李延國(guó)

(北京城建新城投資開(kāi)發(fā)有限公司,北京 100083)

0 引言

目前綜合管廊相關(guān)工程建設(shè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)均對(duì)綜合管廊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用壽命、結(jié)構(gòu)耐久性等提出了較高指標(biāo)要求,如結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用壽命要求達(dá)到100年,這就對(duì)綜合管廊的建設(shè)工作提出了更高要求。筆者近年來(lái)參與了北京城市副中心管廊工程建設(shè)工作,對(duì)城市綜合管廊設(shè)計(jì)、施工中的一些問(wèn)題進(jìn)行了探索,在工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)綜合管廊的變形縫設(shè)置對(duì)綜合管廊建設(shè)及運(yùn)營(yíng)有較大影響?，F(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及北京市地方標(biāo)準(zhǔn)均規(guī)定現(xiàn)澆混凝土綜合管廊結(jié)構(gòu)變形縫的最大間距應(yīng)為30m、變形縫應(yīng)設(shè)置止水帶、填縫材料和嵌縫材料等止水構(gòu)造,設(shè)置這一規(guī)定主要參考了GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(2015年版)中第8.1.1條。一般認(rèn)為合格的橡膠止水帶及SBS改性瀝青防水卷材使用壽命在埋于地下時(shí)可達(dá)到20年,綜合管廊變形縫在使用過(guò)程中必然會(huì)由于防水材料老化失效而產(chǎn)生滲漏,由于橡膠止水帶及防水卷材更換較困難,將給綜合管廊維護(hù)工作帶來(lái)較大難題。

影響綜合管廊結(jié)構(gòu)裂縫的主要因素除使用荷載外,還包括溫差和混凝土自身收縮影響。目前國(guó)內(nèi)外彈性地基上混凝土地基板溫度收縮應(yīng)力分析理論主要有3種:①美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)(ACI)的約束系數(shù)法,詳見(jiàn)ACI-207.2R—2007《Report on Thermal and Volume Change Effects on Cracking of Mass Concrete》;②國(guó)內(nèi)以王鐵夢(mèng)為代表的地基水平阻力系數(shù)法;③以朱伯芳為代表的彈性地基梁溫度應(yīng)力算法。本文采用王鐵夢(mèng)的分析方法。

那么有沒(méi)有可能加大綜合管廊結(jié)構(gòu)變形縫的間距、減少變形縫的數(shù)量甚至在一定條件下取消變形縫呢?筆者對(duì)典型綜合管廊結(jié)構(gòu)縱向變形影響因素進(jìn)行了分析,運(yùn)用王鐵夢(mèng)的溫度收縮應(yīng)力理論,在假定沒(méi)有采取減小綜合管廊結(jié)構(gòu)溫度收縮應(yīng)力技術(shù)措施條件下對(duì)其變形縫間距進(jìn)行了計(jì)算,總結(jié)了減小綜合管廊結(jié)構(gòu)溫度收縮應(yīng)力的主要技術(shù)措施,又在假定采取了減小綜合管廊結(jié)構(gòu)溫度收縮應(yīng)力技術(shù)措施條件下對(duì)其變形縫間距進(jìn)行了計(jì)算,經(jīng)對(duì)比分析,得出采取一定技術(shù)措施可加大綜合管廊結(jié)構(gòu)變形縫的間距甚至在一定條件下取消變形縫的結(jié)論,并在工程中開(kāi)展了應(yīng)用。

1 典型綜合管廊結(jié)構(gòu)縱向變形影響因素分析

1.1 影響綜合管廊結(jié)構(gòu)縱向變形的主要因素

影響綜合管廊結(jié)構(gòu)縱向變形的主要因素在施工階段有早期混凝土水化熱引起的溫差及混凝土自身在施工期內(nèi)的收縮(混凝土收縮相對(duì)變形值可表示為當(dāng)量溫差),在使用階段包括季節(jié)性溫差及未完成的混凝土自身收縮。當(dāng)綜合管廊結(jié)構(gòu)在這些因素下產(chǎn)生的變形受到管廊周圍的巖土對(duì)管廊收縮趨勢(shì)產(chǎn)生的摩阻力約束時(shí)即產(chǎn)生約束應(yīng)力,當(dāng)約束應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí),結(jié)構(gòu)便會(huì)開(kāi)裂。綜合管廊結(jié)構(gòu)受到的約束主要為地基土對(duì)底板的摩阻力約束、肥槽填土對(duì)管廊外墻的摩阻力約束、管廊頂部覆土對(duì)管廊頂板的摩阻力約束。由于底板部位埋深最深,地基土的變形模量最大,故管廊結(jié)構(gòu)底板所受約束最大,同時(shí)管廊底板的斷面最大其早期混凝土水化熱引起的溫差也最大,所以分析管廊在溫差及收縮作用下的約束應(yīng)力時(shí)底板部位具有代表性。

