胡昌兵

中國一冶集團(tuán)有限公司，中國·湖北 武漢 430081

1 引言

隨著社會的發(fā)展和建筑設(shè)計(jì)水平的成熟，建筑產(chǎn)品也向高、大、精發(fā)展，建筑產(chǎn)品除了應(yīng)滿足使用功能之外[1]，順應(yīng)社會發(fā)展，人們對環(huán)保有了更高的追求，因此對施工技術(shù)與水平有了更高的要求，城市生活垃圾處理也成了頭等大事，近年來垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目越來越成熟，規(guī)模越來越大，對垃圾儲存池的容量也越來越大，為避免滲瀝液滲漏造成對環(huán)境的污染，這就對超長超寬大面積垃圾儲存池混凝土結(jié)構(gòu)底板結(jié)構(gòu)抗?jié)B提出了極高要求。

論文主要以某垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目垃圾儲存池底板施工為例，對垃圾池超長超寬抗?jié)B鋼筋混凝土底板一次性澆筑成型施工進(jìn)行分析，以供借鑒。

2 工程概況

某垃圾焚燒電項(xiàng)目垃圾儲存池底板厚1.2 m，長99.10 m，寬39.65 m，垃圾池底深-5.7 m，池壁高26.65 m。建成后的垃圾池主要功能用于生活垃圾的儲存、發(fā)酵等，環(huán)保要求嚴(yán)格，滲瀝液防滲漏措施須萬無一失。

3 技術(shù)措施

由于垃圾池儲存生活垃圾并發(fā)酵的過程會產(chǎn)生大量的滲瀝液，而滲瀝液滲漏會對周邊環(huán)境造成嚴(yán)重污染，因此垃圾池特別是超大面積鋼筋混凝土底板施工的抗裂抗?jié)B漏施工是需要解決的重大課題。傳統(tǒng)的超大面積混凝土施工，為了防止混凝土開裂，常采用設(shè)置后澆帶段澆筑，近年也采用跳倉法澆筑的方式，結(jié)合本項(xiàng)目特點(diǎn)和傳統(tǒng)施工方法，在采取了有效的混凝土抗裂抗?jié)B控制措施情況下，實(shí)現(xiàn)了垃圾池底板混凝土一次澆筑成型。

3.1 抗?jié)B措施

本工程底板采用C35 P8 抗?jié)B抗裂混凝土，底板上表面采用瀝青防水涂料，底板下設(shè)置自粘式防水卷材作為防水層，為混凝土提供最后一道防滲漏、抗腐蝕防線[2]。

3.2 設(shè)置加強(qiáng)帶，防止混凝土開裂

沿底板短向每24 m 設(shè)置一條加強(qiáng)帶，共計(jì)3 條寬2 m的加強(qiáng)帶（做法見圖1），加強(qiáng)帶采用高一標(biāo)號抗?jié)B混凝土澆筑，混凝土可以連續(xù)澆筑，加強(qiáng)帶兩側(cè)采用1×1 cm 鋼絲網(wǎng)分隔。

圖1 膨脹加強(qiáng)帶做法

3.3 底板設(shè)置抗浮加強(qiáng)梁

本工程地質(zhì)情況良好，地基為強(qiáng)風(fēng)化巖，結(jié)合地質(zhì)情況，縱橫每7000 mm 設(shè)置1000×3000 地梁，以加強(qiáng)底板抗浮能力及控制混凝土底板收縮位移。

3.4 底板增加構(gòu)造鋼筋

基礎(chǔ)底板內(nèi)部采取配置Φ12@500×500×500（垂直間距）三向抗裂構(gòu)造鋼筋措施防止混凝土開裂。

3.5 添加抗裂纖維以提高鋼筋混凝土抗裂抗?jié)B性能

近年來，纖維混凝土和膨脹劑的研究和應(yīng)用得到了較大的發(fā)展。長度0.1～7.62 cm，直徑0.005～0.015 mm 的玻璃絲，0.15～0.75 mm 的尼龍絲、鋼絲等，將它們按體積摻率0.4%～1%分散地?fù)饺牖炷林兴纬梢环N新型復(fù)合材料能緩和混凝土內(nèi)部的應(yīng)力集中，提高抗裂能力。數(shù)據(jù)表明，摻入纖維的混凝土的抗拉強(qiáng)度較之前提高了1～3 倍[3]。本工程對于抗?jié)B抗裂混凝土采取添加聚丙乙烯抗裂纖維及膨脹劑以提高混凝土的抗裂能力[4]。

