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1、新建客运专线北京调度所工程超长结构施工技术方案中国建筑材料科学研究总院2009年2月10日新建客运专线北京调度所工程超长结构施工技术方案一、工程概况本工程为铁路客运专线北京调度指挥生产用房，地上七层、地下二层。地下一层层高为6.4m，为设备用房；地下二层层高为8.6m，平时为立体停车库，战时为物资库和战时车库使用；首五层高分别为7.75m、5.95m、6.35m、6.35m、6.65m，主要设备用房及办公使用；六层层高10.95m，为备用调度大厅；七层层高15.4m，为调度大厅。结构形式为全现浇钢筋混凝土框架剪力墙结构。顶层为钢结构。场地地下水为潜水，埋深9.610.6m，水位高程36.993
2、7.93m左右，对混凝土结构、钢筋混凝土结构中的钢筋无侵蚀性，在干湿交替环境下对钢筋混凝土结构中的钢筋具弱侵蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。结构设计基准期取50年，耐久性按100年考虑；本工程混凝土结构的环境类别室内按“一类”设计，室外及地下结构按“二a类”设计。地下室侧墙采用现浇钢筋混凝土墙自防水，防水等级一级，混凝土抗渗等级S10，外包柔性防水材料。本工程筏板为大体积C40防水混凝土，混凝土厚1200，局部厚度3050，梁高2500，宽2200；框架柱、剪力墙为C55混凝土，外墙混凝土厚800，混凝土等级C55/S12；楼板采用C30；本工程地下室结构长宽为118.878.1米，地上结构长宽为1
3、1071.5米，长宽均超过规范要求。由于使用功能需要，无法断缝。因此，采用设置后浇带、计算温度应力、无粘结预应力楼板及添加混凝土抗裂外加剂等措施加以解决。设计要求底板大体积混凝土中同时掺加聚丙烯抗裂纤维。二、本技术方案要解决的几个问题1、地下工程防水混凝土不留带，减少渗水隐患。留置后浇带，同时掺加抗裂剂、聚丙烯纤维等抗裂辅助材料，或者采用预应力混凝土是解决超长结构混凝土收缩及温度应力的常用的技术方法，设计的宗旨和技术路线是完全正确的。但是，后浇带必须2个月后才能回填，而在开挖过程中发现，本工程水位高，水量大，2个月后再处理后浇带时，难度很大，有可能留下渗水的隐患。依据本设计所采用的CSA抗裂剂
4、和聚丙烯纤维等抗裂辅助材料，通过优化混凝土的配合比、规范化施工工艺，完全可以“取消”后浇带。2、控制墙体混凝土的易裂问题1墙体混凝土是易裂部位，当混凝土强度等级达到C40以上时，极易产生竖向裂缝，是工程界普遍地比较关心的问题，虽然少量的裂缝宽度小于0.3mm的裂缝不会对危害到混凝土结构的安全性，但是，其对混凝土的耐久性会带来影响，必须加以控制。本工程墙体混凝土强度等级为C55，为高强混凝土，裂缝控制难度明显很大，再加上厚度达800mm，极易因混凝土的干缩、水化热产生的的温度应力等因素而导致墙体混凝土产生较多的竖向的收缩裂缝。3、地上结构采用超长无缝施工技术，加快工期地上结构的后浇带是影响工期最
5、明显的因素，顶层混凝土浇筑完毕后，要等2个月才能回填后浇带混凝土，且以前留置的后浇带两侧的支撑也不能及时拆除，严重影响其它工序的进行和工程的总工期，如果本工程的后浇带能够不留后浇带，就有可能加快至少1个月的工期，确保按期完成建设任务。三、混凝土裂缝规律简介目前混凝土的一般裂缝规律如下：1、大量工程混凝土的裂缝在混凝土浇筑后不久就已经出现，一般出现在拆模后的三天到两周内。部分工程拆模时就有一些细微的裂缝。拆模后，裂缝的数量和长度、宽度都会迅速增加、发展。2、裂缝集中出现在墙体、楼板等工程部位，开裂严重时，墙体出现规则的约25m间距的裂缝。而基础大体积混凝土如果能对混凝土的水化热进行有效的控制，则
6、基础的开裂问题一般能得到较好的解决。3、施工季节对裂缝的影响较大，这是因为不同的温度、湿度环境对混凝土的水化、硬化过程产生了很大的影响，夏季高温季节、大风天气等环境下施工的混凝土开裂现象较多。4、混凝土强度发展较快，即混凝土的“早强”现象，一些工程3天混凝土强度就达到了设计要求，加大了混凝土产生裂缝的几率或者加剧了裂缝的数量和宽度。5、施工过程控制非常重要，施工是否规范等对裂缝有着显著的影响，不合理的混凝土配合比设计和不规范的施工会导致混凝土裂缝出现的数量较多、裂缝的危害性明显加大。显然，上述的混凝土裂缝现象主要发生在混凝土硬化的早期。混凝土早期裂缝控制应该作为混凝土裂缝控制的重点来抓，混凝土
