大型国际航站楼超长、大体积混凝土结构的跳仓法施工技术

庞程程 付 敏 王 刚 陈 华 沈 洁

中国建筑第八工程局有限公司总承包公司 上海 201204

目前，建筑施工领域在面对超长、大体积混凝土基础底板以及超长结构楼板时，均是通过留置后浇带来控制混凝土内部应力，避免裂缝的产生。近年来，后浇带在建筑施工领域已得到十分广泛的应用。不同工程后浇带留设情况也有所不同。在结构施工过程中，后浇带需保留至主体结构全部封顶后再进行封闭，从而保证结构形成一个整体。后浇带的留设可以代替结构中的永久变形缝，有助于改善结构的性能。但是在基础底板施工过程中，后浇带施工缝处由于基础底板钢筋过密，在后期清理过程中质量很难控制，在浇筑完混凝土后，施工缝位置极易发生底板渗漏现象，给工程质量带来很大隐患。楼板也存在同样的问题。后浇带的留设导致超长结构预应力张拉，必须在后浇带施工完成且强度达到设计要求后方可进行，同时该区域高支模架体在预应力张拉完成后方可拆除，严重影响工程进度。因此，如何解决后浇带带来的诸多不便已成为建筑工程施工领域必须解决的一个问题。

近年来，众多专业学者以及工程技术人员对取消后浇带施工进行了大量的研究和实践工作[1]。本文在既有研究成果的基础上，以杭州萧山国际机场新建T4航站楼工程为背景，通过工程软件建立相关模型并输入参数，对混凝土浇筑施工过程进行了模拟。在此基础上，研究了不同厚度以及分仓大小对混凝土裂缝控制的影响。通过对比分析认为，在合理分仓的条件下，取消后浇带施工对混凝土裂缝控制有较好的效果。

1 工程概况

杭州萧山国际机场三期项目新建T4航站楼位于既有T1/T2/T3航站楼西侧及2条跑道中间，航站楼西侧紧邻空管局和出租车服务区，南侧与南保通道路和高架桥相邻，北侧与机场离场道路和北保通道路相连，且跨越杭州地铁萧山机场站。目前地铁施工仍在进行，新建T4航站楼位于场区中间，施工期间需保证机场不停航运行（图1）。

图1 周边环境示意

新建T4航站楼主楼地下2层（局部地下3层），地上4层。标高－17.3 m基础底板最大厚度1.5 m，长248 m，宽16.5 m；标高－13.7 m基础底板长248 m，宽41 m，厚1.5 m；航站楼主楼核心区域基础底板标高为－6.67 m，长143 m，宽125 m，厚1 m。航站楼承台最大尺寸8.8 m× 6.4 m×3.5 m，基础梁最大截面尺寸1.5 m×2.0 m。混凝土楼板最大长度为490 m，宽度208 m，楼板厚度150 mm，属于超长结构。楼层框架梁最大截面尺寸1.4 m×1.9 m。为有效控制混凝土裂缝的产生，采用跳仓法进行施工。

1.1 跳仓法施工原理

超长、大体积混凝土结构跳仓法施工的基本过程就是将结构合理划分为若干块，然后根据施工现场划分区块合理组织施工，相邻块混凝土间隔7 d后进行浇筑，合理利用“减、放、抗”的原理，从而取消温度后浇带（施工缝），较好地控制混凝土裂缝。通过“抗放兼施、先抗后放、以抗为主”的原理，充分释放混凝土前期温度应力，经过短期的应力释放，在后期混凝土收缩应力较小时再浇筑相邻区块，依靠混凝土的抗拉强度来抵抗相邻区段的温度收缩应力，从而避免混凝土裂缝的产生。