3.6 控制混凝土對鋼筋的腐蝕

嚴(yán)格控制混凝土氯離子含量，使用不含氯鹽添加劑，控制混凝土氯離子含量不超過0.08%，降低鋼筋腐蝕導(dǎo)致混凝土開裂風(fēng)險(xiǎn)。

4 混凝土配比措施

結(jié)合本工程特點(diǎn)，本項(xiàng)目大面積鋼筋混凝土底板施工時間為9—10 月，工程所在地越南某市為夏季，白天平均氣溫約31 ℃，夜間平均氣溫約26 ℃，考慮本工程一次澆筑混凝土方量較大，約為7200 m3，受當(dāng)?shù)鼗炷凉?yīng)能力影響，攪拌站供應(yīng)混凝土能力為150 m3/h，澆筑時間累計(jì)需要超過48 個小時。

4.1 抗裂混凝土的理論依據(jù)

4.1.1 正常混凝土收縮

王鐵夢所著《工程結(jié)構(gòu)裂縫控制》（第二版）一書歸納總結(jié)了世界各國關(guān)于混凝土的收縮變形與徐變變形的試驗(yàn)資料及定量的影響系數(shù)并進(jìn)行了說明和補(bǔ)充，最終形成了下列混凝土收縮變形與徐變的實(shí)用計(jì)算方法。該方法基于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下混凝土的最大收縮量，任何處于其他狀態(tài)下的最大收縮應(yīng)用各種不同系數(shù)加以修正，即：

表1 修正系數(shù)M1-M12

續(xù)表

本項(xiàng)目采用普通硅酸鹽水泥，M1=1.00；水泥細(xì)度3800 cm2/g，M2=1.10；骨料為花崗巖，M3=1.00；水灰比為0.39，M4=0.99；水泥漿含量17.4%，M5=0.95；初期養(yǎng)護(hù)時長為14天，M6=0.93；施工時環(huán)境相對濕度85%，M7=0.62；r=L/F=81.7m/47.6m2=0.02 cm-1，M8=0.58；混凝土澆筑采用機(jī)械振搗，M9=1.00；EgAg/EsAs=2×105×（490.9×14+113.1×12）×10-6/3.15×104×1.2×1=0.04，M10=0.89；地下室底板施工期間平均風(fēng)速7 m/s，M11=1.11；環(huán)境溫度29 ℃，M11=1.25。代入公式(1)計(jì)算得該底板最終混凝土收縮率為：

混凝土內(nèi)的水分蒸發(fā)引起體積收縮，這種收縮是由表及里逐步發(fā)展的，這種變形也助長了溫度變形引起的應(yīng)力。為了方便計(jì)算，將這類收縮變形換算成“收縮當(dāng)量溫差”，相當(dāng)于引發(fā)同樣變形所需溫差：

其中，Ty(t)為t 齡期當(dāng)量溫差（℃）；εy(t)為t 齡期混凝土干縮率；α 為混凝土線膨脹系數(shù)，取值1×10-5（1/℃）。

將εy(∞)代入公式（2）可得T1=14 ℃。

混凝土絕熱溫升計(jì)算如下：

表2 為不同摻量摻合料水化熱調(diào)整系數(shù)。

表2 不同摻量摻合料水化熱調(diào)整系數(shù)

本工程混凝土未添加粉煤灰及礦渣粉，K1=1，K2=1。

滿足要求。

Q——膠凝材料水化熱總量，kJ/kg；

K——不同摻量摻合料水化熱調(diào)整系數(shù)，見表2；

Q7——在齡期7d 時的累積水化熱，kJ/kg；

Q3——在齡期3d 時的累積水化熱，kJ/kg；

Q0——水泥水化熱總量，kJ/kg；

T(t)——混凝土齡期為t 時的絕熱溫升，℃；

W——每立方米混凝土的膠凝材料用量，kg/m3；

C——混凝土的比熱容，可取0.92～1.00，kJ/m3；

ρ——混凝土的質(zhì)量密度，可取2400～2500，kg/m3；

t——混凝土齡期，d；

m——與水泥品種、用量和入模溫度等有關(guān)的單方膠凝材料對應(yīng)系數(shù)。

根據(jù)混凝土溫升曲線取平均值后，水化熱溫差T2=47.57×=31.7°C，則綜合溫差T=T1+T2=45.7℃，混凝土實(shí)際拉伸率ε′=αT= 1×10-5×45.7=4.6 ×10-4。