7、裂缝控制的技术路线应该2主要围绕混凝土的早期水化硬化规律、配套的施工措施来展开。对于超长结构工程，影响混凝土开裂的因素更加复杂，混凝土收缩、温度应力等的影响更加显著，必须采取综合的技术措施来控制混凝土的开裂问题。本工程为框架结构。框架结构的梁板一般来说属于高次超静定结构。在温度应力作用下，由于结构本身外部或内部的约束，容易引起拉应力，使结构物产生裂缝。这种裂缝在实际工程中颇为常见，裂缝宽度0.5mm至数毫米，但其危害程度往往轻微，一般没有承载力不足的危险，但对于持久强度却会带来一定影响，应当尽量加以控制。裂缝出现在板上者常为贯穿裂缝，出现在梁上者，常为表面裂缝。板的平面为矩形，则裂缝方向与较长
8、边垂直。如超长工程，则与长边垂直和平行方向均会产生裂缝。板的裂缝是由降温及收缩引起，当结构周围的气温及湿度变化时，梁板都要产生变形温度变形及收缩变形。引起开裂的主要原因是收缩。梁板的裂缝出现时间一般在13个月，此后趋于稳定。裂缝一般在最冷、最热季节施工时容易产生。梁板结构的最大拉应力一般出现在中部，只要使梁板中部的最大拉应力exmax小于混凝土的抗拉强度，或混凝土中部的最大收缩max小于混凝土的极限延伸率ep,即exmaep则混凝土不会开裂。楼板混凝土中部的最大收缩值按下式计算：cosh2CxLe=aT(1-1maxHE2)(1)四、超长结构无缝施工基本原理与方法采用超长结构无缝施工技术的最大
9、特点是选择质量好的膨胀剂或者抗裂防水剂，本设计已经选择CSA类膨胀剂或者抗裂剂。CSA抗裂防水剂或者膨胀剂由于具有“高膨胀、低收缩”的特性，使其特别适用于超长结构混凝土工程。在混凝土中掺加812的CSA抗裂防水剂或者膨胀剂，通过水泥的化学反应，使混凝土产生适量膨胀，在钢筋和临位限制下，在钢筋混凝土中建立0.230.7MPa的预压应力，可大致抵消混凝土收缩时产生的拉应力，防止混凝土开裂。对于超长结构工程的无缝施工问题，有两种方式可以选择。方案一：“抗”的原则，即采用“加强带”解决，带宽23m，“加强带”内掺12，带两侧掺810。带两侧设密孔钢丝网，目的是防止两侧混凝土流入“加强带”内。钢丝网膨胀
10、应力曲线CSA810CSA810加强带CSA12收缩应力曲线图1“加强带”做法示意图膨胀应力曲线CSA1011施工缝收缩应力曲线图2分段浇筑示意图方案二：是“抗”“、放”结合的原则，即采用“留缝不留带”、或者“跳仓法”施工，此种方法在地铁、隧道等工程中被普遍采用；采用分段浇筑法后，采用一个混凝土配合比就能解决问题，混凝土中的抗裂防水剂掺量与“加强带”法稍有不同，掺量介于中间值，一般1011，每段浇筑的混凝土本身确保不开裂，并有良好的膨胀性，由于浇筑的每段混凝土都是无收缩的微膨胀混凝土，4两段之间的混凝土不存在收缩问题。另外，两段之间的间隔一般3天左右，可以释放部分混凝土水化热产生的温度应力。在
11、采取以上两种方案之一的情况下,伸缩缝间距可延长至100m以上。板式结构平均伸缩缝间距计算公式如下：L=1.5HEaTarcoshCxaT-ep（2）只要使aT趋向ep，则arcosh，则可实现超长结构的无缝施工。在混凝土中掺入适量的抗裂防水剂，由于混凝土的膨胀可补偿混凝土的冷缩和干缩，可显著地减少aT，从而延长伸缩缝的间距。五、本工程超长结构混凝土技术方案要确保混凝土的质量，必须采用合格的原材料，原材料的质量控制指标如下。1、水泥、砂、石等大宗原材料的质量水泥、砂、石本工程混凝土强度等级C55、C40、C30，应采用达到国标GB1752006通用硅酸盐水泥中各项技术指标要求的强度等级为42.5
12、#的普通硅酸盐水泥或者矿渣硅酸盐水泥。鉴于目前市场上各个生产厂的水泥或者同一水泥厂不同批的水泥有时候差异很大，应对水泥的以下性能进行一些控制：水泥细度：水泥不宜过细，水泥越细，收缩越大，早期水化热也大，建议按水泥标准试验方法检验的水泥的比表面积不宜超过350m2/kg，即使水泥细度有波动，其最大比表面积也不得超过360m2/kg。碱含量：北京地区集料为碱活性集料，应采用碱含量小于0.6%的低碱水泥。水泥出厂温度：水泥的初始温度会直接影响混凝土的入模温度和水化热最高值，因此，应控制水泥的出厂温度不宜大于60，使用时不得使用大于60的水泥。砂、石应达到国家标准的有关要求，采用天然的水洗的河砂和525mm的碎石。泵送剂、掺合料本工程基础底板混凝土属于大体积混凝土，外墙混凝土接近大体积混凝土性质，因此，泵送剂必须具有缓凝、凝结时间可调的功能，应根据气温变化及时调整泵送剂的凝结时间指标。5为减少水泥用量，控制混凝土的水化热，应采用减水率达到18以上的泵送剂，尽量降低混凝土的水胶比，减小混凝土的收缩性。基础底板大体积混凝土可以采用单掺粉煤灰的技术路线，亦可采用粉煤灰+矿粉“双掺”的技术路线，但是，当采用“双掺”的技术路线时，对磨细矿粉的性质必须要充分
