一种地下侧墙结构混凝土夏季抗裂施工方法与流程

2021-01-14 16:01:32|

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本发明涉及混凝土抗裂技术领域，具体涉及一种地下侧墙结构混凝土夏季抗裂施工方法。

背景技术：

地下侧墙结构混凝土，以城市地下轨道交通地铁车站和湖底隧道为代表，其开裂在实体工程结构中非常普遍，也是混凝土工程领域的一个十分难以解决和克服的问题，其开裂形式以温度裂缝为主，主要是在混凝土温降过程中，侧墙结构混凝土受到先浇结构混凝土的强约束，产生了收缩拉裂，尤其在大浇筑长度的情况下，侧墙开裂十分严重。

目前减少地下侧墙开裂的方法主要从混凝土角度和施工设计角度入手，混凝土角度主要涉及添加具有膨胀和收缩补偿性能的添加剂，以及控制混凝土的入模温度和温度发展历程，从而降低混凝土本身的收缩和温度应力；施工设计角度主要涉及减小侧墙结构混凝土的一次性浇筑长度，从而降低开裂风险。目前这两个手段是解决侧墙混凝土开裂问题的较有效手段，可以大幅缓解裂缝的程度，在两者相互结合的情况下甚至能够彻底避免侧墙外观可见裂缝的产生，但通过已公开的研究资料显示，以夏季为例，在不采用温控和膨胀材料的情况下，保证侧墙结构混凝土不开裂的一次性浇筑长度为5m，这在实际工程中是无法被采用的，且施工缝位置将会产生渗漏水的隐患，即使在使用膨胀材料的情况下，开裂可控的浇筑长度不大于20m，因此，现有针对侧墙结构混凝土抗裂的技术仍需要进一步发展。

为解决地下或水下侧墙结构混凝土在超长连续浇筑情况的开裂问题，有必要结合混凝土材料和施工工艺，发明一种可避免地下侧墙结构混凝土开裂的工艺方法，既能从材料方面解决混凝土自身收缩的问题，又能从工艺方面解决混凝土收缩拉应力过大导致开裂的问题，从而从技术上，大幅降低侧墙结构混凝土的开裂风险。

技术实现要素：

为解决现有技术地下侧墙结构混凝土夏季施工时在超长连续浇筑时容易产生开裂的问题，本发明提出一种地下侧墙结构混凝土夏季抗裂施工方法。

本发明提供了一种地下侧墙结构混凝土夏季抗裂施工方法，具体包括如下步骤：

(1)在已经硬化的底板混凝土结构上部绑扎侧墙结构的钢筋网，侧墙结构的钢筋网分段绑扎，钢筋网将侧墙结构划分为8～10m、2～5m、8～10m、2～5m……依次排布的分段结构，在所有2～5m分段钢筋网内布设控温水管，2～5m分段钢筋网与8～10m分段钢筋网之间垂直于底板混凝土结构设置可活动的活动隔板；

(2)在侧墙结构混凝土浇筑施工前，预先在所有分段的钢筋网内中心埋设应力计，所述应力计通过线缆与在线监测设备连接，在线监测设备采集应力计的应力及温度数据，并以网络的形式将数据在线呈现，从混凝土浇筑开始，利用在线监测设备实时监测混凝土内部应力发展，应力计具有温度补偿功能，能够同时测试混凝土的温度；

(3)以控温模板代替传统侧墙结构混凝土模板，利用接管将整个侧墙结构的控温模板的中空结构串联起来并安装，并通过检查控温模板和控温水管的气密性确定其运行可靠性，在2～5m分段钢筋网和8～10m分段钢筋网中分别浇筑掺不同膨胀剂的混凝土，其中，2～5m分段混凝土中掺加氧化镁膨胀剂，8～10m分段混凝土中掺加钙镁复合膨胀剂；

(4)从侧墙结构混凝土浇筑开始，在控温模板中通入冷气，所述冷气的温度与8～10分段混凝土中心温度最大温差不大于25℃，对侧墙结构混凝土进行整体降温，同时在控温水管中通冷水，进一步对2～5m分段混凝土进行冷却降温，随着混凝土浇筑高度的增加，活动隔板逐步向上提起，使2～5m分段混凝土与8～10m分段混凝土连接为一个整体；

