地铁车站超长大体积混凝土无缝分仓施工工法.pdf
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1、地铁车站超长大体积混凝土无缝分仓施工工法地铁车站超长大体积混凝土无缝分仓施工工法1 前言前言随着我国建筑业的蓬勃发展,超长超大体量的建筑物层出不穷,目前施工中常用后浇带技术进行处理。施工后浇带是在建筑施工中为防止现浇钢筋混凝土结构由于温度、收缩不均可能产生的有害裂缝,按照设计或施工规范要求,在基础底板、墙、梁相应位置留设临时施工缝,将结构暂时划分为若干部分,经过构件内部收缩,在若干时间后再浇捣该施工缝混凝土,将结构连成整体。后浇带施工在削减温度收缩应力、减少混凝土裂缝的同时,亦带来了一系列问题:(1)后浇带布满了纵横交错的结构钢筋,并且 60d 后才能封闭,导致施工中遗落在后浇带内或者钢筋之间
2、的杂物难以清理,从而施工质量难以保证;(2)后浇带填充前,雨水会沿着后浇带进入地下结构,致使地下结构处于漏水状态,土体必须长时间降水,影响施工开展;(3)因钢筋密集,后浇带两侧施工缝的凿毛清理困难,原已浇灌的混凝土大部分收缩已完成,后浇带混凝土的干缩容易造成新老混凝土连接处裂缝,不仅未实现防止混凝土产生裂缝的初衷,反而人为的在后浇带处造成 2 条贯穿裂缝;(4)后浇带浇筑不易密实、防水工艺复杂。无缝分仓施工法对于减少超长、超厚、大体积混凝土的裂缝有明显效果,且与传统后浇带相比,具有以下优点:(1)分仓间隔施工时间大于等于 7d,避免了后浇带留置 60d 带来的工期损失,为室内回填土及装修施工的
3、提前介入创造条件,有利于组织流水施工,缩短工期;(2)无缝分仓施工法有效减少后浇带清理工作量,消除后浇带清理不到位带来的质量隐患;(3)节省后浇带施工缝处的模板及支撑系统,减少了后浇带的临时保护和施工清理费用;(4)不需要采用如膨胀剂等特殊外加剂,节省主辅料成本,经济效益和社会效益显著。中交一公局厦门工程有限公司通过工程实践,细心观察、认真计算、大胆创新,实现了地铁车站无缝分仓施工的重大突破,结合厦门地铁 2 号线马銮湾西站车站结构复杂,工期紧迫的实际情况,提出本工程无缝分仓施工工艺,提高施工质量,缩短工期,节约成本。2 工法特点工法特点2.0.1 低收缩高性能混凝土配合比设计。依据最密实骨料
4、体系理论进行配合比设计及优化,开展地铁用高性能自防水混凝土配合比设计研究,获得最小胶凝材料用量下 29%粉煤灰与 11%矿粉双掺的最佳体积稳定性和最佳耐久性高性能混凝土。2.0.2 建立地铁车站主体结构混凝土构件模型。综合考虑底部和侧面先浇混凝土约束作用以及混凝土水化热、弹性模量、抗拉强度的时变效应,进行温度时变效应和应力分析,并做多影响因素扩展讨论。2.0.3 动态调整混凝土浇筑仓块大小。对浇筑混凝土内部进行温度和应力监测,以实测温度数据校正计算收缩应力值,根据温度实测及应力校正结果动态调整分仓间距及浇筑时间间隔。2.0.4 施工、养护、监测一体化控制。研发全智能养护系统,实现温湿度的自动采
5、集与反馈,养护系统与温度采集系统可智能共享采集数据,实现养护用水温自动调节。2.0.5 建立动态施工标准化体系。建立了“模拟、实测、反演、验证”的一体化动态施工标准化体系,减少人为误差,使施工趋于精细化与精准化。2.0.6 减少裂缝数量。通过原材料控制及配合比的优化设计、混凝土构件模型的应用分析、温度及应力监测、混凝土仓块时间及空间间隔的动态调整、智能养护系统的研发等一系列措施,有效减小混凝土温度应力、引导混凝土温度应力的释放时机、规避混凝土温度应力的副作用,从而减少混凝土因自收缩、温缩、干缩以及先浇混凝土制约收缩等原因产生的裂缝,在对裂缝控制有特殊需求的地铁车站等地下工程中有显著优势。2.0