1.2 典型綜合管廊結(jié)構(gòu)溫度及收縮作用計(jì)算

根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)已建城市綜合管廊的調(diào)查可知,其斷面尺寸主要在以下范圍:底板300～500mm,外墻250～500mm,頂板300～500mm,混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30～C40。綜合管廊頂板以上覆土一般≥2m。本節(jié)以國(guó)內(nèi)常見(jiàn)綜合管廊設(shè)計(jì)參數(shù)(均按最不利狀態(tài)取值)為例確定綜合管廊在溫度及收縮作用下變形縫間距計(jì)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

在施工階段,管廊結(jié)構(gòu)底板(以厚500mm為例)水化熱溫升按王鐵夢(mèng)所著《工程結(jié)構(gòu)裂縫控制》(第2版)中表6-2可知夏季基準(zhǔn)溫升T′=6℃,偏安全按42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥、膠凝材料用量440kg/m3、木模板考慮修正系數(shù)k1,k2,k3,k4,按式(1)得修正后水化熱溫升T:

T=T′·k1·k2·k3·k4

(1)

T=16.6℃

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)研究,500mm厚底板1.5～2d即可達(dá)到最高溫度,7～10d即可接近環(huán)境溫度。

墻體及頂板為雙面散熱,其水化熱溫升可按底板的50%近似計(jì)算,即16.6×0.5=8.3℃。

根據(jù)GB 50496—2018《大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)》中附錄B,混凝土收縮值為:

(2)

在北京地區(qū),一般施工條件下,M1～M11可分別取1.0,1.06,1.0,1.2,0.93,0.77,0.57,0.92,1.3,0.9,1.03,按式(2)計(jì)算得:

εy(t)=2.3×10-4(1-e-0.01t)

取混凝土線膨脹系數(shù)為1.0×10-5,按式(3)計(jì)算得混凝土在齡期t時(shí)收縮當(dāng)量溫差為:

Ty(t)=εy(t)/α

(3)

Ty(t) =23(1-e-0.01t)

在混凝土澆筑后第10天、第28天、第365天后收縮當(dāng)量溫差分別為2.2,5.6,22.4℃,相當(dāng)于收縮完成了9.5%,24.4%,97.4%。

1.3 綜合管廊結(jié)構(gòu)縱向變形階段劃分

由前述分析可知在溫度及收縮作用下綜合管廊結(jié)構(gòu)縱向變形可按3個(gè)階段劃分:混凝土水化熱導(dǎo)致的溫度上升及下降至環(huán)境溫度同時(shí)混凝土產(chǎn)生少量自身收縮階段,時(shí)間≤10d;存在季節(jié)性溫差及自身收縮基本完成階段(一般按最不利的夏季最熱月施工考慮),時(shí)間一般可按365d考慮;自身收縮完成后僅存在覆土后的周期性冬夏季溫差階段,由于管廊結(jié)構(gòu)位于地下,冬夏季溫差較小,由此產(chǎn)生的溫度應(yīng)力不會(huì)超過(guò)前兩個(gè)階段。

2 無(wú)減少綜合管廊結(jié)構(gòu)溫度收縮應(yīng)力技術(shù)措施條件下變形縫間距計(jì)算

綜合管廊結(jié)構(gòu)自混凝土澆筑至收縮基本完成,不采取減少綜合管廊結(jié)構(gòu)溫度收縮引起的約束應(yīng)力技術(shù)措施條件下混凝土也不會(huì)開(kāi)裂的變形縫間距計(jì)算如下。

混凝土水化熱降溫差按100%完成考慮,混凝土收縮全部完成所需時(shí)間由上節(jié)可知>365d,其當(dāng)量溫差由上節(jié)可知為εy(t)/α,上例為23℃。環(huán)境氣溫差按北京地區(qū)覆土2m以下地下空間的夏季至冬季考慮,根據(jù)類似地下工程測(cè)溫經(jīng)驗(yàn)及徐榮年《工程結(jié)構(gòu)裂縫控制——步入“王鐵夢(mèng)法”及詮補(bǔ)》中研究總結(jié)的地溫近似計(jì)算公式偏安全取20℃。

