環(huán)形超長無縫混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

尹衛(wèi)華

上海建工集團股份有限公司 上海 200080

1 項目概況

加蓬奧耶姆體育場項目坐落于西非國家加蓬的奧耶姆市郊，是為加蓬共和國舉辦2017年非洲杯足球賽而設(shè)計建造的20 000座體育場，總建筑面積24 000 m2，高度34 m，外形為橢圓形。工程采用條形基礎(chǔ)，上部3層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)屋蓋。南北向長軸約210 m，東西向短軸約195 m。樓板厚度120 mm，梁板柱混凝土強度為C35，工程環(huán)向最大長度為638 m。

2 工程施工特點、難點

1）工程量大，工期緊。項目從場地平整到竣工的施工周期為18個月，非洲地區(qū)每年有約5個月的雨季時間嚴重影響施工效率，因此要在這么短的時間內(nèi)完成整個項目施工難度非常大。

2）為確保體育場鋼筋混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)整體受力性能良好，減少不均勻沉降，方便施工，保證外形美觀，控制工程造價，結(jié)構(gòu)設(shè)計采用無永久縫的整體結(jié)構(gòu)形式。無永久縫結(jié)構(gòu)的施工需選擇合適的施工方式以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)整體性。

3）當?shù)亟ㄖ袌鲚^為落后，建筑材料和建筑資源的供應(yīng)嚴重不足，原材料質(zhì)量不穩(wěn)定等因素需要采取技術(shù)措施加以克服。

3 永久無縫結(jié)構(gòu)施工方案的確定

1）超長無縫現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工可采用設(shè)置后澆帶或者分塊跳倉的方法進行施工。

2）在境外施工此類型的結(jié)構(gòu)，尤其在受資源、勞動力、環(huán)境等限制較多的地區(qū)，主要考慮在滿足結(jié)構(gòu)安全的條件下盡量方便施工、加快施工速度。

3）由于本工程施工周期短，包括結(jié)構(gòu)施工周轉(zhuǎn)材料在內(nèi)的資源供應(yīng)有一定困難，因此選擇設(shè)置后澆帶的方法較為合理。總體上將環(huán)形結(jié)構(gòu)分為長30～40 m的若干段，留設(shè)800～1 000 mm的后澆帶，鋼筋連續(xù)；后澆帶位置樓板、梁均設(shè)置有附加鋼筋，可以有效抵抗溫度變形和收縮徐變產(chǎn)生的裂縫。

4 施工措施

在施工中，從合理設(shè)置后澆帶、優(yōu)化混凝土的配合比和采取有效施工措施入手，減少鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)收縮產(chǎn)生的影響和環(huán)境溫度對結(jié)構(gòu)的影響，確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定安全。

4.1 后澆帶設(shè)置及施工

4.1.1 后澆帶設(shè)置

加蓬奧耶姆體育場處在加蓬北部的奧耶姆省，屬于熱帶雨林氣候，常年平均溫度為22～24 ℃，最高溫度30 ℃，最低17 ℃?？紤]到工期原因和現(xiàn)場實際施工條件，依據(jù)后澆帶的設(shè)置規(guī)范，后澆帶實際按以下設(shè)置（圖1）：

圖1 基礎(chǔ)、主體1、2層后澆帶布置示意

1）基礎(chǔ)、主體1層、2層各設(shè)14道后澆帶。其中，第3、7、10、14道設(shè)置在分隔東、西、南、北區(qū)之間的入場通道處；第4、6、11、13道設(shè)置在東、西區(qū)3層結(jié)構(gòu)與2層結(jié)構(gòu)交界處；東、西區(qū)主體3層各設(shè)1道后澆帶，設(shè)置在東、西區(qū)3層跨中位置。通過后澆帶把東、西、南、北區(qū)分別分開，同時把3層結(jié)構(gòu)和2層結(jié)構(gòu)區(qū)域分開。

