大体积混凝土的施工技术Word下载.docx
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4)、在大体积混凝土的结构设计中,由于结构构件的断面尺寸和受力有差异,从而引起了构件的刚度差异、配筋量差异及内部的温度应力的差异,使大体积混凝土经常在差异处出现断裂。
5)、在水泥水化热产生的温度应力(包括热量倒灌产生的温度应力)长时间作用及和上部结构荷载产生的应力共同作用下,可能引起的拉应力过大,从而产生开裂。
2、国内外关于大体积混凝土施工的研究现状
目前,国内外关于大体积混凝土施工的研究主要体现在以下两个方面:
1)早期为了防止大体积混凝土构件过长,致使构件底部(对放置于地基土上的构件而言)或者是构件的部分断面(受竖向构件约束的大体积混凝土梁板)在收缩过程中产生过大的约束应力,及当这种应力超过混凝土的在此龄期时的抗拉强度时,混凝土将产生裂缝,而特意将一个构件用伸缩缝分成若干段。
伸缩缝间距研究也就成为大体积混凝土结构的主要研究对象。
又为了防止大体积混凝土在施工过程中,由于过快的混凝土灌注速度而造成大量的热量堆积,采用分层间歇浇灌散热的方法使混凝土的内部温度与表面温度差值小于产生裂缝的温差。
同时,还有以减少混凝土内部约束等为主要研究内容的施工技术的研究,如施工期采用将结构用后浇带分隔施工的方法等。
以上所述内容所解决的主要问题是简单大体积混凝土结构的施工技术问题。
而对于复杂的大体积混凝土结构,比如结构不许留伸缩缝及后浇带,或多台大型设备同时施工、却又无法进行分层间歇浇灌时,上述方法就无法保证施工。
此时,由于混凝土内部堆积的热量不能及时消散,致使混凝土内部温度过高,从而有可能引起混凝土的开裂。
2)为了解决前面研究理论不能解决的主要问题,在大体积混凝土的设计及施工的后期研究过程中,主要表现在混凝土组成材料的物理、化学性能(如水泥水化热的释放速度和水化热的热容量大小,砂、石粒径及组成成分,矿物质的温度对混凝土内部温度的影响,各种外加剂的性能等)和混凝土的配比,保温、养护及绝热、降温等方法的研究。
3.大体积混凝土结构由于施工造成开裂的主要原因
1)在大体积混凝土的施工过程当中,由于混凝土的标号高,水泥用量大,所以,在混凝土的熟化过程中,水泥放出大量的水化热,使混凝土的内部温度升高。
在混凝土的初期升温阶段,混凝土的上表面开始产生拉应力,下部由于受到地基的约束而承受压应力。
其后,下部及中下部由于降温而出现拉应力,并且中下部降温度梯度较上表面大,故上部表面反而出现压应力,最终在结构的中下部和下部有可能出现拉应力。
当拉应力大于混凝土在此龄期时的抗拉强度时,就存在由里向外开裂的可能,且里边的宽度大于外表面的宽度。
2)当大体积混凝土结构在长度方向有断面的突变和刚度的变化时,由于变化断面的两边在混凝土收缩时产生的收缩应力有差异,在差异处有可能产生过大的收缩变形,使混凝土的开裂。
3)当大体积混凝土结构收缩时,由于地基对混凝土底面的约束,使混凝土不能自由收缩,此时,在混凝土的底部将产生由约束引起的拉应力,这将导致混凝土从底部开始向上表面逐渐开裂的过程发生。
4)由于在大体积混凝土结构的设计中,钢筋主要按照结构的所承受的荷载来设置,没有考虑混凝土的温度应力对抗裂的影响,所以钢筋的位置和数量都可能不尽合理。
同时,由于所增加的构造钢筋不能有效地提高混凝土的抗拉强度,所以,也就不能起到抗约束作用,致使混凝土在收缩时产生裂缝。
5)由于混凝土的表面与大气及地基土的接触温差过大,极易产生混凝土的表面收缩开裂。
