張家口龍泉廣場蓄水池防滲施工技術分析

李國良

張家口市橋東建設局工程項目開發(fā)部

蓄水池是人工修建的具有防滲的蓄水設施,曾經在農業(yè)生產中廣泛運用,而如今的文化廣場建設,為了突出文化特色,也較多的用在景觀水系中.無論何種水池,在施工中除達到設計要求,施工中防滲漏的技術措施是難點、重點.

1 工程概況

2007年張家口市龍泉廣場開工建設,施工時間從9月18日至11月10日,該工程中的循環(huán)水系是廣場主要的景色風格,450立方米的地下蓄水池是循環(huán)水系的核心.池壁、池底及池頂全部采用現澆鋼筋防水砼,平面程扇形,中間設置一排鋼筋砼承重柱,頂板為主次梁結構.砼設計強度等級為C30,抗?jié)B標號P8,抗凍標號 D50.

2 技術分析

根據我國現行砼結構設計規(guī)范規(guī)定,地下或半地下的現澆鋼筋砼水池,每隔25m～30m要設置伸縮縫,此長度范圍內如果不設置伸縮縫,就會因溫度變化或砼收縮變形導致水池開裂而引起滲漏,即便在其外部設置柔性防水也不能補救其滲水的危害.但在鋼筋砼結構中,由溫度變形引起的裂縫可以采用配置適當的溫度分部鋼筋來控制,而收縮變形引發(fā)的裂縫產生有其特殊的機理,單靠改變鋼筋的布置是無法完全消除的.但是如果設置伸縮縫,不僅施工麻煩,而且一旦施工不當則極易引起滲漏,影響水池的正常使用.

在施工過程中,我與設計單位溝通,用極限變形來計算設置伸縮縫的間距L,如果結構物的長度(含寬度)小于L,則鋼筋砼結構就可以不設置伸縮縫從而也不產生裂縫:

式中:E為彈性模量;H為板(或墻)的計算厚度,C為地基對砼的約束系數:α為砼的線性膨脹(一般取1×10-5),T為綜合溫差,εp為砼的基線拉伸,arcch為雙曲線合余弦的反函數.

由上式知道,地基對底板的阻力系數在C趨于0時,即底板幾乎不產生阻力,底板接近自由變形時,伸縮縫的間距可任意長,即可取消底板上的伸縮縫,因為本水池在結構底板下設置了土工布做為滑動層來解決對底板的約束;通過上式還可以看出,溫差和收縮相對變形與結構材料的極限拉伸之間的關系(即α T 與εp的關系)很重要,一般總是｜α T｜＞εp,故分母總是正的,它們的差值越大,伸縮縫間距越小;差值越小,伸縮縫間距越大,當計算伸縮縫間距大于結構尺寸時,則無需設置縫.在降低溫差或收縮與提高砼的極限拉伸值的方法中,提高砼極限拉伸值是十分困難的,而降低砼的水化熱和減少砼的收縮變形倒是具有可行性.在綜合溫差T=T1+T2,其中T1為砼水化熱最高溫度與環(huán)境平均氣溫之差,規(guī)范中要求T1＜25℃,這個溫差在施工中可以通過采取圍護和養(yǎng)護措施實現;T2為砼收縮當量溫差,T2=εy(t)/a式中的εy為砼收縮值.對于普通砼來說,εy(180)=(4～6)×10-4.而砼的早期(10～15天)極限拉伸值很低,一般εp=(1～2)×10-4(考慮徐變),因而很容易出現裂縫.

通過本水池工程實踐證明,往砼中添加膨脹劑,不但可以彌補砼的收縮,在砼中建立預壓應力,而且能降低砼的綜合溫差.以添加的氧化鈣膨脹劑為例,產生的膨脹溫差T2=1×10-4/(1×10-5)=10℃,即降低溫差10℃,這是一種潛在的溫差補償效應,對于普通砼來說,由于產生收縮,T2為正值,對于加了膨脹劑的砼來說,由于產生膨脹,T2為負值,綜合溫差 T=T1– T2,使｜α T｜≤｜εp｜,便可控制裂縫的產生了.

3 施工控制原材料及配合比

(1)試驗原料為:

黃洋山水泥42.5普硅(C),其安定性、初凝時間終凝時間等性能相當穩(wěn)定,3天抗壓強度達31.0MP,28天抗壓強度最低達48.0MP以上.

建筑用中砂,產于大清河上游,細度2.6,含泥量0.2%,含水率1%.

石子,產于當地劉坪寺,10～20連續(xù)級配,含泥量0.02%,針片狀含量3.2%.

無水硫酸鈣型膨脹劑(CSA),CaO型膨脹劑(CEA).

河北沙電一級粉煤灰(FA),細度6%,需水量92%,失燒量1.40%.

FD-1型復合防凍劑.

試驗配比的確定:用水量根據試配強度計算:

W/C=0.46×48÷(43.23+0.46×0.07×48)=0.49

大戰(zhàn)在即，豆腐坊的生意卻比往日更繁忙。假如不是四周槍炮林立，不是當街口一堆堆疊得小山似的沙包，還有沙包后伸出來的輕重機槍，光看豆腐坊的生意還真和平日里沒啥兩樣：幾大口鐵鍋一溜排開，火頭正旺，入了鍋的豆腐水滋滋冒著泡；幾個伙計光著膀子，系著圍裙，正抬著一大桶豆腐水往木格子里倒，只消一會，點了鹵的豆腐就結得硬硬邦邦。

水灰比0.49,考慮歷年經驗數據和泵送劑的減水率確定用水量為175kg/m3.