6、.7 工期效益及经济效益显著。不需要采用如膨胀剂等特殊外加剂,不需要设置后浇带或者变形缝,节省主辅料成本,节约后浇带施工工期,节约后期混凝土开裂堵漏成本,经济效益、工期效益和社会效益显著。3 适用范围适用范围本工法适用于超长、超宽、大体积混凝土施工,尤其适用于地铁车站等地下混凝土工程。4 工艺原理工艺原理无缝分仓施工工法不需要单独留设后浇带来控制结构混凝土开裂,根据工程施工工艺要求、配合比优化设计、混凝土施工要求、温度应力监测分析结果、施工机械设备情况等将大尺寸的混凝土结构划分为具有先后浇筑顺序的若干块,通过释放先浇混凝土块所产生的较大温度和收缩变形,再续浇混凝土成整体。其原理为依据结构长度与
7、约束应力的非线性关系,即在较短范围内结构长度显著的影响约束应力,超过一定长度后约束应力随长度的变化趋于恒定。其技术核心是是采用“抗放兼施,以抗为主,先放后抗”的原则进行施工,通过合理设置分仓间距,利用较短的分仓间隔释放混凝土施工前期大部分由温度变形和干燥收缩引起的内应力,即“放”,其后再采取材料、结构、施工管理等措施提高混凝土的抗拉强度再连成整体,即以“抗”为主适应长期作用的较低温差和较小收缩。施工中采用自主研发全智能养护系统,实现温湿度的自动采集与反馈,养护系统与温度采集系统可智能共享采集数据,实现结构构件的全智能保温保湿精确养护。另外,仓块间浇筑间隔时间为 7d 左右,对比后浇带通常采用的
8、 60d 而言,施工工期大幅缩短。5 施工工艺流程及操作要点施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程施工工艺流程施工工艺流程图见图 5.1-1图图 5.1-1 大体积混凝土施工工艺流程图大体积混凝土施工工艺流程图5.2 操作要点操作要点5.2.1 施工准备1 技术准备(1)组织项目部技术、质量、工程等部门全体人员对大体积混凝土施工方案进行技术交底,明确工艺标准、质量控制点及验收要求。(2)技术部门提前对商品混凝土供应厂家进行技术交底,明确对商品混凝土的技术要求,对混凝土配合比提前进行优化试配,并经设计、监理最终确认后的配合比作为大体积混凝土配合比。(3)提前绘制温度应变点平面布置图,将温度应
9、变传感器布置到位,并进行保护,确保温度应变传感器工作正常。(4)对无缝分仓间距及时间间隔进行计算。2 现场准备(1)施工现场临时用水、用电的布置到位,避免停水、停电影响混凝土浇筑。配备足够的混凝土养护所用材料,保证混凝土养护到位。(2)浇筑混凝土前,分仓缝部位的模板支设,止水钢板、分仓收口钢丝网等安放就位。检查和控制模板、钢筋、保护层和预埋件等的尺寸、规格、数量和位置,检查模板稳定性、支撑情况。各工种自检合格后,办理隐检、预检、交接检,并填写混凝土浇灌申请书,取得同意后方可浇筑。(3)轴线尺寸、标高等均经过检查,验收完毕,标高控制线已按要求设置完毕。(4)浇筑混凝土的架子、马道搭设完毕,并有良
10、好的安全措施。(5)浇筑前,汇同监理、技术、质检部门对第一车混凝土进行质量鉴定。(6)材料部门提前做好有关材料的进场工作,确保施工顺利进行。(7)加强气象预测预报联系工作,保证混凝土连续浇筑的顺利进行,确保混凝土质量。(8)加强现场指挥和调度,避免车辆拥挤堵塞。在进出场口设置交通协调人员,负责协调混凝土运输车的进、出场以及运输车辆与社会车辆关系。5.2.2 混凝土配合比为避免出现温度裂缝,在配合比设计时尽量考虑采用水化热较低的水泥,掺用足量的掺合料,掺加缓凝高效减水剂,降低水灰比,是减少裂缝数量的有效措施。加强生产过程控制,确保混凝土产品质量的稳定性。经综合考虑并根据现有的条件和工艺,对本次无
