨料的弹性模量降低，徐变显著增大。骨料的体积比越大，徐变越小。试验表明，当骨料的含量由60%增大为75%时，徐变可减少50%。混凝土的水灰比越小，

徐变越小，在常用的水灰比（0.4～0.6）范围内，单位应力的徐变与水灰比呈近似直线关系。

（4）养护及使用条件下的温度与湿度。

混凝土养护时温度越高，湿度越大，水泥水化作用就越充分，徐变越小。

2）收缩。

混凝土在空气中结硬时体积减小的现象称为收缩。混凝土浇筑完毕后在凝结之前由于沉实泌水、蒸发，干集料或干燥底层吸收使混凝土水分损失，体积因而减少，产生塑性收缩。混凝土收缩的主要原因是在硬化初期水泥石在水化凝固过程中产生的体积变化，后期主要是混凝土内自由水份蒸发引起的干缩。

（1）混凝土的组成和配比是影响混凝土收缩的主要原因。水泥的用量越多，水灰比较大，收缩就越大。骨料的级配好、密度大、弹性模量高，粒径大可以减少混凝土的收缩，粗骨料的所占的体积比越大、强度越高，对收缩的制约就越大。（2）干燥失水是引起混凝土收缩的重要原因，高温湿养可以加快水化作用，减少混凝土中的自由水份，因而可以使收缩减少。

在建筑工程中，由于超长结构温度、收缩徐变等内应的叠加和结构累计，是造成混凝土裂缝的主要原因，而有效控制裂缝的展开可采取多种方式，如设置若干道变形缝，以释放大部分变形。另外可采用优化混凝土的配合比设计以减少混凝土的收缩、提高混凝土的极限拉伸强度等方法，以抵抗施工温度、徐变、收缩等变形产生的应力。

伸缩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、徐变而可能产生有害裂缝而设置的临时施工缝，其需根据设计要求保留一段时间后再浇筑，将结构连成整体。本工程后浇带的严格意义是基于混凝土的徐变、干缩和施工期间的水泥水化热的考虑而设置的临时性伸缩缝，在60天后用填充性膨胀混凝土回浇。减少超长混凝土结构的徐变、干缩和施工期间的水泥水化热，防止结构裂缝的产生和发展的施工关键措施是优化混凝土配合比设计、加强施工养护等。

超长混凝土结构施工设计技术有两种方案，方案一是采用常规的留置临时施工后浇带技术，应合理设计临时性后浇缝位置，以满足工程要求；方案二采用先进的超长混凝土无缝施工技术，该技术成熟可靠，具有较强的工程适用性。

8.2混凝土配合比设计

作为超长结构混凝土，为了控制或减少混凝土的徐变、干缩和施工期间的水泥水化热应力，即控制结构裂缝的产生和发展，应优化混凝土配比，进行合理的配比设计。

8.2.1材料选择

1）水泥：选择水化热较小的水泥，控制水泥用量，尽可能使水灰比较小，以减少混凝土的施工温度和收缩；

2）骨料：选择级配好、密度大、刚度（弹性模量）大、粒径大，（弹性模量）较大、杂质少的骨料，并尽可能使骨料的体积比应大于75%，如选择冲洗的砂、圆砾等骨料。

3）掺合物：选择烧失量不大于3%，有较小的细度，质量均匀较好的矿物掺合料，增加混凝土的密实度，改善和易性。

4）外加剂：掺加缓凝剂有利于控制混凝土早期水化热，本工程结构复杂，钢筋密集，常会影响混凝土的浇筑速度，掺加混凝土缓凝剂有利于避免因浇筑速度等原因形成的施工冷缝，而且可缓和温度升高引起的混凝土强度变化。应用高效减水剂以降低水泥用量。

8.2.2配合比设计

超长结构混凝土配合比设计应控制水泥用量，尽量降低水灰比，水灰比是决定水泥石和截面区空隙的关键因素，较小的水灰比可减少混凝土的收缩。

粗骨料的所占的体积比越大、强度越高，对混凝土收缩的制约就越大，因此配合比设计时应尽量使粗骨料的体积比大，但应满足一定的要求。

总之，依据超长结构施工控制的机理分析可知，通过优化混凝土配比设计，可从混凝土胶体材料的本身减少收缩、徐变等应力，以及提高混凝土的抗拉强度来抵抗混凝土的内应力变形是一种超长结构混凝土施工控制的有效途径之一，所以施工之前，结合本工程结构超长和清水混凝土特点，应精心进行混凝土的配比选材、试配设计，来满足工程需要。

混凝土配合比设计应严格依据《北京市碱集料反应技术规程—建科（1999）2》

的要求控制配比中的碱含量，防止碱集料反应的发生，当使用B种低碱活性集料时，其混凝土含碱量不超过5Kg/m

3，当使用C种低碱活性集料时，其混凝土含碱量不超过3Kg/m3。

混凝土的配合比参见清水混凝土章节有关内容。

8.3结构后浇带设计

本工程南楼、北楼地下室结构超长，为了克服超长结构混凝土由于温度、收缩、徐变而可能产生有害裂缝而设置的临时施工缝，即伸缩后浇带，同部位结构施工完毕后采用C35内掺12%左右的微膨胀混凝土浇灌。

8.3.1后浇带设计

本工程北楼地下结构，南楼的地下结构为超长混凝结构土，依据国家规范《混凝土结构设计规范》（GBJ10-89）钢筋混凝土结构伸缩缝的最大间距按下表规定采用。

注：①如有充分依据或可靠措施，表中数据可予以增减；

②伸缩逢间距应考虑施工条件的影响，必要时可适当增减。

本工程设计文件要求“后浇带一般30—40m左右设一道，带宽为800～1000m，后浇带的浇筑时间为同层结构混凝土浇筑60天后用高一标号微膨胀混凝土灌浇”。根据以上要求本工程在北楼地下结构（包括底板、外墙、顶板）、南楼结构设置后浇带，后浇带宽度为800，后浇带位置的底板、外墙部位防水、结构采用加强构造设计。

1）北楼地下室结构后浇带设计：

在北楼的○7、○13、○19轴线部位设置伸缩后浇带，宽度为800，在地下室基础底板、外墙、顶板均布置，伸缩后浇带的最大间距为48.5、最小间距为45.0m，满

足国家标准规范框架结构地下结构伸缩缝间距＜55m的要求。具体后浇带设计位置如下图所示：