(5)混凝土浇筑完毕，随着混凝土水化的进行，水化热逐步释放，当2-5m分段混凝土温度达到温峰时停止控温水管的运行，并调整控温模板中冷气温度，使控温模板中冷气温度低于8～10m分段混凝土中心温度且温差不大于10℃；所有2-5m分段混凝土或8～10m分段混凝土的温度历程理论相同，实际具有微小差异，均以测得的最大数据作为参考；

(6)在混凝土温降阶段，由于温降收缩与自收缩的叠加，混凝土内部应力逐步由压应力转变为拉应力，当8～10m分段混凝土内部实测拉应力大于1.5mpa时，在控温水管中通热水，对2～5m分段混凝土进行加热，进一步促进2～5m分段混凝土的氧化镁膨胀剂的膨胀反应，同时通过结构的热膨胀挤压8～10m分段混凝土，使其拉应力减小，确保8～10m分段混凝土内部实测拉应力不大于2.0mpa；

(7)当8～10m分段混凝土内部实测拉应力小于1.5mpa或其拉应力大于1.5mpa但增长率小于0.1mpa/d时，按0.5℃/h的速率降低控温水管中热水温度，当热水温度与8～10m分段混凝土温度之差小于5℃时，停止通热水；

(8)当停止控温水管控温后，随着混凝土自收缩和温降收缩的发展，混凝土内部应力仍持续变化，此时，调整控温模板中气体温度与8～10m分段混凝土中心温度的温差在-10～10℃之间，通过对混凝土进行制冷或加热实现混凝土热胀冷缩的温度效应，从而确保8～10m分段混凝土内部实测应力不大于2.0mpa，当8～10m分段混凝土内部拉应力在小于2.0mpa范围内趋于稳定或逐步减小时，停止控温模板控温，拆除控温模板；

(9)将控温水管采用膨胀砂浆填实，完成抗裂施工工艺。

步骤(1)中所述每段钢筋网之间的间距为5～10cm。

步骤(1)中所述活动隔板的高度不低于钢筋网的高度。

步骤(1)中所述控温水管为循环水管且在2～5m分段钢筋网中蛇形布置，当控温水管通冷水或热水时，控温水管的温度场在2～5m分段混凝土中均匀分部。

步骤(3)中所述氧化镁膨胀剂是活性为80s、120s、180s、240s的氧化镁按质量比为10～25:10～25:30～50:15～30混合；所述钙镁复合膨胀剂是由氧化钙和氧化镁按照30～50：50～70的质量比混合而成的膨胀剂，其中，氧化镁活性为80s和120s中的一种或两种的混合。所述钙镁复合膨胀剂能够有效补偿8～10m分段混凝土的早期收缩，所述氧化镁膨胀剂的反应活性较低，但在控温水管加热的条件下，能够持续产生膨胀反应，产生有效的膨胀能。

步骤(4)中所述控温水管的冷水温度与2-5m分段混凝土芯部温度温差不大于25℃，步骤(6)中所述控温水管的热水温度与8～10m分段混凝土芯部温度温差不大于30℃。

步骤(3)所述控温模板为内部空心结构，所述控温模板包括钢板结构、保温材料板和加强板，钢板结构为混凝土接触面，钢板结构与保温材料板形成中空结构，加强板覆盖在保温材料板上，加强板与钢板结构是通过螺栓连接固定，加强板和保温材料板的双层结构上设有通气接口，通气接口与所述中空结构相连通，相邻控温模板的通气接口可通过接管连接，使相邻控温模板的中空结构连通；不同控温模板之间能够相互连通，气流能够在内部空心结构中流动。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明涉及的抗裂方法可使地下侧墙结构混凝土超长连续浇筑，保障结构的完整性，避免产生开裂渗水；

(2)本发明抗裂的技术手段是基于拉应力调控，通过实时应力监测，有效避免混凝土裂缝产生；

(3)本发明将长墙结构分段，但浇筑后分段合为整体，不影响结构整体性，但使8～10m和2～5m分段混凝土具备不同的膨胀调控性能，结合温控措施，有效调控混凝土内拉应力。