2）后澆帶留設(shè)間距（結(jié)構(gòu)外環(huán)長度）為34～43 m，其中東、西區(qū)3層后澆帶留設(shè)距離為43 m，其他區(qū)域為34～38 m。后澆帶寬度按1 000 mm設(shè)置。

4.1.2 主體結(jié)構(gòu)后澆帶樓板支撐

后澆帶的模板支撐設(shè)計如下：后澆帶采用φ48 mm×3.5 mm＠300 mm×300 mm的碗扣腳手架，范圍為后澆帶所處的結(jié)構(gòu)梁、板單跨范圍內(nèi)每層均搭設(shè)，支設(shè)高度為基礎(chǔ)梁頂至2層或3層頂板。后澆帶混凝土澆筑的順序是從基礎(chǔ)層至結(jié)構(gòu)頂層，依次按設(shè)計要求的時間順序澆筑。待后澆帶混凝土澆筑完畢，并達到設(shè)計強度的100%后方可拆除低層的支撐架（圖2）。

圖2 支撐架搭設(shè)體系

4.1.3 后澆帶施工

后澆帶澆筑時應(yīng)先進行鑿毛、清理處理，澆筑前灑水濕潤，以確保接縫嚴密，防止漏水。后澆帶混凝土的澆筑時間為同層結(jié)構(gòu)混凝土澆筑60 d后，采用比結(jié)構(gòu)混凝土高一級的C40混凝土進行澆筑。澆筑混凝土時應(yīng)從結(jié)構(gòu)低層逐層向上層推進，并進行灑水保溫保濕養(yǎng)護，養(yǎng)護時間至少15 d，當強度達到100%時方可拆除模板和支撐體系。

另外，為達到接槎平直、嚴密等要求，后澆帶混凝土模板支撐體系在混凝土澆筑前應(yīng)進行二次加固，確保達到要求。

4.2 優(yōu)化混凝土配合比

作為超長結(jié)構(gòu)混凝土，為了控制或減少混凝土的徐變、干縮和施工期間的水泥水化熱應(yīng)力，即控制結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，需要根據(jù)當?shù)卦牧系男阅茉O(shè)計和優(yōu)化混凝土配比。

1）水泥：選擇水化熱小、強度高的水泥，在當?shù)貎?yōu)先選用P.O 42.5N水泥（當?shù)貙嶋H就只有這一種水泥可用）。

2）骨料：由于當?shù)厣a(chǎn)的骨料不太理想，特別是砂含泥量較大。先對當?shù)厣白舆M行清洗，再采用從鄰國赤道幾內(nèi)亞采購的砂子和當?shù)厣鞍幢壤旌系姆绞剑瓤筛纳乒橇闲阅苡挚纱_保供應(yīng)。

3）減水劑：摻加減水劑有利于控制混凝土早期水化熱，避免因澆筑速度、天氣等原因形成的施工冷縫，而且可緩和溫度升高引起的混凝土強度變化。

4）優(yōu)化配合比：通過現(xiàn)場多次實際配比試驗，最終確定混凝土的配合比。

4.3 混凝土施工要點

本項目位于加蓬奧耶姆省，建筑施工行業(yè)落后，沒有預(yù)拌混凝土市場，也無汽車泵等可靠的混凝土輸送工具，自拌混凝土、固定泵輸送為本項目混凝土施工的最佳方案。現(xiàn)場共采用4臺JS750強制式混凝土攪拌機，同時配備2套PL1200計量設(shè)備，分南、北2個攪拌站，分別對體育場南、北2段的混凝土進行攪拌；另采用1臺HBT80混凝土固定泵進行混凝土的水平和垂直輸送。

4.3.1 混凝土的攪拌

1）攪拌前根據(jù)混凝土配合比對JS750計量系統(tǒng)進行計量校準，保證混凝土各種用料計量準確。

2）上料順序依次按石子、水泥、外加劑、砂子倒入上料斗中，然后再由攪拌機提升裝置將料送入機內(nèi)攪拌，最后推動計秒水泵進水。攪拌機一般攪拌2 min左右，待混凝土拌和物攪拌均勻，即可出料。