11、缝分仓施工范围的全部混凝土,在材料选用和配合比设计上,采取如下措施:1 混凝土配合比设计指标控制(1)本工程采用无缝分仓施工法施工,车站底板、顶板及侧墙砼配合比设计采用混凝土 60 天强度作为混凝土配合比强度控制指标。(2)所配制的混凝土拌合物,到浇筑工作面的塌落度为 120-160mm,扩展度不应小于 350mm。(3)按大体积混凝土进行配合比设计,按照小水胶比、小水泥用量、小坍落度、小入模温度、大掺量矿物掺合料的原则进行配合比设计。(4)每立方砼用水量不超过 155kg。(5)砂率为 40%以下。(6)混凝土初凝时间 10-12h、终凝时间 12-14h。(7)采取措施控制混凝土的入模温度
12、小于 30C。2 原材料选用根据福建省本地的材料特性,针对本工程“无缝分仓施工法”混凝土施工过程,混凝土原材料在满足相应规范的基础上,为了最大的降低混凝土的水化热,减少其收缩,原材料还要满足以下特殊要求(见下表 5.2.2-1):表表5.2.2-1 原材料要求原材料要求材料类型特殊要求水泥熟料铝酸三钙8%水泥比表面积大于 300 m2/kg,小于 350 m2/kg掺料不得掺加窑灰碱含量小于 0.6%级粉煤灰需水量100%烧失量20%时,0.95-1.05S;S20%时,0.90-1.10S;用水用水温度水温不宜大于 22C另外,混凝土搅拌所用水泥温度不能高于 60C,砂子和石子在自然环境下通
13、风冷却 3d 后再使用,以降低原材料温度。外加剂在使用前尽量配成溶液,拌和均匀后方可使用,配制应有专人负责,做好配制记录。图图 5.2.2-1 原材料质量及混凝土入模温度控制原材料质量及混凝土入模温度控制5.2.3 混凝土混凝土结构结构分仓及施工顺序分仓及施工顺序无缝分仓施工技术充分考虑相邻浇筑混凝土的时空效应,根据工程施工工艺要求、配合比优化设计、施工进度要求、施工机械设备等影响因素,将大尺寸的混凝土结构根据温度、应力计算分为具有先后浇筑顺序的若干仓段,通过错开时间或者空间的办法,释放先浇混凝土块所产生的较大温度和收缩变形,再续浇混凝土成整体。其原理依据结构长度与约束应力的非线性关系,即在较
14、短范围内结构长度受显著的约束应力影响,超过一定长度后约束应力随长度的变化趋于恒定。1 分仓的设置原则宜遵循下列规定:1)根据计算,分仓的最大长度不宜超过22m左右,仓块间距以实测温度数据校正计算收缩应力值,根据温度实测及应力校正结果动态调整分仓间距及浇筑时间间隔;2)分仓的设置应相对规则,便于“无缝分仓”施工;3)分仓缝宜设置在混凝土构件的受力较小部位,且宜避开预埋件及预留洞口的建筑物。2 施工区段的划分在马銮湾西站施工时,根据本工程平面的特点,结合施工总体部署、总进度计划、总平面布置、施工方案及总体施工组织设计要求等因素,合理地利用人力、物力,科学地安排施工顺序,减少工序之间干扰,保证工程施
15、工顺利、快速的进行。1)地铁车站站台层施工区段划分图(如图5.2.3-1)图图 5.2.3-1 车站站台层施工区段划分示意图车站站台层施工区段划分示意图2)地铁车站站厅层施工区段划分图(如图5.2.3-2)图图 5.2.3-2 车站站厅层施工区段划分示意图车站站厅层施工区段划分示意图3)地铁车站顶板施工区段划分图(如图5.2.3-3)图图 5.2.3-3 车站顶板施工区段划分示意图车站顶板施工区段划分示意图4)车站侧墙分仓车站侧墙仓块划分结合顶板分仓缝位置进行划分,即顶板分仓缝与侧墙对齐,地下室外墙竖向共划分8个仓位。施工时,车站站台层侧墙水平施工缝留置于离底板上1400mm处,增加3mm厚止