(4)夏季高温时节，混凝土入模温度较高且极难控制，导致混凝土开裂风险较其他季节大大提高，本发明的抗裂施工方法，能够使混凝土在初凝前的温度大幅降低，且在混凝土硬化后，通过控温水管和控温模板有效散失混凝土温升阶段的热量，同时以混凝土应力为指导，通过控温水管和控温模板的温度调节，使混凝土内膨胀剂充分发挥作用的同时，调控混凝土的应力发展，使混凝土内部应力控制在不开裂的安全范围内。

附图说明

图1为侧墙结构钢筋网分段绑扎与应力监测布置结构图。

图2为侧墙结构混凝土浇筑施工前的结构图。

图3为侧墙结构混凝土浇筑施工过程中的结构图。

图4为侧墙结构混凝土浇筑完毕但未填实控温水管的俯视图。

图5为侧墙结构混凝土将控温水管填实后的正视图。

图6为侧倾结构混凝土控温模板结构图。

图1～6中的标注为：1为8～10m分段钢筋网，2为2～5m分段钢筋网，3为活动隔板，4为应力计，5为在线监测设备，6为控温水管，7线缆，8为2～5m分段混凝土，9为8～10m分段混凝土，10为控温模板，11为底板混凝土，12为钢板结构，13为保温材料板，14为加强板，15为中空结构，16为通气接口，17为螺栓。

具体实施例

为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。

本发明提供了一种地下侧墙结构混凝土夏季抗裂施工方法，具体包括如下步骤：

(1)在已经硬化的底板混凝土结构上部绑扎侧墙结构的钢筋网，侧墙结构的钢筋网分段绑扎，钢筋网将侧墙结构划分为8～10m、2～5m、8～10m、2～5m……依次排布的分段结构，在所有2～5m分段钢筋网2内布设控温水管6，2～5m分段钢筋网2与8～10m分段钢筋网1之间垂直于底板混凝土结构设置可活动的活动隔板3；

(2)在侧墙结构混凝土浇筑施工前，预先在所有分段的钢筋网内中心埋设应力计4，所述应力计4通过线缆7与在线监测设备5连接，在线监测5设备采集应力计的应力及温度数据，并以网络的形式将数据在线呈现，从混凝土浇筑开始，利用在线监测设备实时监测混凝土内部应力发展，应力计具有温度补偿功能，能够同时测试混凝土的温度；

(3)以控温模板10代替传统侧墙结构混凝土模板，利用接管将整个侧墙结构的控温模板10的中空结构15串联起来并安装，并通过检查控温模板和控温水管的气密性确定其运行可靠性，在2～5m分段钢筋网和8～10m分段钢筋网中分别浇筑掺不同膨胀剂的混凝土，其中，2～5m分段混凝土8中掺加氧化镁膨胀剂，8～10m分段混凝土9中掺加钙镁复合膨胀剂；

(9)将控温水管采用膨胀砂浆填实，完成抗裂施工工艺。

步骤(1)中所述每段钢筋网之间的间距为5～10cm。

步骤(1)中所述活动隔板的高度不低于钢筋网的高度。

步骤(1)中所述控温水管为循环水管且在2～5m分段钢筋网中蛇形布置，当控温水管通冷水或热水时，控温水管的温度场在2～5m分段混凝土中均匀分部。

步骤(3)所述控温模板为内部空心结构，所述控温模板包括钢板结构12、保温材料板13和加强板14，钢板结构12为混凝土接触面，钢板结构12与保温材料板13形成中空结构15，加强板14覆盖在保温材料板13上，加强板14与钢板结构12是通过螺栓17连接固定，加强板和保温材料板的双层结构上设有通气接口16，通气接口与所述中空结构相连通，相邻控温模板的通气接口可通过接管连接，使相邻控温模板的中空结构连通；不同控温模板之间能够相互连通，气流能够在内部空心结构中流动。

实施例1

进行某地下工程侧墙结构混凝土施工，侧墙结构一次性浇筑长度为36m，侧墙厚度为0.7m，侧墙高度为5.6m，施工设计将侧墙结构划分为五段，分别为8m、4m、10m、4m、10m。