根據(jù)T/CECS 640—2019《超長(zhǎng)大體積混凝土跳倉(cāng)法技術(shù)規(guī)程》中附錄A,采用極限變形概念研究推導(dǎo)出來(lái)的平均伸縮縫間距的公式為:

(4)

式中:[L]為平均伸縮縫間距(m);E為混凝土彈性模量(MPa),按C40取32 500MPa;H為底板厚度(mm),偏安全取500mm;Cx為地基水平阻力系數(shù)(N/mm3),按粉質(zhì)黏土取平均值0.045N/mm3;α為混凝土線膨脹系數(shù),取1×10-5;T為互相約束結(jié)構(gòu)的綜合降溫差(℃),包括水化熱溫差T1、氣溫差T2、收縮當(dāng)量溫差T3,T1取16.6℃,T2取20℃,T3取23℃;εp為鋼筋混凝土的極限拉伸,取2×10-4。

按式(4)計(jì)算得:[L]=27.6m。

可見(jiàn)不采取減少綜合管廊結(jié)構(gòu)溫度收縮應(yīng)力技術(shù)措施的情況下,當(dāng)?shù)鼗了阶枇ο禂?shù)較大時(shí),管廊伸縮縫設(shè)定為30m也有可能開(kāi)裂,是否開(kāi)裂取決于外約束情況。

3 減小綜合管廊結(jié)構(gòu)溫度收縮應(yīng)力的技術(shù)措施

由采用極限變形概念研究推導(dǎo)出來(lái)的超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)平均伸縮縫間距的計(jì)算公式可知,若要加大綜合管廊結(jié)構(gòu)變形縫間距,從設(shè)計(jì)構(gòu)造措施、材料、施工方法等方面入手主要措施有:減小管廊四周土對(duì)管廊的摩阻力,即減小Cx數(shù)值;減小結(jié)構(gòu)綜合降溫差;提高結(jié)構(gòu)混凝土的極限拉伸值;采用后澆帶法或跳倉(cāng)法施工。

3.1 減小管廊四周巖土對(duì)管廊的摩阻力的技術(shù)措施

減小Cx數(shù)值的主要技術(shù)措施是在管廊四周設(shè)置滑動(dòng)層。由于綜合管廊一般都設(shè)計(jì)有外防水層,可考慮在底板防水卷材保護(hù)層上增加2層0.4～0.6mm厚聚苯乙烯薄膜或油氈構(gòu)成滑動(dòng)層;側(cè)墻防水層設(shè)置聚苯板或發(fā)泡聚苯乙烯板材可構(gòu)成滑動(dòng)層;頂板可采取和底板同樣的構(gòu)造措施。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)設(shè)置滑動(dòng)層后地基土對(duì)管廊的水平阻力系數(shù)Cx可取(0.1～0.3)×10-2N/mm3。詳見(jiàn)趙志縉主編《高層建筑施工手冊(cè)》中第7.5.8節(jié)。

3.2 減少管廊結(jié)構(gòu)所受溫度收縮作用的技術(shù)措施

綜合管廊結(jié)構(gòu)的綜合降溫差中環(huán)境氣溫差一般不予控制,水化熱溫差和收縮當(dāng)量溫差都可通過(guò)采取一定的技術(shù)措施來(lái)減小。降低混凝土水化熱溫差的常用措施有:合理選擇混凝土強(qiáng)度等級(jí),盡可能不用C40以上混凝土;選用水化熱低的水泥品種;合理?yè)郊臃勖夯?。降低混凝土收縮當(dāng)量溫差的常用措施有:嚴(yán)格控制粗、細(xì)骨料含泥量及級(jí)配;控制水泥的比表面積指標(biāo)(宜≤350m2/kg);優(yōu)化配合比(水膠比、漿體體積、骨料體積、粗骨料空隙率、粗骨料用量、砂率、坍落度),帶模養(yǎng)護(hù)時(shí)間≥3d,養(yǎng)護(hù)的持續(xù)時(shí)間≥14d。