16、水钢板,站厅层内墙水平施工缝留置于基础底板或楼板上表面处400mm。3 施工顺序安排1)站台层、站厅层及顶板施工顺序图图 5.2.3-4 站台层分仓砼浇筑时间示意图站台层分仓砼浇筑时间示意图图图 5.2.3-5 站厅层浇筑时间示意图站厅层浇筑时间示意图图图 5.2.3-6 顶板浇筑时间示意图顶板浇筑时间示意图2)侧墙施工顺序安排车站侧墙分仓与各板分仓相对应,即顶板分仓缝与侧墙对齐,结合各层板分仓块组织流水施工。施工时,车站站台层侧墙水平施工缝留置于离底板上 1400mm 处,增加 3mm 厚止水钢板,站厅层内墙水平施工缝留置于楼板上表面处 400mm。图图 5.2.3-7 现场混凝土分仓浇筑现
17、场混凝土分仓浇筑5.2.4 支模、钢筋绑扎及模板拆除支模、钢筋绑扎及模板拆除1 分仓缝构造无缝分仓施工可有效减少凿除量,分仓缝亦是施工缝,采用钢板止水带满焊链接,钢板止水带上下两侧设置双向612400mm的钢筋网与20目的钢丝网,钢筋网焊接(单面焊10d)于钢板止水带上,钢丝网绑扎固定在钢筋网上。厚度较大的混凝土板宜选用较粗的钢筋焊成钢筋网,分仓缝构造如图5.2.4-1所示。地下室结构构件的钢筋在满足受力要求的前提下,宜尽量避开钢板止水带,若有小直径的拉筋或箍筋无法避开的,可参照图5.2.4-1的做法,单面焊接10d于钢板止水带上。图图5.2.4-1 分仓缝构造示意图分仓缝构造示意图2 附加钢
18、筋构造措施板厚变截面处作法(如图 5.2.4-2):100100 400500LaLa图图 5.2.4-2 板厚变截面处大样板厚变截面处大样3 钢筋保护层厚度控制措施钢筋在混凝土板中具有双重作用,一是抵抗外荷载,二是防止和控制混凝土收缩裂缝,但该作用的发挥需要合理厚度的保护层,因此须把钢筋保护层厚度控制作为钢筋工程中抗裂要点。具体要求如下:1)各层板面配置双层双向钢筋(包括分离式配置的负弯矩短筋),钢筋必须设置马凳,其纵横向间距不应大于 1000mm(即每平方米不得少于 2 只),对于细小钢筋,马凳的间距应控制在 600mm以内(即每平方米不得少于 3 只)。(如图 5.2.4-3、5.2.4
19、-4)2)在严格控制板面负筋的保护层厚度方面,现浇板负筋一般放置在支座梁钢筋上面,与梁筋应绑扎在一起,另外,采用马凳或混凝土垫块等措施来固定负筋的位置,保证在施工过程中板面钢筋不再下沉,从而可有效控制保护层,避免支座处因负筋下沉,保护层厚度变大而产生裂缝,板的保护层厚度应控制在 15mm,防止过大或过小。图图 5.2.4-35.2.4-3 马銮湾西现场板类绑扎钢筋马銮湾西现场板类绑扎钢筋图图 5.2.4-45.2.4-4 马銮湾西现场侧墙绑扎钢筋马銮湾西现场侧墙绑扎钢筋4 模板工程中抗裂要点与措施1)模板体系的承载力与刚度模板必须具有足够的承载力、刚度和稳定性,能可靠承受新浇筑混凝土的自重及施
20、工荷载。(如图 5.2.4)图图 5.2.4-5 模板清理模板清理图图 5.2.4-6 模板安装模板安装2)新浇板面的上载在站厅层、站台层板混凝土浇筑完毕的 24h 以前,可限于做测量、定位、弹线等准备工作,最多只允许柱钢筋安装施工,不允许吊卸大宗材料,避免冲击振动。24h 以后,可先分批安排吊运少量小批量的侧墙钢筋进行绑扎活动,做到轻卸、轻放,以控制和减小冲击振动力。第 3d 方可开始吊卸钢管等大宗材料以及从事相应侧墙和板面的模板正常支模施工。在模板安装时,吊运(或传递)上来的材料应做到尽量分散就位,不得过多地集中堆放。3)竖向结构(墙、柱)的混凝土拆模强度应达到 1.2MPa,且要保证构件
