后澆帶技術(shù)在房屋建筑工程施工中的應(yīng)用分析

白俊紅，謝鑫，魏首相

（中國建筑第二工程局有限公司，北京 101100）

1 引言

國外針對(duì)混凝土不同階段的溫度、體積及應(yīng)力變化關(guān)系開展了一系列試驗(yàn)。陳碩輝等[1]對(duì)混凝土拉應(yīng)變能力進(jìn)行研究分析時(shí)，通過建立混凝土拉應(yīng)變模型完成極限抗拉強(qiáng)度計(jì)算，但多局限于控制變形縫間距，未能尋求替代變形縫的有效技術(shù)方案。國內(nèi)研究領(lǐng)域采取補(bǔ)償收縮混凝土、建立后澆帶優(yōu)化模型、控制后澆帶鋼筋配筋率等技術(shù)方案。施文鐘等[2]建立一種偏拉桿件模型，將后澆帶所在跨的跨距變化量設(shè)為Δt，建立約束拉力T的計(jì)算公式，并結(jié)合工程實(shí)例采用調(diào)節(jié)鋼筋合力點(diǎn)位置的方式進(jìn)行后澆帶工藝優(yōu)化。但現(xiàn)有研究成果未對(duì)后澆帶施工措施做出明確規(guī)定，本文針對(duì)影響后澆帶效用發(fā)揮的因素進(jìn)行比較分析，結(jié)合測(cè)算結(jié)果提出一種規(guī)范化的后澆帶施工技術(shù)方案，為超長混凝土結(jié)構(gòu)住宅建筑施工提供借鑒。

2 后澆帶設(shè)置形式

2.1 設(shè)置間距

在混凝土結(jié)構(gòu)施工中設(shè)置后澆帶的主要目的在于盡早釋放混凝土結(jié)構(gòu)的收縮應(yīng)力，通過控制后澆帶設(shè)置間距能夠有效抑制混凝土結(jié)構(gòu)的收縮應(yīng)力，保證后澆帶有效發(fā)揮作用。在建筑工程施工環(huán)節(jié)，需要計(jì)算后澆帶的適宜間距范圍，具體方法為：已知混凝土彈性模量為E，混凝土線膨脹系數(shù)為α，綜合降溫差為T，鋼筋混凝土的極限拉伸量為ε，地基水平阻力系數(shù)為C，底板厚度為H，采用式（1）計(jì)算后澆帶設(shè)置間距L：

2.2 接縫形式

后澆帶是建筑施工過程中設(shè)置的臨時(shí)變形縫，其接縫形式的選擇將影響滲徑及界面結(jié)合質(zhì)量兩項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)，典型后澆帶接縫形式如圖1 所示。根據(jù)超長混凝土結(jié)構(gòu)特征，當(dāng)支模環(huán)節(jié)模板厚度較薄時(shí)，可采用平直縫；當(dāng)結(jié)構(gòu)梁高度≤600 mm時(shí)，可采用階梯縫形式；當(dāng)梁體高度較大時(shí)，可設(shè)置企口縫。

圖1 后澆帶接縫形式

3 后澆帶處理技術(shù)

3.1 封閉時(shí)間

混凝土通常在澆筑后約24 h 上升至最高溫度，待15～30 d后溫度恢復(fù)至環(huán)境溫度，在此過程中混凝土收縮量約為混凝土凝結(jié)初期體積的20%，約6 個(gè)月達(dá)到80%，并且在1 年內(nèi)基本完成收縮[3]。由此可判斷，后澆帶封閉時(shí)間與結(jié)構(gòu)收縮速率成正比，可降低混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的概率，但封閉時(shí)間過長也將影響施工作業(yè)進(jìn)度、造成材料浪費(fèi)問題，因此，整合研究結(jié)果與工程經(jīng)驗(yàn)，擬將混凝土收縮量達(dá)到30%的時(shí)間節(jié)點(diǎn)定為后澆帶封閉時(shí)長，并做好混凝土收縮值的精確估算。

3.2 混凝土材料

混凝土溫度變化、收縮變形產(chǎn)生的拉應(yīng)力是引發(fā)混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的主要原因，其中，混凝土溫度應(yīng)力可通過早期養(yǎng)護(hù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，混凝土收縮則劃分為自生性、塑性、碳化、干燥4 種基本類型，需根據(jù)混凝土收縮應(yīng)力計(jì)算結(jié)果進(jìn)行后澆帶的合理布置，抑制結(jié)構(gòu)開裂問題。整合現(xiàn)有研究結(jié)果與經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將標(biāo)準(zhǔn)條件下的混凝土養(yǎng)護(hù)齡期設(shè)為t，在養(yǎng)護(hù)過程中產(chǎn)生的收縮應(yīng)變?yōu)棣舮，混凝土極限收縮變形量為εy0，經(jīng)驗(yàn)系數(shù)為b，修正系數(shù)M=M1，M2，…，Mn，則混凝土收縮量的計(jì)算公式為：