膠結材料:水泥、粉煤灰、膨脹劑總用量計算值為357kg/m3,設粉煤灰對水泥的取代率為15%,則膠材總用量增加為373kg/m3.(CEA)膨脹劑為9.4%,由于水泥強度等級高,摻入粉煤灰,使膠材料總用量不至于太少,利于發(fā)揮膨脹劑的膨脹作用.

砂率:泵送砼坍落度控制指標為160～180mm,砂率選定42%.

(2)砼試驗.

根據上述參數計算砼配合比,水灰比調整范圍為±0.05,分三組試拌砼,配合比見下表1:

表1 砼配合比(kg/m3)

根據15組試驗結果確定的工程實用砼配合比列于下表2.

表2 砼試驗結果

根據我國現行砼外加劑實用技術規(guī)范的規(guī)定,配制補償收縮砼水泥最低用量不得少于280kg/m3,所以將水泥用量調到300kg/m3,砂率調到43%,粉煤灰用量略有增加,新拌砼的塌落度180～200mm,和易性、可泵性良好.7天抗壓強度大于85%,28天抗壓強度達到120%.抗?jié)B標號達到P10要求.14天水中限制膨脹率達0.021%.

表3 7天抗壓強度MPa

表4 28天抗壓強度(MPa)

養(yǎng)護制度一:在的冰柜里,成型后靜停4h后,入冰柜,到齡期后由冰柜轉標養(yǎng)室解凍3h后破型或測量(D養(yǎng)護).

養(yǎng)護制度二:在20標準養(yǎng)護室內養(yǎng)護,以作對比(B養(yǎng)護).

從低溫7天可以看出,CSA膨脹劑具有早強性,單加CEA與CSA相比,前者強度較低.當試件從負溫7天轉為標養(yǎng)時,抗壓強度均有較大幅度的攀升,接近于標養(yǎng)28天的強度,其接近程度,以CSA＞CSA+FA＞CEA.冰柜7天強度達到標準28天強度的25%以上,超過受凍臨界結構強度.

4 體會及施工要點

(1)體會.

膨脹砼在負溫條件下養(yǎng)護時,水泥的水化速度和膨脹劑的水化速度均減慢,二者的水化可基本協(xié)調進行.宏觀上,強度隨負溫水化過程而較緩慢增加 ,限制膨脹率也有一定發(fā)展.負溫轉正溫后強度以較快速度上升接近標養(yǎng)值,限制膨脹率也呈較大幅度增長.在整個養(yǎng)護過程中膨脹和強度發(fā)展具有協(xié)調性.摻CSA膨脹砼土負溫強度大于同齡期摻CEA膨脹砼的強度,也大于復摻CSA和FA的砼的強度,表明CSA較CEA早強好,CSA復摻FA后強度下降.在進入冬季施工中,應優(yōu)先選用CSA并控制粉煤灰的加入量.就養(yǎng)護條件而言,零下5度冰柜養(yǎng)護比冬季室外養(yǎng)護更惡劣,強度更低,膨脹砼在冬季施工時宜采用較好的保溫保濕覆蓋養(yǎng)護,可免受凍害,轉正溫后強度發(fā)揮正常.

(2)施工要點.

補償收縮砼在施工時,要針對工程特點和膨脹砼的特性,砼的振搗必須密實,不得漏振、欠振和過振.在砼終凝前,要用人工或機械多次抹壓,防止表面濃縮裂縫的產生,以免影響抗?jié)B質量.后澆膨脹砼加強帶中雜質必須清理干凈,充分預濕,然后以用膨脹砼填充澆筑;膨脹砼要特別要加強保護,膨脹結晶體鈣礬石生成需要水,補償收縮砼澆筑后早期7～14天濕養(yǎng)護才能發(fā)揮補償砼收縮而發(fā)揮膨脹砼的效應.底板等部位,易養(yǎng)護,可用麻袋或草席覆蓋,定期澆水養(yǎng)護,若能蓄水更好.池體等立面結構,受外界的溫度、濕度影響較大,容易發(fā)生豎向裂縫.通過這項工程,砼澆筑完3到4天內水化熱溫度達最高,而抗拉強度最低,如果早拆模板,墻體內外溫差較大時而開裂,因此,墻體模板拆除時間宜不早于4天,如果采用木模板,墻體澆筑完后,1～2天,可松開木模板螺栓,讓模板離開墻體2mm間隙,在墻體頂部布置軟水管,在軟水管兩側每隔200mm鉆出水孔,噴淋5～7天后可拆除模板,再采用淋水或掛濕麻袋保溫保濕養(yǎng)護14天;如采用鋼模板,也需要帶模板養(yǎng)護3～5天,拆模后宜采用涂抹養(yǎng)護液的方法進行養(yǎng)護.但在冬季施工時不能澆水,采用保溫養(yǎng)護措施不少于14天.砼入模坍落度不宜過大,以140mm～160mm為佳,反之會引起砼離析而造成墻體砼的勻質性變差,造成其在硬化時收縮應力不均而產生裂縫.對外墻體回填土宜盡快完成并夯實,特別是在秋冬季施工時要高度注意.在負溫施工時對砼出泵溫度與入模溫度的控制是很必要的,也是很關鍵的.

由于本工程屬于大體積砼,針對其工程及施工時間特點,采用了補償收縮砼技術,使用了膨脹劑與粉煤灰雙摻技術,綜合處理了強度、抗?jié)B、防凍、泵送、降低中心溫度與防裂等多方面相關關系,砼具有了良好的工作性能與力學性能.