3.3 提高管廊結(jié)構(gòu)混凝土極限拉伸值的技術(shù)措施

提高綜合管廊結(jié)構(gòu)混凝土極限拉伸值的常用措施有:增配抗裂構(gòu)造鋼筋,構(gòu)造鋼筋布置宜“細(xì)而密”,墻體豎向和水平鋼筋除按計(jì)算確定外,豎向分布鋼筋配筋率宜≥0.3%,外墻厚度≤600mm時(shí)水平分布鋼筋最小配筋率宜為0.3%～0.5%,鋼筋直徑宜為6～8mm,間距宜≤150mm,拉筋間距宜≤600mm并呈梅花形布置?；炷敛捎脙?yōu)質(zhì)原材料、養(yǎng)護(hù)得當(dāng)、緩慢降溫。

3.4 跳倉(cāng)法與后澆帶法

將超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)的永久性變形縫以臨時(shí)性變形縫即“后澆帶”代替,經(jīng)過(guò)45～60d后將后澆帶封閉使結(jié)構(gòu)成為一個(gè)整體。后澆帶寬度一般為800～1 000mm, 間距一般≤40m。綜合管廊采用后澆帶法施工,經(jīng)過(guò)45～60d后澆帶封閉時(shí),混凝土水化熱已全部釋放完畢,混凝土收縮可完成36%～45%,對(duì)加大管廊結(jié)構(gòu)變形縫間距十分有利。后澆帶法施工的缺點(diǎn)是間歇時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)后澆帶清理工作量較大,且施工工期較長(zhǎng)。

跳倉(cāng)法是將超長(zhǎng)的混凝土塊體分為若干以不開(kāi)裂的計(jì)算長(zhǎng)度作為分倉(cāng)尺寸的小塊體間隔施工,經(jīng)過(guò)短期應(yīng)力釋放,在后期收縮應(yīng)力較小階段再將若干小塊體連成整體,依靠混凝土抗拉強(qiáng)度抵抗下一階段的溫度收縮應(yīng)力的技術(shù)方法。間隔施工的間歇時(shí)間一般為7～10d,對(duì)于綜合管廊這種薄壁結(jié)構(gòu),混凝土跳倉(cāng)澆筑10d后再合龍,由經(jīng)驗(yàn)降溫曲線可知,先澆筑的倉(cāng)塊水化熱已基本釋放完,由混凝土收縮當(dāng)量溫差公式可知此時(shí)混凝土收縮已完成約10%。跳倉(cāng)法可視為后澆帶法的進(jìn)一步發(fā)展,后澆倉(cāng)塊相當(dāng)于一個(gè)超寬的后澆帶,跳倉(cāng)法的施工間歇時(shí)間比后澆帶法大大縮短,可縮短部分工期。

后澆帶法和跳倉(cāng)法的基本原理相同,都是按“先放后抗”原則控制混凝土溫差和收縮引起的約束應(yīng)力,達(dá)到超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)不開(kāi)裂的目的,后澆帶法可較多地釋放由于混凝土收縮引起的約束應(yīng)力。

4 設(shè)滑動(dòng)層及跳倉(cāng)法施工綜合管廊結(jié)構(gòu)變形縫間距計(jì)算

4.1 設(shè)置滑動(dòng)層后綜合管廊結(jié)構(gòu)變形縫間距計(jì)算

綜合管廊與土相接的部位設(shè)置滑動(dòng)層后,管廊周圍土的約束大大減小。按有關(guān)單位的工程經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),設(shè)置滑動(dòng)層后Cx可取(0.1～0.3)×10-2N/mm3,在此取0.3×10-2N/mm3,其他參數(shù)取值均與本文第2節(jié)相同,對(duì)有滑動(dòng)層的綜合管廊結(jié)構(gòu)按式(4)進(jìn)行變形縫間距計(jì)算得:[L]=107m。

這說(shuō)明綜合管廊設(shè)置滑動(dòng)層后,變形縫間距可大幅度增加,地基的水平阻力系數(shù)是影響管廊結(jié)構(gòu)溫度收縮約束應(yīng)力的關(guān)鍵因素之一。

設(shè)置滑動(dòng)層后如Cx下限取0.1×10-2N/mm3,其他參數(shù)取值均與本文第2節(jié)相同,則變形縫間距計(jì)算結(jié)果為:[L]=185m。

Cx取值的大小除與滑動(dòng)層的具體做法有關(guān)外,還與地基土的變形模量正相關(guān)。

4.2 跳倉(cāng)法施工的綜合管廊結(jié)構(gòu)變形縫間距計(jì)算

在設(shè)置滑動(dòng)層基礎(chǔ)上采用跳倉(cāng)法或后澆帶法施工,可使綜合管廊變形縫間距進(jìn)一步加大,計(jì)算過(guò)程如下。