4.1.2 添加膨脹劑后的混凝土收縮

此外，膨脹劑越來越廣泛的應(yīng)用也為超長超寬大體積混凝土的不設(shè)變形縫一次性連續(xù)澆筑帶來了可能。其基本原理為混凝土的膨脹通過鋼筋在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力（該數(shù)值通常為0.2～1.0 MPa），抵消了混凝土硬化干縮所產(chǎn)生的拉應(yīng)力，從而限制混凝土開裂。但是膨脹劑的使用應(yīng)當(dāng)慎重，通過科學(xué)合理的試驗(yàn)確定配合比以避免摻量不合理而產(chǎn)生收縮裂縫或者混凝土脹裂情況的發(fā)生。根據(jù)混凝土自應(yīng)力計(jì)算公式σ=ε×E×μ，σ 為自應(yīng)力（取值范圍0.2～1.0 Mpa）；ε 為限制膨脹率；E 為鋼筋的彈性模量；μ 為試件配筋率（GB50119—2013《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》）。試驗(yàn)中ε 可以參考計(jì)算所得底板混凝土收縮率ε′，通過調(diào)整膨脹劑的摻入量控制限制膨脹率，從而選擇適合本工程的膨脹劑摻入量，達(dá)到補(bǔ)償混凝土收縮的目的。此外，在混凝土收縮應(yīng)力最大部位設(shè)置膨脹加強(qiáng)帶，帶內(nèi)摻高效能膨脹劑量比帶外混凝土高效能膨脹劑提高2%～3%，從而提高最易開裂部位的混凝土的膨脹率，消除該部位混凝土內(nèi)的拉應(yīng)力，避免開裂。

4.2 科學(xué)配合比實(shí)驗(yàn)及檢驗(yàn)試配混凝土

參照GB50119—2013《補(bǔ)償收縮混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》附錄B 的試驗(yàn)方法測定補(bǔ)償收縮混凝土限制膨脹率，通過多家有資質(zhì)大型實(shí)驗(yàn)室試配實(shí)驗(yàn)，并對混凝土配合比進(jìn)行對比分析，采用最終混凝土配合比見表3。

表3 混凝土施工配合比

4.3 混凝土原材料情況

①水泥：本工程抗?jié)B抗裂混凝土水泥采用越南大型國有水泥廠筆山PCB40 普硅水泥，水泥強(qiáng)度等級40 MPa。

②骨料：考慮到本工程得鋼筋配筋密度及后期混凝土收縮，采用中粗河砂，細(xì)度模數(shù)2.5～3，河砂含泥小于2.5%；粗骨料采用4.75～32 mm 級配碎石。

③根據(jù)配合比實(shí)驗(yàn)，各種添加劑使用情況為：

緩凝減水劑采用綠能GE-003 緩凝減水劑；

抗裂膨脹劑為水泥用量的8%；加強(qiáng)帶按10%添加；

SF-19 聚丙乙烯纖維0.9 kg/m3，加強(qiáng)帶按1kg/m3進(jìn)行添加；

采用WP008 抗?jié)B劑，具體添加量見配合比。

4.4 根據(jù)配比實(shí)驗(yàn)，混凝土檢測技術(shù)指標(biāo)

①混凝土限制膨脹率：水中14d 的膨脹率為1.9×10-4，符合1.6x10-4≤水中14d 的膨脹率≤2.0×10-4要求；

②混凝土限制干縮率：水中14d 及空氣中的20d 的干縮率為0.014%，滿足≤0.02%要求；

③滲透高度比為33%，滿足≤40%要求；

④水化熱降低22%，滿足要求；

⑤含堿率＜0.5%，滿足要求。

經(jīng)配合比實(shí)驗(yàn)檢測，滿足本工程要求。

4.5 配合比效果檢驗(yàn)

本項(xiàng)目一次混凝土澆筑量大，不能有任何紕漏，配合比完成理論設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)室試配實(shí)驗(yàn)后，在正式用于超長超寬大面積底板混凝土施工前，將配合比用于本項(xiàng)目面積相對較小的渣池底板混凝土基礎(chǔ)進(jìn)行測試，結(jié)果達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