6)材料的性能对混凝土的开裂也有很大的影响。
受潮水泥、温度过高的水泥会导致混凝土的非正常凝结;
水泥中的CaO、MgO、碱含量过高引起的水泥非正常膨胀;
骨料含泥量过大或骨料级配不良引起的受力不均;
使用硬活性骨料或风化岩石引起的受力不均等。
7)配合比不当引起的开裂。
水泥用量过大、用水量大、水灰比大、砂率大等引起的温度过高或不均引起的开裂。
8)外加剂掺加不当或不匹配引起的开裂。
9)混凝土的热量倒灌或冷量倒灌导致温度不均引起的开裂。
10)热量堆积、接差处理不当、钢筋保护层不足、模板支撑不牢固、过早拆模、保温措施不力、养护水不足、冻害、表面压光不及时、内部与表面及表面与大气的温差过大等引起的开裂。
11)与结构设计和受力有关的开裂。
超过荷载设计范围、设计未考虑到的荷载作用(如大气的温度急骤变化等)、钢筋的配置不当等。
4.大体积混凝土结构防止开裂的措施
1)混凝土的原材料、搅拌和运输
(1)原材料的要求:
设保温棚及采用井水,防止砂、石、水泥及水的温度升高,其中最有效的方法是防止石子温度升高。
因为根据资料统计,石子温度每降低10C,混凝土拌和温度约可降低0.60C左右,而降低砂子和水温度10C,混凝土拌和温度分别约可降低0.20C及0.130C左右。
而水泥降温对混凝土拌合的温度降低不明显,尽量采用中低热水泥,限制水泥用量。
采用中砂、粗骨料,如用5~40mm的石子代替5~20mm的石子。
(2)搅拌
要求混凝土的出机温度一般不大于25oC。
(3)运输途中防止太阳对混凝土的暴晒(或冷量倒灌)的措施
a.减少混凝土的转运次数。
施工现场的运输尽可能少使用吊斗、推车等工具及机械,采用混凝土输送泵可大大降低太阳辐射的时间。
如需采用吊斗,应以1m3体积较为合理。
b.混凝土输送车及输送泵管尽可能采用覆盖及保温措施。
如运输车采用遮阳板(保温板),输送泵管包草袋及其它保温材料。
c.减少混凝土的运输时间。
主要措施是减少混凝土的输送距离。
对于泵管要尽可能减少弯管数量,增大弯管曲率半径,以减少摩擦造成的热量倒灌。
d.减少混凝土输送车的等待时间(装料及卸料时间)。
e.利用低温时间或夜间浇筑。
2)浇筑前的施工准备
a.浇注前首先检查模板位置是否正确,支撑是否牢固;
b.检查混凝土输送泵、布料机(杆)、振动棒等设备是否良好;
c.确定浇注方法(水平2分层、斜面分层、要求层厚不大于800)预先估算混凝土的流淌距离(一般为13m~17m);
d.确定浇注方向、流程(从一边到另一边或从中心向两边);
e.埋设冷却水管,进水口安装筏门,以控制水流速;
f.架滴灌设备(采用直径为25-50的焊接钢管,间距800-1200);
g.埋设测温设备(大承台间距5000~8000,小承台按3-4个设一测温点,每个测温点不少于3个测温片);
h.冷却水管加压水泵试运行,冷却水管检查是否漏水。
要求水箱体积大于3m3;
i.塑料布、毛毡的准备(表面覆盖);
j.混凝土泌水坑的留置(防目混凝土泌水导致局部混凝土配合比改变)。
3)浇筑及管理措施
(1)要求混凝土的入模温度不超过30oC,一般控制在25oC以下。
(2)控制浇筑时间,加快施工进度
大体积混凝土浇筑尽可能回避高温和寒冷季节。
如不能回避高温季节,则应在高温季节的低温时间段浇筑。
同时,应加快浇筑速度(如一个浇筑点按每小时80~100m3进行施工),减少混凝土在浇筑层面上的暴露时间(不超过初凝时间,最好是2~4小时,减少热量倒灌)。