綜合管廊跳倉(cāng)法施工分塊長(zhǎng)度可取20～30m,在此取20m。首次澆筑倉(cāng)塊10d后澆筑第2批倉(cāng)塊,由前述計(jì)算結(jié)果可知每個(gè)施工倉(cāng)塊內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)溫度及收縮裂縫。

首先計(jì)算第10天先澆筑的倉(cāng)塊內(nèi)最大溫度收縮應(yīng)力,根據(jù)《大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)》中附錄B,計(jì)算混凝土彈性模量:

E(t)=βE0(1-e-φt)

(5)

式中:E(t)為混凝土齡期t時(shí)其彈性模量(N/mm2);E0為混凝土彈性模量,按C40取32 500MPa;φ為系數(shù),近似取0.09;β為混凝土中摻合料對(duì)彈性模量修正系數(shù),粉煤灰、礦渣粉摻量均按20%考慮,β=β1β2,β1取0.99,β2取1.02,β=1.01。

按式(5)計(jì)算得:

E(10)=19 479MPa

混凝土外約束系數(shù)R(t)為:

(6)

R(10)=0.015 2

計(jì)算第10天已澆筑倉(cāng)塊內(nèi)溫度收縮應(yīng)力為:

(7)

式中:σx(t)為混凝土齡期t時(shí)因綜合降溫差,在外約束條件下產(chǎn)生的拉應(yīng)力(MPa);T(t)為混凝土齡期t時(shí)其澆筑體的綜合降溫差(℃),包括水化熱溫差T1、氣溫差T2、收縮當(dāng)量溫差T3,在此T1取16.6℃,T2取0℃,T3取2.2℃;μ為混凝土泊松比,取0.15;α為混凝土線膨脹系數(shù),取1×10-5;R(t) 為混凝土齡期t時(shí)外約束的約束系數(shù);H(τ,t)為在混凝土齡期τ時(shí)其產(chǎn)生的約束應(yīng)力延續(xù)至t時(shí)的松弛系數(shù),取H(10,10)=1。

按式(7)計(jì)算得:σx(10)=0.066MPa,此為先澆筑的倉(cāng)塊在第10天時(shí)塊內(nèi)最大溫度收縮應(yīng)力,10d后澆筑第2批倉(cāng)塊,結(jié)構(gòu)合龍成為一體,混凝土繼續(xù)收縮,并受到季節(jié)氣溫差的作用而疊加新的溫度收縮應(yīng)力,由先澆筑的倉(cāng)塊內(nèi)的殘留溫度收縮應(yīng)力可換算出當(dāng)量溫差Tz(t):

(8)

按式(8)計(jì)算得:Tz(10)=0.3℃。

采用跳倉(cāng)法施工的各倉(cāng)塊合龍后綜合管廊結(jié)構(gòu)變形縫間距按式(4)計(jì)算得:[L]=142m。

其中,綜合降溫差T包括大氣溫差T2、收縮當(dāng)量溫差T3、殘留溫度收縮應(yīng)力當(dāng)量溫差T4,T2取20℃,T3=T(∞)-T(10)=23-2.2=20.8℃,T4=0.3℃。Cx按設(shè)置滑動(dòng)層考慮取0.3×10-2N/mm3。