5 混凝土的澆筑施工控制措施

5.1 混凝土溫控

厚度大于1.2 m 的筏板基礎(chǔ)在施工時按《大體積混凝土施工技術(shù)規(guī)范》GB50496—2009 進(jìn)行溫度控制，避免產(chǎn)生溫度裂縫。為保證混凝土內(nèi)部溫度最大值不超過75 ℃，經(jīng)計(jì)算，混凝土入模溫度必須控制在27 ℃以內(nèi)，本項(xiàng)目采取加冰塊降低混凝土用水以及進(jìn)行骨料覆蓋等措施，將混凝土入模溫度控制在20 ℃以內(nèi)。

5.2 混凝土澆筑順序

本工程混凝土澆筑采用斜面分層法，沿長邊平行推進(jìn)，一次澆筑成型，采用三臺混凝土泵同時布料，詳見圖2 澆筑示意圖。

圖2 混凝土斜面分層澆筑示意圖

5.3 混凝土養(yǎng)護(hù)

本項(xiàng)目混凝土底板澆筑正處于9月，屬于當(dāng)?shù)馗邷靥鞖?，混凝土澆筑后，及時采用塑料薄膜上覆蓋麻袋并濕水養(yǎng)護(hù)，派專人養(yǎng)護(hù)，確?；炷帘砻姹３譂駶櫊顟B(tài)，養(yǎng)護(hù)21 天。

6 施工效果

因垃圾坑底板鋼筋混凝土量特別大，一次澆筑混凝土量達(dá)7200 m3，為了確保施工方案有效并一次成功，本項(xiàng)目完成混凝土配合比實(shí)驗(yàn)后，在施工垃圾坑底板前，先將該混凝土配合比用于渣池底板混凝土，混凝土一次澆筑成型并經(jīng)多方確認(rèn)符合設(shè)計(jì)要求后，確定垃圾坑底板混凝土配合比及澆筑方案。施工過程中，嚴(yán)格控制混凝土施工配合比及施工質(zhì)量[5]，經(jīng)現(xiàn)場組織多輪仔細(xì)檢查驗(yàn)收，混凝土收縮、裂紋控制情況均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

現(xiàn)該項(xiàng)目已經(jīng)投入使用，鋼筋混凝土垃圾儲存池的抗?jié)B性能均符合設(shè)計(jì)及環(huán)保要求。

7 施工成本分析

與傳統(tǒng)的留設(shè)后澆帶的措施來控制混凝土裂縫相比較，采用微膨脹抗裂混凝土對超長超寬垃圾坑底板混凝土一次澆筑成型的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在節(jié)約了大量處理后澆帶的時間和費(fèi)用，更重要的是避免了混凝土抗?jié)B性能不合格導(dǎo)致的底板滲水而無法有效修復(fù)，導(dǎo)致滲瀝液發(fā)生滲漏而造成環(huán)境污染的巨大風(fēng)險(xiǎn)，而發(fā)生滲瀝液滲漏后的損失將無法估量。

按照確定的配合比采用微膨脹混凝土，本項(xiàng)目抗?jié)B混凝土計(jì)37700 m3，添加膨脹劑、聚丙乙烯纖維等費(fèi)用較普通混凝土費(fèi)用增加約390 萬元。

對比分析：

雖然采用微膨脹混凝土進(jìn)行超大面積大體積混凝土澆筑的直接成本比留置后澆帶的方法較高，但是在后澆帶灌充混凝土前，需將兩側(cè)混凝土鑿毛處理，施工非常困難，對整體工期影響較長；而且后澆帶混凝土澆筑完成后，極易在新老混凝土的連接處產(chǎn)生裂縫，引起滲瀝液滲漏，導(dǎo)致環(huán)境污染的后果嚴(yán)重，可能面臨的是巨額懲罰，且后期抗?jié)B處理費(fèi)用巨大，而且處理效果往往不理想。因此在綜合考慮施工經(jīng)濟(jì)性、便利性和滲漏風(fēng)險(xiǎn)的情況下，仍建議采用微膨脹混凝土工藝澆筑超大面積大體積底板混凝土。

8 結(jié)語

通過應(yīng)用超長超寬大面積、大體積混凝土一次澆筑成型施工技術(shù)，本項(xiàng)目成功實(shí)現(xiàn)了超長超寬大混凝土的連續(xù)澆筑，增加了混凝土的密實(shí)度，提高了混凝土的強(qiáng)度及抗裂、防滲性能。同時在改善混凝土施工便利性，縮短施工工期方面效果顯著。