同时,可采用仓面隔热的方法,如覆盖、遮阳等。
(2)采用分层浇筑(水平分层或斜面分层)时,层厚最好取700~800mm.。
并尽可能控制混凝土的流淌距离在13m以内。
以防止混凝土浇筑面积过大,不利于覆盖。
(3)混凝土施工后应立即在模板外围覆以草袋、麻袋、棉毡、棉毡等保温材料,并洒水养护;
对于裸露的混凝土表面,首先在其表面覆盖塑料薄膜(绝热),然后覆盖草袋、麻袋、棉毡等。
混凝土终凝后,取掉塑料薄膜,重新覆盖草袋、麻袋、棉毡等并洒水,或用涂膜养护剂、涂布等,以防止太阳暴晒及产生过大的温差影响。
对于大面积的承台,在其四周砌三皮砖,承台表面蓄水100mm(水温与混凝土内部温差控制在22oC以内),并在其表面漂浮15~25mm厚的苯板。
大体积混凝土的养护时间不允许少于14天;
或者是混凝土内部温度开始下降至混凝土内部温度与混凝土养护期间大气的最低温度的差值小于22oC时。
(4)合理的组织施工管理,减少混凝土在施工面的停留时间。
同时要确保混凝土施工的连续性和防止“等米下锅”现象。
更要防止由于机械故障、停电等原因而造成的浇筑中断现象。
(5)混凝土的水灰比应控制在0.36以下,以防止产生过大的泌水现象,从而产生混凝土表面的龟裂。
(6)混凝土终凝前的表面,应及时压平、磨光,以减少混凝土表面的比表面积,这样可以减少与大气的热量交换。
(7)混凝土表面的养护水温度与混凝土表面之间的温差应控制在22oC以内。
(8)由于建筑工程的大体积混凝土主要出现在地下室的底板、承台等地下构件上,按照一般工程的开工时间(春季),这些构件的施工时间正好为大气温度较高的时间。
为了防止热量倒灌,在确定开工时间时,应考虑大体积混凝土的施工时间。
(9)冷却水管开启。
当混凝土的内部与表面及表面与大气的温差可能超过22oC时,开启冷却水管,要求冷却水管的水温与混凝土的内部温度差小于22oC。
另要求冷却水管的进水口每两水时反向一次。
(10)混凝土的表面保温措施
为了防止混凝土表面开裂,在混凝土的表面设置保温层(保护层可采用畜水养护并漂浮苯板、覆盖养护等),防止混凝土表面与外界(大气、地基土)的温差过大,从而减少由温差产生的拉应力。
4)混凝土抗裂的其它措施
(1)混凝土底面设置滑移层
为了减少地基土对混凝土底面的约束,在混凝土的底面设置滑移层,使混凝土底部收缩时产生的拉应力减小,从而使混凝土的抗裂能力提高。
(2)混凝土内部的降温措施研究
为了降低混凝土的内部温度,以减少混凝土的温升值,在大体积混凝土的内部埋设降温用的冷却水管、使用中热水泥、降低水泥用量和使用粉煤灰代替一定量的水泥、添加外加剂、降低混凝土的入模温度、防止混凝土的热量倒灌等措施,从而减少混凝土由于温差引起的收缩应力,以提高混凝土的抗裂能力。
(3)设置释放带(后浇带)、留置施工缝、配置温度构造钢筋、增加刚度突变过渡区等的研究。
(4)合理的配筋率与钢筋直径对混凝土的抗裂有重大的影响。
(5)在大体积混凝土的底部设置预应力钢筋,以减少混凝土初期的变形和从而减少底部拉应力。
二、特种结构的施工技术
1、逆作法施工技术
(一)逆作法施工技术的概念
逆作法施工是对深度较大的多层地下室,利用先施工完成的地下连续墙作为深基坑开挖时的挡土、止水的围护墙和地下室的外墙,利用地下室楼盖结构(梁、板、柱)作为地下连续墙的水平支撑体系,由上而下逐层进行地下室结构施工的方法。
与此同时,也可进行上部结构的施工。
逆作法主要用于下述工程:
1)地下室为三层及三层以上的深度较大的地下工程;