在施工准备阶段，在每个分段中绑扎钢筋网，两段相邻钢筋网之间的间距为5cm，相邻钢筋网之间设置可活动的活动隔板，4m分段钢筋网内布设控温水管；

在混凝土浇筑施工前，预先在结构钢筋网内埋设应力计，从混凝土浇筑开始，利用在线监测设备实时监测混凝土内部应力发展，应力计具有温度补偿功能，能够同时测试混凝土的温度，应变计与在线监测设备通过线缆连接；

以控温模板代替传统混凝土模板，安装控温模板，并检查控温模板和控温水管的运行可靠性，在4m分段钢筋网与8m和10m分段钢筋网中分别浇筑不同的混凝土，其中，4m分段混凝土中掺加氧化镁膨胀剂，其是由活性值为80s、120s、180s、240s的氧化镁按照20:20:40:20的质量比例混合而成，8m和10m分段混凝土中掺加钙镁复合膨胀剂，其组成中氧化钙与氧化镁的质量比例为40:60，其中氧化镁的组成是活性值为120s的氧化镁；

混凝土浇筑开始，测试其入模温度为30℃，向控温模板中通入8℃的冷气，对侧墙结构混凝土进行整体降温，向控温水管中通5℃的冷水，对4m分段混凝土进一步冷却控温，同时，随着混凝土浇筑高度的增加，活动隔板逐步向上提起，使4m分段混凝土与8m和10m分段混凝土连接为一个整体；

混凝土浇筑完毕，随着混凝土水化的进行，水化热逐步释放，混凝土的温度逐渐上升，在此过程中，使控温模板与8m和10m分段混凝土的中心温度之差不大于25℃，使控温水管的冷水温度与4m分段混凝土的中心温度之差不大25℃；

混凝土浇筑26h后，混凝土的温度由30℃升到了62℃，温度开始呈现下降的趋势，温度由62℃变为61.5℃，此时，控温水管中的冷水温度为38℃，停止控温水管的冷水循环，同时，调整控温模板中冷气温度，使控温模板冷气温度保持在低于8m和10m分段混凝土中心温度8～10℃之间；

在混凝土的温降阶段，由于温降收缩与自收缩的叠加，混凝土内部应力逐步由压应力转变为拉应力，当8m和10m混凝土内部的最大拉应力大于1.5mpa时，在控温水管中通热水，对4m分段混凝土进行加热，进一步促进4m分段混凝土的氧化镁膨胀剂的膨胀反应，同时通过结构的热膨胀挤压8m和10m分段混凝土，使其拉应力减小，确保8m和10m分段混凝土内部拉应力不大于2.0mpa；

当8m和10m分段混凝土内部拉应力小于1.5mpa时，按0.5℃/h的速率降低控温水管中热水温度，当热水温度与8m和10m分段混凝土温度之差小于5℃时，停止通热水；

当停止控温水管控温后，随着混凝土自收缩和温降收缩的发展，混凝土内部应力仍持续变化，此时，可调整控温模板的气流的温度与8m和10m分段混凝土中心温度的温差在-10～10℃之间，确保8m和10m分段混凝土内部应力不大于2.0mpa，当8m和10m分段混凝土内部拉应力在小于2.0mpa范围内逐步减小时，停止控温模板控温，拆除控温模板，将控温水管采用膨胀砂浆填实，完成抗裂施工工艺。

当混凝土龄期达到30d时，对侧墙结构混凝土进行裂缝观测，结果表明，未发现贯穿性收缩裂缝，无渗水漏水情况，工程效果良好。

实施例2

进行某地下工程侧墙结构混凝土施工，混凝土标号为c40p10，侧墙结构一次性浇筑长度为40m，侧墙厚度为1.0m，侧墙高度为4.8m，由于该,施工段混凝土厚度大，标号高，开裂风险较大，因此将侧墙结构划分为七段，分别为4m、8m、4m、8m、4m、8m、4m。