21、棱角完整无破坏。5.2.5 温控监测布置温控监测布置1 混凝土浇筑及固化过程中,监测内容应包括监测时间、混凝土水化热即时温度、内表温差、温降速率和大气温度。2 当混凝土浇筑完成后混凝土表面点温度与中心点温度温差(内表温差)达到 25C 时或测温点温降速率达到-2.0C/d,以书面形式报告并重点标注提出警示。3 温度控制指标1)混凝土浇筑体在入模温度基础上的温升值不宜大于 40C。2)混凝土浇筑块体内相邻两测温点的温差(不含混凝土收缩的当量温度)不应大于 25C。3)混凝土浇筑体的降温速率不宜大于 2C/d。4)结束覆盖养护或拆模后,混凝土浇筑体表面以内 50mm 位置处与环境温度差值不应大于2
22、0C。4 监测布点1)监测点的布置范围应以所选混凝土浇筑体平面图对称轴线的半条轴线为测试区,在测试区内监测点按平面分层布置;2)在测试区内,监测点的位置与数量可根据混凝土浇筑体内温度场分布情况及温控的要求确定;3)在每条测试轴线上,监测点位宜不少于 3 点,应根据结构的几何尺寸布置;4)沿混凝土浇筑体厚度方向,必须布置外面、底面和中心温度测点其中上测点距混凝土上表面 50mm,中测点位于混凝土底板竖向中心位置,下测点距混凝土下表面 50mm。同时还设置大气温温测点。(如图 5.2.5)图图 5.2.5-1 顶板温度监测点布置示意图顶板温度监测点布置示意图图图 5.2.5-2 板类构件应器布置板
23、类构件应器布置图图 5.2.5-3 墙类构件感应器布置墙类构件感应器布置5)所有测温孔必须编号,并绘制测温孔布置图(如图 5.2.5-3)。图图 5.2.5-4 测温点布置图测温点布置图5 时间安排1)混凝土开始浇筑前 3 天开始进行测杆制作。2)混凝土开始浇筑前 1 天开始布置测点,并安装调试仪器。3)监测起始时间:自混凝土开始浇筑时起。4)监测频次:大体积混凝土浇筑体里表温差、降温速率及环境温度的测试,在混凝土浇筑后,温度达到最高点并且稳定时每 2h 测一次。温度开始下降的 4 天内,每 2h 测一次;4 天后,每 4h 测一次至测试结束,特殊情况可以随时检测。入模温度、大气相对湿度的测量
24、,每台班不应少于 2 次。监测结束时间:混凝土结构表面以内 50mm 位置的温度与中心点温度之间温差连续 3 天小于20时停止监测。6 数据提供1)监测结果及数据以书面报表的形式即时提供。2)实时监测报告内容包括:监测时间、天气情况、大气温度、砼表面温度和温降速率、中心点温度和温降速率、底部点温度和温降速率、内表温差、布点位置示意图。5.2.6 混凝土浇筑混凝土浇筑1 混凝土浇筑1)本工程大体积混凝土浇筑时,混凝土泵和搅拌运输车的台数可根据每仓块混凝土数量的大小以及预计的浇筑时间来确定。混凝土泵按各仓位置,相应的将泵摆放位置其靠近地点。2)在混凝土浇筑前,针对各个部位的浇筑特点,进行详细交底,
25、管理人员跟班作业,检查和监督振捣作业。3)为防止冷缝出现,施工时采取斜面分层(每层厚度控制在 30cm 以内,每步错开 500cm 左右)、依次推进、整体浇筑的方法,使每次叠合层面的浇筑间隔时间不得大于 7h,小于混凝土的初凝时间。斜面分层布料方法施工,即“一个坡度、分层浇筑、循序渐进”(分层浇筑如下图 5.2.6-1 所示)。在各自范围内,混凝土输送泵采取“一”字形行走路线,各台泵浇筑范围约 12 米宽,地泵浇筑速度 30m3/h。混凝土初凝时间为 68h。5m5m1:6图图 5.2.6-1 顶板顶板混凝土分层浇筑示意图混凝土分层浇筑示意图4)在混凝土浇筑前,应先将基层和模板浇水湿透,防止混
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