2)基坑周围情况复杂,如相邻建筑物极为靠近,坑周土质非常软弱,地下水位较高且压力较大,对周围道路、管线的变形有严格限制等情况的地下工程;
3)工期要求紧,或缩短工期能带来巨大经济效益的工程;
4)地下室造型复杂,面积大,一般支护结构难以适应的工程。
采用逆作法施工,将地下连续墙用作主体结构的地下室外墙,实现围护结构与主体结构的外墙的合一,能减少或取消临时支护结构,降低成本,加快施工速度。
按其对围护结构的支撑方式,分为全逆作法、半逆作法、和部分逆作法。
全逆作法——利用地下室各层钢筋混凝土楼盖对基坑围护结构形成水平支撑,上、下结构同时施工。
对于高层和超高层建筑能缩短工期,是逆作法中大力推广的的方法。
半逆作法——地下室结构施工时,先浇筑地下结构的墙和楼盖梁,利用其作为围护结构的水平支撑,待地下室土方工程完成后,楼盖再自下而上逐层浇筑。
这种方法由于地下一层顶板未封闭,因而不能使上部结构与地下结构同时施工,总工期不能缩短,但地下工程的施工条件较好,适用于工期不紧,地下室纵横墙较多的工程。
部分逆作法——利用基坑四周暂时保留的局部土体对围护结构形成水平支撑,先开挖基坑中间部分的土体和顺作施工中间部分的地下结构,待地下室中间部分的结构完成后,再逆作周边的地下结构。
这种方法适用于土质较好、基坑面积较大而基坑深度不很大的工程,对中心筒体、外框架结构的地下部分施工尤为适用。
(二)逆作法施工
1)节点构造
逆作法施工与常规施工方法的区别,就在于地下室结构是自上而下施工,由于施工工艺的变化,相应的结构节点构造亦应进行变化。
(1)地下连续墙与梁连接
a.预埋连接钢筋:
地下连续墙施工时,在墙上梁位处预埋连接钢筋(预埋钢筋固定在钢筋笼上),在基坑开挖至楼盖梁标高处时将预埋连接钢筋扳出与梁内钢筋焊接。
b.预埋连接钢板法:
(基本同上,仅以钢板替代钢筋)。
c.预埋剪力连接件法等。
(2)地下连续墙与底板连接
墙上留置钢筋与底板钢筋机械连接或埋弧焊连接,并在接触面处设止水条。
(3)中间支承柱与梁连接
中间支承柱为型钢、钢管与钢管混凝土时,采用钻孔钢筋通过法和传力钢板法。
中间支承柱为钻孔灌注桩时,采用钢板环套和传力钢板连接(在施工桩基时,在桩各楼盖梁标高处预先设置一由20mm厚的钢板焊成钢板环套与柱主钢筋焊接,当挖至楼盖梁标高处时,再焊接传力钢板和锚筋,利用锚筋与地下室楼盖梁进行连接)。
(4)中间支承柱、桩与底板的连接
焊接(型钢桩、柱)或种植钢筋(钢筋混凝土柱、桩)技术
2)逆作法施工
确定施工方案:
逆作法的施工形式、布置施工洞孔、确定降水方案、拟定地下连续墙、中间支承柱的施工方法、土方开挖方法以及地下结构混凝土的浇筑方法。
全逆作法的施工工艺流程是:
地下连续墙和中间支承柱施工——
楼盖施工——地下室-1层挖土、上部结构同时施工——地下室-1层和内部结构施工——地下室-2层挖土——地下室-2层楼盖和内部结构施工——直至地下室底板封底、上部结构正常施工。
(1)施工洞口布置
全逆作法需要一定数量的施工洞口,以便出土及机械和材料出入,施工人员出入进行通风。
施工洞口主要有出土口、上人口和通风口。
出土口:
设置在结构简单、开间尺寸较大处,靠近道路便于出土处,有利于土方开挖后开拓工作处,便于完工后进行封堵处。
上人口:
独立设置。
一般一个出土口对应一个上人口。
通风孔:
采用强制通风。
出土口作为排风口,另设送风口。
送风口的间距不宜大于10m。
(2)中间支承柱的施工
两种方法:
一是采用钻孔灌注桩成孔技术成孔,插入型钢(或钢管)桩定位,利用导管在底部灌注混凝土固定。