在施工准备阶段，在每个分段中绑扎钢筋网，两段相邻钢筋网之间的间距为6cm，相邻钢筋网之间设置可活动的活动隔板，4m分段钢筋网内布设控温水管；

在混凝土浇筑施工前，预先在结构钢筋网内埋设应力计；

以控温模板代替传统混凝土模板，安装控温模板，并检查控温模板和控温水管的运行可靠性，在4m分段钢筋网与8m分段钢筋网中分别浇筑不同的混凝土，其中，4m分段混凝土中掺加氧化镁膨胀剂，其是由活性值为80s、120s、180s、240s的氧化镁按照20:20:30:30的质量比例混合而成，8m和10m分段混凝土中掺加钙镁复合膨胀剂，其组成中氧化钙与氧化镁的质量比例为30:70，其中氧化镁的组成是活性值为120s的氧化镁；

混凝土浇筑开始，测试其入模温度为33℃，向控温模板中通入8℃的冷气，对侧墙结构混凝土进行整体降温，向控温水管中通5℃的冷水，对4m分段混凝土进一步冷却控温，同时，随着混凝土浇筑高度的增加，活动隔板逐步向上提起，使4m分段混凝土与8m分段混凝土连接为一个整体；

混凝土浇筑完毕，随着混凝土水化的进行，水化热逐步释放，混凝土的温度逐渐上升，在此过程中，使控温模板与8m分段混凝土的中心温度之差不大于25℃，使控温水管的冷水温度与4m分段混凝土的中心温度之差不大25℃；

混凝土浇筑32h后，混凝土的温度达到温峰71℃，温度开始呈现下降的趋势，停止控温水管的冷水循环，同时，调整控温模板中冷气温度，使控温模板冷气温度保持在低于8m分段混凝土中心温度8～10℃之间；

在混凝土的温降阶段，由于温降收缩与自收缩的叠加，混凝土内部应力逐步由压应力转变为拉应力，当8m分段混凝土内部的最大拉应力大于1.5mpa时，在控温水管中通热水，对4m分段混凝土进行加热，进一步促进4m分段混凝土的氧化镁膨胀剂的膨胀反应，同时通过结构的热膨胀挤压8m分段混凝土，使其拉应力减小，确保8m分段混凝土内部拉应力不大于2.0mpa；

当8m分段混凝土内部拉应力小于1.5mpa时，按0.5℃/h的速率降低控温水管中热水温度，当热水温度与8m分段混凝土温度之差小于5℃时，停止通热水；

当停止控温水管控温后，随着混凝土自收缩和温降收缩的发展，混凝土内部应力仍持续变化，此时，可调整控温模板的气流的温度与8m分段混凝土中心温度的温差在-10～10℃之间，确保8m分段混凝土内部应力不大于2.0mpa，当8m分段混凝土内部拉应力在小于2.0mpa范围内逐步减小时，停止控温模板控温，拆除控温模板，将控温水管采用膨胀砂浆填实，完成抗裂施工工艺。

当混凝土龄期达到30d，混凝土内部应力值为0.1～0.5mpa范围内，结构内部应力为压应力，说明结构整体处于膨胀受压状态，第60d时，混凝土结构内部压应力为0.3～0.6mpa范围内，且相对稳定，说明在前期良好的温控和后期膨胀剂持续的补偿收缩作用下，使混凝土整体维持在了一种微膨胀的状态。经过对侧墙结构混凝土进行裂缝观测，未发现贯穿性收缩裂缝，无渗水漏水情况，工程效果良好。

对比例1

在实施例2中的工程中，在同时段进行常规方式施工，一次浇筑长度为40m，采用传统钢模板作为施工模板，混凝土采用常规混凝土，浇筑后第4d拆模，拆模后采用土工布悬挂覆盖，并定期洒水养护。

实际工程效果表明，混凝土龄期达到第7d时，即拆模后3d发现部分混凝土裂缝，裂缝呈竖向分部，到达混凝土龄期第10d时，混凝土裂缝明显增多，大约2～3m一条裂缝，较有规律性，到第20d时，发现有30％的裂缝出现渗漏水现象，到第50d时，发现有45％的裂缝出现不同程度的渗漏水现象。

通过实施例2和对比例1的抗裂效果可以看出，本发明的技术方法对夏季抗裂防水具有显著的效果。

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