大连金州新区斯大林路地下商业街工程超长结构问题探讨

2017-03-09隋旭

绿色环保建材 2017年10期

关键词：商业街顶板构件

隋旭

大连港口设计研究院有限公司

大连金州新区斯大林路地下商业街工程超长结构问题探讨

隋旭

大连港口设计研究院有限公司

“大连金州新区斯大林路地下商业街工程”是采用盖挖法施工的地下建筑，建在城市主干道的地下，沿着道路延伸布置的，采用板柱体系，南北方向长度470米，不设永久变形缝。

盖挖法；温度应力；混凝土早期变形

1 前言

大连金州新区斯大林路地下商业街工程南北方向长度470米，东北至西南方向341米，建在城市主要道路的地下，是沿着与中心广场相交的几条道路分布的，柱间距8米，采用板柱体系，不设永久的变形缝的超长结构，是采用盖挖法施工的地下建筑，所以温度应力和变形问题就成了值得探讨的问题，这实际是有交集的两个问题，一个是由于结构环境温度变化产生的温度应力，另一个是来自于施工阶段混凝土的早期变形。

2 结构环境温度变化产生的温度应力

结构的温度应力，一般是指结构由于水平分布构件（板、梁或墙）的温度变化所产生的水平方向变形，使得支撑构件（柱、墙和支撑）截面承受其带来的应力，同时，支撑构件也反过来阻止水平构件变形使之产生相应的应力，当这种应力超出极限时，会使构件产生裂缝甚至断裂破坏。

大连金州新区斯大林路地下商业街工程采用分段施工的方法，首先进行中心区段顶板整体浇筑，覆土，恢复道路；在该段通车后再接建东、南、西顶板和北面地下两层结构的顶板施工；最后完成地下挖掘土体和接建基础、墙、柱。

为了给地面以下的管网及暗渠留出埋置空间，顶板上覆土深度大于2.4米，由于地下温度、湿度较为稳定，变化幅度较小，接近恒定（前期专家评审会上认为正常使用期间平均温度为16.2度）。所以处于使用阶段的地下结构，只要使用的环境不发生改变，其温度应力和变形就是可控的。其最大的温度变化区间为施工期间和正常使用阶段之间的温度差。

该工程最长的顶板浇筑段--中心区段为310多米，顶板混凝土浇注时间选在平均气温与建筑正常使用期间温度相接近的时间点。该段顶板采用的是半幅施工，混凝土的浇注时间分别是5月中旬和11月初，大连五月气温：12～20度，平均16度；大连十月气温：11～18度，平均14.5度；与正常使用时间段温度基本一致，相差小于2度。按平均温差2度来算（钢筋混凝土中的钢筋线膨胀系数为1.2x10-5/oC，混凝土的线膨胀系1x10-5/oC，两者非常接近，因而钢筋混凝土中的钢筋和混凝土在温度应力作用下能协同工作，其线膨胀系采用1x10-5/oC），∆L=L·ac·∆t=310000x1x10-5x2=6.2；则该段顶板变形量小于6.2毫米，即每侧远端最大伸缩量小于3.1毫米。由于顶板施工是先在地面上铺模板（竹木模板），预埋柱帽和墙的钢筋，浇筑混凝土，然后顶板上部做柔性防水，覆盖泥土，恢复路面。所以其温度变形产生的应力要克服现浇板与模板和模板与地面以及柔性防水与土体的摩擦力，还有柱帽模板凸出于地下产生的水平向阻力。同时应该考虑模板和土体自身材料弹性变形的抵消作用。

接建的东、南、西和北部方向顶板区段的施工是在中心区段顶盖完成覆土后间隔一段时间开始的，覆土后构件的温度被认为与正常使用的温度一致，也就是说中心区段的温度变形已完成不会与被接建部分累加。

由于工程采用盖挖法施工，在完成顶盖浇筑恢复路面后，建造基础和支撑结构前，顶板是由土体支撑的，因此，温度变化引起顶板的应力对下部支撑结构无所谓影响。所以商业街工程结构环境温度变化产生的温度应力不会造成危及结构安全的影响。

3 来自于施工阶段的混凝土早期变形

结构的变形除了结构的温度原因，很大程度上还有来自于施工阶段混凝土的早期变形。能引起混凝土早期变形且产生裂缝的因素有很多，其中最主要是以混凝土内部湿度变化引起的收缩（干缩）和水化温差引起的收缩（冷缩）以及由混凝土材料自身原因引起的收缩（自收缩）。随着构件长度的加大，其收缩量如果累积起来会产生很大的变形量。由于钢筋的阻隔和约束作用，混凝土的这种收缩会形成分布的微隙或裂缝。这种裂缝在凝固硬化后会成为使用应力、温度应力和疲劳应力的突破口，产生应力集中，从而降低承载能力、疲劳强度和使用寿命，也会使混凝土的渗透性加强，甚至出现贯通裂缝，造成构件破坏，危及结构安全。因此，商业街顶板各浇筑分段区内采用补偿收缩混凝土+连续式膨胀加强带，同时掺加聚丙烯纤维；各浇筑分段区之间通过时间间隔和采用间歇式膨胀加强带(前后接建时采用)的措施来解决。

补偿收缩混凝土+膨胀加强带方法阻止混凝土裂缝的原理就是在制备混凝土时加入硫铝酸钙作为膨胀剂，水化反应形成膨胀性水化物钙矾石，混凝土膨胀时对钢筋产生拉应力，与此相应钢筋对混凝土产生压应力，或者因邻位约束在混凝土结构中得到0.2～0.7MPa预压应力，这就相当于提高了混凝土的早期抗拉强度，推迟了混凝土收缩的产生，抗拉强度在此期间得到较大的增长，当混凝土开始收缩时，其抗拉强度已增长到足以抵抗收缩产生的拉应力，从而使混凝土不裂，延长构件的最大长度，可连续浇筑施工。膨胀加强带是在混凝土浇筑时，间隔不超过40米的范围内设置2米宽高膨胀率混凝土带，在膨胀加强带得到0.5～1.0MPa预压应力，对补偿收缩混凝土的残余应力再补偿，相当于结构水平方向变形缝。大连金州新区斯大林路地下商业街工程膨胀加强带的混凝土限制膨胀率（水中14d龄期限制膨胀率）为0.055%；补偿收缩混凝土限制膨胀率为0.030%，顶板配筋采用双层双向连续布置，间距@150，双层钢筋配筋率1.01%，满足《补偿收缩混凝土应用技术规程》中对微膨胀混凝土的约束（限制）要求。

混凝土中掺加聚丙烯微细纤维（≥1.2公斤/立方米），针对的是混凝土早期原生裂缝（6～12小时），细微纤维通过物理方法对裂缝产生阻裂作用；也针对其制成后因脆性引起容易开裂的问题。其作用不同于配筋，而是对混凝土自身缺陷的改善，增加其韧性、减少微隙、杜绝裂缝。所以来自于施工阶段混凝土的早期变形带来的变形不会对本工程带来严重后果。