由于钢管(型钢)外面不能灌注混凝土,所以因此钻孔上段的泥浆需要进行固化处理,以便在清除开挖的土方时,防止泥浆到处流淌,恶化施工环境。
泥浆的固化方法是在泥浆中掺入水泥形成自凝泥浆,使其自凝固化。
水泥掺量约10%,可直接投入钻孔内,用空气压缩机通过软管进行压缩空气吹拌,使水泥与泥浆很好地拌合。
二是孔内用砂或土填满。
(3)地下室土方开挖
主要以人工开挖为主(小型机械开挖对于大空间可以使用,但由于地下阻碍物较多,所以使用较少)。
(4)结构施工
梁板利用土模(混凝土垫层或水泥砂垫层,侧模使用砖砌筑)浇筑混凝土。
柱混凝土浇筑采用顶部侧面浇筑方法。
2、钢管混凝土结构的施工技术
(1)钢管制作的特别要求:
1)由施工单位自行卷制的钢管,其钢板必须平直。
不得使用表面锈蚀或过冲击的钢板。
2)采用卷制焊接钢管在焊接时,长直焊缝与螺旋焊缝均可(卷管方向与钢板压延方向一致)。
3)焊接钢管使用的焊条型号应与主体金属强度相适应,焊缝的强度与母材相同。
(2)钢管柱的拼接组装
钢管或钢管格构柱的长度,可根据运输条件和吊装条件确定,一般以不大于12m为宜。
在现场根据柱的安装方案进行竖向拼接组装(可按3-5层拼接组装一次)。
在柱组装时,同时根据梁标高进行梁柱结点安装。
(3)钢管内混凝土的浇筑方法及对混凝土要求
1)泵送顶升浇筑法。
在钢管接近地面的适当位置安装一个带闸门的进料支管,直接与泵的输送管相连,由泵车将混凝土连续不断地自下而上灌入钢管,通过计算管内体积控制进料量的大小,当浇筑高度大于应控制的高度时,用空气压缩机将多出的混凝土压回到泵管内。
这种方法要求钢管直径大于或等于泵径的两倍。
2)立式手工浇筑法。
从上口进入混凝土,用振动棒振动。
一次浇筑高度不大于2m。
3)立式高位抛落无振动法。
利用混凝土下落时产生的动能达到振实混凝土的目的。
它适应于管径大于350mm,高度大小于4m的情况。
对于抛落高度不足4m的区段,应用振动器振动。
一次混凝土的抛落量宜在0.7m3左右,用料斗装填,料斗的下口尺寸应比钢管内径小100-200mm,以便混凝土下落时管内空气能够排出。
4)混凝土的要求:
a、对于泵送顶升浇筑法和立式高位抛落无振动法,要求粗骨料采用5-30mm,水灰比不大于0.45,坍落度不小于150。
b、对于手工浇筑法,粗骨料粒径可采用10-40mm,水灰比不大于0.4,坍落度20-40mm;
当有内部构件时,粗骨料粒径可采用5-20mm,坍落度不小于150mm。
为了减少混凝土的收缩量,在混凝土内部掺入适量的微膨胀剂(通过试验确定)。
(4)浇筑时注意事项
1)每次浇筑前(包括施工缝),应先浇筑一层厚度为101-200mm的与混凝土等级相同的水泥砂浆,以免自由下落的混凝土粗骨料产生弹跳现象。
2)当混凝土浇筑到钢管顶端时,可以使混凝土稍微溢出后,用空气压缩机将多出的混凝土压回。
再用留有排气孔的封顶板紧压在管端,并进行焊接,待混凝土强度达到设计值的50%后,再将封顶板按设计要求进行补焊。
有时也可将混凝土浇筑到稍低于钢管口的位置,待混凝土强度达到设计值的50%后,再用相同等级的水泥砂浆补填至管口,并按上述方法将横隔板或封顶板依次封焊到位。
3)管内混凝土的质量检验采用敲击钢管的方法,如有异常应用超声波检测。
对不密实的部位应采用钻孔压浆的方法进行补强,然后将钻孔补焊封固。
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