3）混凝土攪拌過程中嚴格控制混凝土的水灰比和坍落度，未經(jīng)試驗人員同意嚴禁隨意加減用水量。

4.3.2 混凝土的輸送

1）混凝土通過固定泵輸送到達使用現(xiàn)場，混凝土輸送泵管水平最長距離230 m，最高18 m，為防止出現(xiàn)堵泵現(xiàn)象，第1盤料采用砂漿，先將泵管濕潤、潤滑。

2）泵送混凝土時勻速泵送，為避免出現(xiàn)泵送中斷，我們采用了2臺攪拌機2個溜槽同時伸入1臺固定泵中。為保證在停泵后不出現(xiàn)堵泵現(xiàn)象，現(xiàn)場在等待混凝土時每隔10～15 min開泵1次，同時開動固定泵中的攪拌器不停地攪動以防止混凝土產(chǎn)生離析現(xiàn)象。

3）每盤混凝土攪拌完成后，均需在60 min內(nèi)完成澆筑。

4.3.3 混凝土澆筑

1）以后澆帶作為混凝土水平方向的施工縫，盡量做到不留設(shè)其他施工縫，如必須單獨留設(shè)施工縫時，應(yīng)將其設(shè)置在受力較小部位。

2）澆筑前將混凝土泵管接至最遠處，泵管所過之處做好泵管支架，不能直接擺放在鋼筋上，防止鋼筋被破壞，同時加強模板支撐體系的加固工作。根據(jù)泵管方向混凝土由遠到近，邊澆邊退進行澆筑，混凝土間隔時間不能超過混凝土初凝時間。

3）澆筑混凝土前先對模板進行灑水濕潤，柱底先鋪厚2 cm的接頭砂漿，柱、梁、板均采用插入式振動器振搗混凝土。

4）混凝土澆筑采用二次振搗、二次抹面技術(shù)，以排除泌水、混凝土內(nèi)部的水分和氣泡。

5）避免在雨中或大風中澆筑混凝土。

4.3.4 混凝土養(yǎng)護

為防止底板混凝土升降溫速度過快形成溫度收縮裂縫和早期脫水造成表面干縮裂縫，本工程采取保溫保濕養(yǎng)護。在混凝土澆筑完成達到終凝后，在表面鋪設(shè)塑料薄膜，并澆水養(yǎng)護。養(yǎng)護時間不少于7 d，每天澆水2次。

5 實施的效果

1）在南、北區(qū)2層看臺每個疏散通道處邊緣的結(jié)構(gòu)次梁各有1～2道0.10～0.15 mm的裂縫，其他區(qū)域均沒有發(fā)現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，通過多次觀測比較，裂縫沒有擴大或增加，能夠滿足結(jié)構(gòu)安全要求，達到質(zhì)量標準。

2）留設(shè)后澆帶，可以根據(jù)工程實際情況，合理劃分施工段，減少人員、機械、周轉(zhuǎn)材料的重復(fù)配置，加快施工速度，控制了工程成本。

3）環(huán)形超長結(jié)構(gòu)采用后澆帶施工方法代替結(jié)構(gòu)留設(shè)永久沉降縫和伸縮縫，外形美觀，同時也避免了因為伸縮縫年久失修造成漏水等常見問題，使建筑物的耐久性更好。

6 結(jié)語

在超長混凝土結(jié)構(gòu)中，通過合理設(shè)置后澆帶，優(yōu)化配合比，制訂合理的施工順序和施工時間，做好混凝土的養(yǎng)護，能有效約束超長結(jié)構(gòu)的變形，提高了混凝土結(jié)構(gòu)抵抗溫度變化的能力，從而能夠有效地減少結(jié)構(gòu)因溫度和收縮引起的變形并抑制結(jié)構(gòu)的開裂。本施工技術(shù)在加蓬奧耶姆體育場項目結(jié)構(gòu)中的成功應(yīng)用，可為今后類似項目的設(shè)計施工提供參考。