由上述結(jié)果可知,采用跳倉(cāng)法施工能讓綜合管廊不出現(xiàn)溫度收縮裂縫時(shí)不設(shè)變形縫的長(zhǎng)度更大。

如Cx下限取0.1×10-2N/mm3,則變形縫間距計(jì)算結(jié)果為:[L]= 246m。

上述結(jié)果說(shuō)明在地基土質(zhì)滿足綜合管廊承載力要求而又變形模量較小的情況下,采用跳倉(cāng)法施工可將綜合管廊變形縫間距做得很大。

通過(guò)計(jì)算可得出如下結(jié)論:①由超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)變形縫間距計(jì)算公式可知,影響綜合管廊變形縫間距的主要因素之一為地基水平阻力系數(shù)。當(dāng)采取設(shè)置滑動(dòng)層的技術(shù)措施后,地基水平阻力系數(shù)大為減小,在其他條件不變的情況下,綜合管廊變形縫間距可增大現(xiàn)行規(guī)范要求的4～7倍。②綜合管廊結(jié)構(gòu)綜合降溫差是影響變形縫間距的另一主要因素,其中水化熱溫差約占1/4弱,收縮當(dāng)量溫差約占1/2,氣溫差約占1/4強(qiáng),在設(shè)置滑動(dòng)層的基礎(chǔ)上通過(guò)采取跳倉(cāng)法或后澆帶法施工,可基本消除水化熱溫差引起的約束應(yīng)力和部分消除混凝土收縮引起的約束應(yīng)力,綜合管廊變形縫間距可增大現(xiàn)行規(guī)范要求的5～9倍。③當(dāng)綜合管廊結(jié)構(gòu)所受綜合降溫差與混凝土線膨脹系數(shù)的乘積即|αT|與鋼筋混凝土極限拉伸值εp的差≤0時(shí),變形縫間距[L]=∞,即無(wú)須留設(shè)變形縫。北京地區(qū)綜合管廊承受的氣溫差估算≤20℃,當(dāng)采取措施能將混凝土水化熱溫差和收縮當(dāng)量溫差的影響消除的情況下(如采用跳倉(cāng)法或后澆帶法施工再結(jié)合減少混凝土收縮的技術(shù)措施),其變形縫間距可接近無(wú)窮大。

5 工程案例

5.1 工程概況

某擬建城市綜合管廊項(xiàng)目位于北京市,為現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu),混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35P8,其底板縱向鋼筋為φ14@200mm,配筋率為0.44%。采用明挖法施工,管廊頂覆土厚4～5.2m,管廊總長(zhǎng)約3.5km。管廊基底至頂板間土質(zhì)以粉質(zhì)黏土、黏質(zhì)粉土為主,地基持力層為粉砂～粉細(xì)砂。綜合管廊橫斷面如圖1所示。原設(shè)計(jì)變形縫最大間距30m,縫寬30mm,設(shè)置承插口連接。施工時(shí)間為6—9月。項(xiàng)目所在區(qū)域7月最高溫度平均值25.8℃,1月最低溫度平均值-5.2℃,20年來(lái)的平均氣溫11.3℃。

圖1 綜合管廊橫斷面

5.2 減小管廊結(jié)構(gòu)溫度收縮應(yīng)力的技術(shù)措施

采用跳倉(cāng)法施工,每20m為一段,變形縫間距調(diào)整至60m, 綜合管廊縱向分段施工方案如圖2所示,先澆塊與后澆塊間澆筑間隔時(shí)間為10d。為減少巖土對(duì)綜合管廊結(jié)構(gòu)的摩阻力,在管廊底板SBS防水卷材上設(shè)置1層油氈隔離層,側(cè)墻防水卷材選用50mm厚模塑聚苯乙烯板做保護(hù)層,頂板防水卷材上設(shè)置1層油氈隔離層,相當(dāng)于設(shè)置了滑動(dòng)層。

圖2 綜合管廊跳倉(cāng)法施工分段

混凝土摻加粉煤灰及礦粉,水膠比≤0.45,漿體體積≤32%,砂率≤42%,坍落度最大180mm。

底板澆筑完成后盡快澆筑側(cè)墻及頂板混凝土,減少二者間時(shí)間差。

5.3 計(jì)算參數(shù)取值

混凝土施工配合比:水泥為 P·O42.5 普通硅酸鹽水泥,比表面積為340～360m2/kg,粗骨料粒徑為5～25mm連續(xù)級(jí)配碎石,人工澆水養(yǎng)護(hù)14d,機(jī)械振搗。每立方米混凝土材料用量如下:水157kg、水泥269kg、粉煤灰55kg、礦粉66kg、減水劑7.8kg、砂552kg、碎石1 046kg。

水化熱溫升估算:夏季基準(zhǔn)溫升T′取4℃,按42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥、膠凝材料用量390kg/m3、木模板考慮修正系數(shù)k1,k2,k3,k4,按式(1)得修正后水化熱溫升:T=9.5℃。

綜合管廊覆土后冬、夏季氣溫差計(jì)算,根據(jù)徐榮年《工程結(jié)構(gòu)裂縫控制——步入“王鐵夢(mèng)法”及詮補(bǔ)》中研究總結(jié)的地溫近似計(jì)算式(9)計(jì)算:

(9)

θz=(11.3±3.3)℃

綜合管廊覆土后冬、夏季溫差為:

25.8-8=17.8℃

混凝土收縮當(dāng)量溫差按式(2)、式(3)計(jì)算:

εy(t)=2.17×10-4(1-e-0.01t)

Ty(t)=21.7(1-e-0.01t)

M1～M11分別取1.0,1.06,1.0,1.0,0.93,0.77,0.61,0.92,1.3,0.95,1.03。

第10天收縮當(dāng)量溫差及收縮全部完成后當(dāng)量溫差分別為2,21.7℃。

地基水平阻力系數(shù)確定:地基持力層為粉砂～粉細(xì)砂,承載力標(biāo)準(zhǔn)值為150～180N/mm2。按設(shè)置滑動(dòng)層考慮Cx取0.3×10-2N/mm3。

混凝土彈性模量按式(5)計(jì)算,E0按C35取31 500MPa,φ近似取0.09,β=β1β2,β1取0.99,β2取 1.02,β=1.01,則有:E(10)=18 880MPa。

C35混凝土第10天抗拉強(qiáng)度按式(10)計(jì)算:

ftk(t)=ftk(1-e-γt)

(10)

式中:ftk(t)為混凝土齡期為t時(shí)抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(N/mm2);ftk為混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(N/mm2),C35混凝土取2.2N/mm2;γ為系數(shù),應(yīng)根據(jù)所用混凝土試驗(yàn)確定,當(dāng)無(wú)試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí),可取0.3。

ftk(10) =2.09N/mm2

5.4 混凝土澆筑10d后分倉(cāng)塊內(nèi)最大溫度收縮拉應(yīng)力計(jì)算

按式(6)、式(7)計(jì)算得:

R(10)=0.015 7

σx(10)=0.04MPa

5.5 混凝土全部澆筑完至混凝土收縮全部完成變形縫區(qū)段內(nèi)底板內(nèi)最大溫度收縮應(yīng)力計(jì)算

綜合降溫差T計(jì)算:

T=21.7-2+17.8=37.5℃

R(10)=0.08

由于混凝土收縮全部完成需時(shí)>365d,松弛系數(shù)參照王鐵夢(mèng)《工程結(jié)構(gòu)裂縫控制》偏安全取0.5,按式(7)計(jì)算得:σx=0.56MPa,ftk(t)/σx=2.2/0.56=4,遠(yuǎn)大于規(guī)范要求防裂安全系數(shù)1.15,不會(huì)出現(xiàn)有害裂縫。

本案例在采用跳倉(cāng)法施工的情況下變形縫間距最大計(jì)算值可達(dá)到:[L]=127m。

6 結(jié)語(yǔ)

1)關(guān)于現(xiàn)行規(guī)范對(duì)綜合管廊變形縫間距的規(guī)定 筆者運(yùn)用在地基約束下地下混凝土結(jié)構(gòu)溫度收縮應(yīng)力應(yīng)變分析理論對(duì)典型綜合管廊結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計(jì)算分析,結(jié)果表明,綜合管廊結(jié)構(gòu)變形縫間距與管廊周圍所受巖土約束情況密切相關(guān),不宜簡(jiǎn)單地定為某個(gè)數(shù)值,應(yīng)通過(guò)計(jì)算確定。

2)減少管廊溫度收縮應(yīng)力的主要技術(shù)措施 筆者通過(guò)對(duì)影響城市綜合管廊溫度收縮應(yīng)力相關(guān)因素的分析,梳理了減少管廊溫度收縮應(yīng)力的主要技術(shù)措施,其中設(shè)置滑動(dòng)層、采用跳倉(cāng)法或后澆帶法施工是關(guān)鍵性的技術(shù)措施。

3)關(guān)于城市綜合管廊變形縫間距能否加大的問(wèn)題 城市綜合管廊由于具有構(gòu)件斷面尺寸較小、混凝土水化熱溫升低、全部埋于地下環(huán)境氣溫差較小、所處環(huán)境濕度較大等特點(diǎn),對(duì)減少溫度收縮約束應(yīng)力非常有利。通過(guò)計(jì)算分析表明,在采取適當(dāng)技術(shù)措施的條件下可適當(dāng)放寬對(duì)綜合管廊變形縫間距的限制,減少變形縫數(shù)量。

4)加大城市綜合管廊變形縫間距,減少變形縫數(shù)量,可減少后期運(yùn)營(yíng)階段維護(hù)維修工作量,充分發(fā)揮綜合管廊的效益。