與此同時(shí)，在后澆帶施工過程中常摻入適量膨脹劑，用于保證新、舊混凝土接縫界面的黏結(jié)強(qiáng)度及結(jié)合效果。其中，限制膨脹率作為膨脹劑選型中的第一特性指標(biāo)（其指標(biāo)特性見表1），其參數(shù)的合理計(jì)算將有效抑制膨脹混凝土的開裂現(xiàn)象。

表1 混凝土摻膨脹劑的限制膨脹率%

針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下混凝土摻膨脹劑進(jìn)行測(cè)試分析，待測(cè)齡期的試件長度為L1，試件初始長度為L，試件基準(zhǔn)長度為L0，其限制膨脹率為εr；針對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的混凝土摻膨脹劑進(jìn)行測(cè)試分析，不同影響因素的影響系數(shù)設(shè)為β=β1，β2，…，βn，其限制膨脹率為εr（t）。膨脹混凝土在兩種狀態(tài)下限制膨脹率的計(jì)算公式分別為：

4 后澆帶施工技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

4.1 后澆帶框架設(shè)置

以某高層住宅建筑的超長混凝土結(jié)構(gòu)施工項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目中建筑主體結(jié)構(gòu)采用C30 混凝土，后澆帶采用C35 鋼筋混凝土框架。根據(jù)上述關(guān)于后澆帶設(shè)置影響因素的分析與計(jì)算結(jié)果，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際結(jié)構(gòu)參數(shù)、混凝土材料等，采用一種兩側(cè)分別設(shè)有縱向附加鋼筋的構(gòu)造形式（見圖2），在新、舊混凝土接縫界面處選用瓦楞形接縫，且后澆帶選用C35 混凝土、兩側(cè)均為C30 混凝土。

圖2 后澆帶構(gòu)造形式

在后澆帶框架試件的設(shè)置上，選擇一種5 榀單層（層高1.7 m）、單跨（跨度3 m）框架試件；梁、柱界面尺寸分別為150 mm×300 mm 和200 mm×250 mm，其中，梁兩端伸出柱長分別為600 mm 和200 mm，用于保護(hù)水平荷載對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的不良影響；地梁尺寸為300 mm×450 mm、兩端伸出距離超出柱長約600 mm，便于在上方設(shè)置壓梁進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)的有效固定。在試件混凝土、后澆帶混凝土材料性能控制上，需滿足表2 條件。

表2 每榀框架試件與后澆帶混凝土強(qiáng)度數(shù)值

4.2 后澆帶混凝土澆筑

在正式澆筑混凝土前，需做好后澆帶中灰塵、碎石、雜物的清理，剔除表面軟弱土層，沿后澆帶兩側(cè)在混凝土表面鑿出凹痕，待清理后灑水使表面保持濕潤，并且表面涂抹界面劑進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。在混凝土澆筑環(huán)節(jié)，確保后澆帶及兩側(cè)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)存在一定差異，分別選用C35、C30 混凝土進(jìn)行后澆帶及周圍混凝土的澆筑作業(yè)，并根據(jù)混凝土養(yǎng)護(hù)齡期摻入適量微膨脹劑，安排專人控制好混凝土溫度、抑制后期收縮變形問題，確保后澆帶溫度比兩側(cè)稍低。

4.3 后澆帶收縮與沉降

在混凝土澆筑結(jié)束后，需對(duì)后澆帶收縮情況建立動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)機(jī)制，通常在混凝土澆筑結(jié)束后的2 個(gè)月左右可確認(rèn)其完成約30%的收縮變形，此時(shí)即可安排后澆帶部位的封閉澆筑作業(yè)，避免因混凝土收縮應(yīng)力過大引發(fā)主體結(jié)構(gòu)開裂問題。在沉降量觀測(cè)環(huán)節(jié)，選擇在主體結(jié)構(gòu)封頂后進(jìn)行后澆帶澆筑作業(yè)，借此便于釋放不同層高建筑物間的沉降差，配合沉降量觀測(cè)等技術(shù)措施的應(yīng)用，確保將沉降差控制在允許范圍內(nèi)，及早完成后澆帶混凝土的封閉澆筑施工。