1.2 跳仓法施工控制措施

1）通过前后间隔7 d浇筑相邻块混凝土，释放混凝土前期大部分温度应力变形以及干缩变形。

2）优化混凝土配合比，减小胶凝材料用量及用水量，控制混凝土入模温度与坍落度，进一步减小混凝土的收缩。

3）严格控制混凝土原材料质量，减少粗细骨料的含泥量，通过细致振捣提高混凝土的密实度和均匀性，通过增强构造配筋率来提高混凝土表面的抗拉强度。

4）混凝土浇筑完成后经多次收面、压光及抹平，消除混凝土在塑性阶段的收缩，避免在前期产生缺陷。在混凝土终凝后进行保湿、保温养护，减小混凝土在强度增长阶段的应力。

2 跳仓法施工的混凝土内部应力计算

选取航站楼核心区域最具代表性的基础底板进行分析计算，底板厚度分别设置为1.0 m和1.5 m，底板区块大小选取40、45、50 m三个尺寸。通过建立模型，分别研究同一厚度下分块大小不同时混凝土内部温度的变化以及同一分块大小下底板厚度不同时混凝土内部温度的变化。选取其中9块分仓进行典型应力计算。浇筑完成后混凝土的保温、保湿养护时间为14 d，保温养护方式为顶面覆盖厚0.12 mm的塑料薄膜。几何模型及分块模型如图2所示。

图2 几何模型及分块模型

通过不同分块大小及不同厚度底板水化模型和传热模型的耦合，计算出水化度场和温度场。通过水化度场计算出混凝土力学性能、收缩徐变等相关性能的演变，并将其和温度场一起通过力学模型计算得到应变和应力场。混凝土的最大温度若超过70 ℃，将会因延迟钙矾石反应而导致胀裂，通常混凝土浇筑3 d后的温度将达到最大值，此时浇筑块内部的第一主应力也将达到早期的最大值，因此通过观察每次浇筑3 d后的温度，即可对比得出有利于混凝土裂缝控制的最佳分仓大小。

在同一底板厚度下，分别按照长度40、45、50 m的分块建立模型，通过模拟计算得出分块大小不同情况下，浇筑3 d后混凝土内部的温度变化情况（图3～图5）。

图3 1.0 m底板、 40 m分块模型的 温度云图

图4 1.0 m底板、 45 m分块模型的 温度云图

图5 1.0 m底板、 50 m分块模型的 温度云图

通过图3～图5可以看出：底板厚度为1.0 m，分块大小在45 m左右时，混凝土内部最高温度接近70 ℃；当分块大小在50 m左右时，混凝土内部最高温度为73.2 ℃，超过70 ℃，混凝土极易胀裂。可以得出，1.0 m厚底板的分仓大小应控制在45 m以内，最大不超过45 m。

在45 m相同分块大小情况下，分别建立厚1.0 m和1.5 m底板模型，通过模拟计算得出不同厚度底板情况下，浇筑3 d后混凝土内部的温度变化情况（图6、图7）。再通过建立40 m分块大小、厚1.5 m底板模型，测得浇筑3 d后混凝土内部的温度变化情况（图8）。

图6 1.0 m底板、45 m分块模型的温度云图

图7 1.5 m底板、 45 m分块模型的 温度云图

图8 1.5 m底板、40 m分块模型的 温度云图

通过图6～图8可以看出：分块大小均在45 m左右时，1.5 m厚底板内部最高温度为75.4 ℃，大于70 ℃，混凝土胀裂；当1.5 m厚基础底板分块大小在40 m左右时，测得混凝土内部最高温度为68.5 ℃，未超过70 ℃。可以得出，1.5 m厚底板分仓大小应控制在40 m以内，最大不超过40 m。

在现场实际施工过程中，按照计算结果进行分仓施工，在养护到位的情况下，对大体积混凝土测温后发现，基本上与理论数据相符合，即通过合理分仓能够有效地控制混凝土裂缝的产生。以此为基础，对地下室外墙超长结构以及混凝土楼板超长结构进行模拟计算，得出了不同厚度墙体以及楼板的最佳分仓大小，在取消后浇带、加快工期的同时，能够有效地避免混凝土裂缝的产生，保证了施工质量。

3 结语

航站楼超长、大体积混凝土结构采用跳仓法施工，取消原设计的温度后浇带，可避免留设后浇带对高支模架体周转、预应力张拉、模板支设周转的影响，在保证质量的前提下极大地缩短了施工工期，利于后续二次结构工程的提前穿插施工。通过流水递推施工，可以有效地控制混凝土结构裂缝的产生。基础底板及楼板施工以“缝”代“带”，有效地避免了基础底板后浇带漏水的潜在隐患。跳仓法的应用，合理地解决了后浇带留设带来的诸多问题，在国内很多重点项目中均已得到验证，且实施效果良好，具有十分广阔的应用前景，值得进一步推广使用。但在实施前，需根据工程特点制定专项施工方案及保证措施，科学合理地利用该工法，从而为建筑工程创造更好的社会与经济效益。