4.4 后澆帶支撐與底板施工

針對(duì)后澆帶跨內(nèi)的梁模板進(jìn)行支撐架構(gòu)的架設(shè)，應(yīng)保證一次安裝完成，在后澆帶混凝土施工前對(duì)兩側(cè)結(jié)構(gòu)設(shè)置臨時(shí)支撐，避免因混凝土澆筑產(chǎn)生的承載力超出極限值。該項(xiàng)目中選用混凝土臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)方案，選擇在后澆帶兩側(cè)的梁、板下方按8.1 m 跨度增設(shè)雙排構(gòu)造柱，構(gòu)造柱截面尺寸為250 mm×250 mm，將構(gòu)造柱與后澆帶邊緣距離控制在5 m 以內(nèi)，沿地下室底板向上進(jìn)行構(gòu)造柱的設(shè)置，確保下層梁板荷載滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度值要求。在上層側(cè)面梁模板支架施工環(huán)節(jié)，應(yīng)確保完成構(gòu)造柱模板的搭設(shè)，實(shí)行混凝土同步澆筑作業(yè)，借此保證后澆帶兩側(cè)受力均勻，便于后期拆模，有效抑制沉降量。在底板后澆帶施工環(huán)節(jié)，預(yù)先完成側(cè)模支撐結(jié)構(gòu)的假設(shè)，選用鋼筋作為樓板骨架，在后澆帶封閉澆筑環(huán)節(jié)采取砌筑磚墻方式進(jìn)行保護(hù)，并選用水泥砂漿配合膠合板進(jìn)行后澆帶連接部位的保護(hù)處理，保證混凝土澆筑質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

4.5 混凝土養(yǎng)護(hù)與防水作業(yè)

在后澆帶混凝土成型前落實(shí)精細(xì)化養(yǎng)護(hù)管理措施，在混凝土局部覆蓋土工布、灑水養(yǎng)護(hù)7～14 d，在養(yǎng)護(hù)期間沿混凝土施工區(qū)域周圍架設(shè)圍欄，防范出現(xiàn)人為踩踏等問題。待后澆帶兩側(cè)混凝土齡期達(dá)到2 個(gè)月后，選用C35 膨脹混凝土澆搗密實(shí)，拆模后在混凝土表面將養(yǎng)護(hù)液涂抹均勻，并落實(shí)不少于28 d 的養(yǎng)護(hù)作業(yè)，確?；炷吝_(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。為做好高層建筑超長結(jié)構(gòu)混凝土施工的防水措施、規(guī)避地下室滲水問題，需選取底板、外墻處的后澆帶與兩側(cè)混凝土接縫部位設(shè)置規(guī)格為30 cm×0.3 cm 的鋼板止水帶，將止水帶外露部分長度控制在約15 cm，并結(jié)合后澆帶通長進(jìn)行鋼板尺寸的科學(xué)設(shè)計(jì)，必要時(shí)可采用鋼筋混凝土抗壓板抑制底板后澆帶的沉降量；同時(shí)，做好外墻處后澆帶的防水措施，優(yōu)化擋土板材質(zhì)、規(guī)格及配筋設(shè)計(jì)，并選取防水卷材鋪貼在擋土板表面，將兩側(cè)露出長度均控制在約50 cm，最后選取聚氨酯涂料均勻涂抹在防水卷材表面，增強(qiáng)防水、防滲效果。

5 結(jié)語

本文對(duì)后澆帶設(shè)置間距、后澆帶接縫選型、封閉時(shí)間控制、混凝土材料性能指標(biāo)等影響后澆帶施工效果的因素進(jìn)行分析與優(yōu)化，引入一種單層單跨后澆帶框架進(jìn)行結(jié)構(gòu)固定處理，并圍繞后澆帶混凝土澆筑、收縮與沉降量控制、支撐結(jié)構(gòu)與底板施工、混凝土養(yǎng)護(hù)及防水作業(yè)等層面進(jìn)行施工技術(shù)要點(diǎn)的梳理，最終形成一種適應(yīng)高層住宅建筑混凝土結(jié)構(gòu)后澆帶施工的規(guī)范化技術(shù)方案與工藝流程。經(jīng)工藝試驗(yàn)與質(zhì)量檢查后，確認(rèn)該施工技術(shù)方案具備較高的使用價(jià)值，可有效抑制結(jié)構(gòu)變形、沉降等質(zhì)量問題，未來還可聚焦多層框架結(jié)構(gòu)、空間結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域進(jìn)行深入研究。