CN101498131B

CN101498131B - 深大基坑钢筋混凝土支撑的收缩补偿方法

Info

Publication number: CN101498131B
Application number: CN2009100957676A
Authority: CN
Inventors: 董利华; 刘有才; 邢国然; 郦华峰; 吉红波
Original assignee: ZHEJIANG ZHONGCHENG BUILDING ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: ZHEJIANG ZHONGCHENG BUILDING ENGINEERING Co Ltd
Priority date: 2009-01-21
Filing date: 2009-01-21
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2029-01-21
Also published as: CN101498131A

Abstract

本发明公开了一种深大基坑钢筋混凝土支撑的收缩补偿方法，属于建筑施工方法技术领域，其特征在于：根据预估的深大基坑钢筋混凝土支撑的收缩变形值，在混凝土中按水泥重量百分比掺入相应量的粉煤灰和膨胀剂，并在保湿养护条件下，利用膨胀剂的水化产物不断生成，使混凝土产生不同大小的膨胀率，使混凝土支撑产生抵抗收缩变形的能力。本发明通过在混凝土中掺入了粉煤灰和低碱膨胀剂，通过在混凝土中掺加粉煤灰，可减少水泥用量，降低水泥水化热，提高混凝土密度性，增加混凝土和易性、可泵性，减少用水量，能有效减少混凝土收缩变形。

Description

深大基坑钢筋混凝土支撑的收缩补偿方法

技术领域

本发明公开了一种建筑施工方法，具体而言是指一种深大基坑钢筋混凝土支撑的收缩补偿方法，主要运用于基坑支护工程技术领域。

背景技术

目前，钢筋混凝土内支撑体系在基坑支护结构中的运用相当广泛。混凝土内支撑体系具有形状多样、整体刚度大、安全可靠，有利于保护周围环境等优点，其缺点是施工中较难克服混凝土内支撑的收缩变形及作用滞后的问题，无法充分发挥内支撑的作用，对基坑本身、周围建(构)筑物、地下管道(线)存在一定的安全隐患，特别是在基坑周围建筑物密集的区域，基坑的设计允许变形量非常小，这就对基坑支护提出了更高要求。另一方面，在支撑设计过程中，设计者若不考虑混凝土收缩变形等因素，将导致基坑计算模型与实际工作状况存在较大的差异；若考虑收缩变形的影响，常规做法是通过提高支护桩(墙)的刚度或加大支撑梁截面的方式来满足基坑变形要求，这势必增加了支护体系的造价。

造成商品混凝土的收缩变形的主要原因有：

1.商品混凝土水泥用量大、水用量大、砂率大；水泥水化过程中混凝土内部孔隙水蒸发变化时引起的毛细管引力所致；

2.受到外界的压力而引起的收缩变形。

根据施工经验和模拟试验得到的数据，对于基坑深度为10m，长度为50m的支撑梁(断面为600mm×600mm)，混凝土干缩率约为0.2‰，支撑梁的弹性应变约为0.15‰～0.4‰，那么其总收缩率0.35‰～0.6‰，即支撑梁收缩量为17.5mm～30mm。

造成钢筋混凝土内支撑作用滞后的原因为：

深大基坑土方开挖是一个持续时间较长的施工过程，基坑的第二道及以下支撑的设置，一般总是在土方开挖到第二道及以下支撑的底标高时才能设置，此时，基坑围护桩已产生一定的变形(即向基坑内拱起)，第二道及以下支撑作用的滞后延续时间较长。在这一过程中，按传统的方法计算的第二道及以下支撑的支撑力，部分将由第一道支撑与坑底下被动土压力承担，第二道及以下支撑实际受力不仅滞后而且小得多，也就是说，至第二道支撑真正发挥作用时，支护桩已产生较大的拱出变形，由于支护结构的刚度较大，此时已难以改变它的弯曲方向，这对基坑安全是一个很不利的因素。

所以，对于普通钢筋混凝土内支撑由于自身的收缩变形、外界的压缩变形等，导致支撑作用滞后，使得围护结构的变形和位移增大，对基坑、周边建(构)筑物、地下管道(线)存在较大的安全隐患。而本发明是在混凝土中掺加一定量的粉煤灰和膨胀剂，通过保湿(保温)养护，在膨胀剂的作用下形成补偿收缩混凝土和自应力混凝土两种，使得钢筋混凝土支撑尽早受力或形成自应力，施工工艺简便，从而确保深大基坑、周边建(构)筑物、地下管道(线)的安全性，同时能带来较好的社会效益。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种深大基坑钢筋混凝土支撑的收缩补偿方法，解决钢筋混凝土支撑(第二道及以下支撑)作用滞后问题的方法，减少基坑位移，确保基坑、周边建(构)筑物、地下管道(线)的安全。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案如下，一种深大基坑钢筋混凝土支撑的收缩补偿方法，其特征在于：根据检测的深大基坑钢筋混凝土支撑的收缩变形值，在混凝土中按水泥重量百分比掺入相应量的粉煤灰和膨胀剂，并在保湿养护条件下，利用膨胀剂的水化产物不断生成，使混凝土产生不同大小的膨胀率，使混凝土支撑产生抵抗收缩变形的能力。

本发明中，膨胀剂掺量与膨胀性能的关系可参考下表：

注：水泥P.042.5，胶凝材料总量375kg/m³，限制膨胀率试验的配筋率μ＝0.75％。

优选地：

在混凝土中按水泥重量百分比掺入8％～14％的UEA膨胀剂，混凝土的自由膨胀率为0.0131％～0.0237％；

在混凝土中按水泥重量百分比掺入8％～12％的AEA膨胀剂，混凝土的自由膨胀率为0.0114％～0.0326％；

在混凝土中按水泥重量百分比掺入10％～16％的HCSA膨胀剂，混凝土的自由膨胀率为0.1021％～0.5271％。

粉煤灰取代普通硅酸盐水泥的最大限量为35％。

所述外加剂可选自泵送剂、减水剂等任意一种，其中，外加剂可选用早强减水剂如N型早强高效减水剂、泵送剂如JX-RNHY型高性能泵送剂。

保湿养护时间不少于14d，对于冬季浇筑，进行保温保湿养。

本发明的作用原理及有益效果如下：

由于深大基坑钢筋混凝土支撑的收缩变形和支撑作用的滞后，引起的基坑支护结构的受力形态的改变，从而给深大基坑、周边建(构)筑物、地下管道(线)带来了的不安全因素。

本发明在混凝土中掺入了粉煤灰和低碱膨胀剂，通过在混凝土中掺加粉煤灰，可减少水泥用量，降低水泥水化热，提高混凝土密度性，增加混凝土和易性、可泵性，减少用水量，能有效减少混凝土收缩变形；通过在混凝土中掺加膨胀剂，在保湿养护条件下，利用膨胀剂的水化产物不断生成，能使混凝土产生不同大小的膨胀率，形成补偿收缩混凝土和自应力混凝土两种，由此对混凝土产生收缩补偿，使得钢筋混凝土支撑尽早受力或使基坑支护体系产生反向位移，有效减少基坑变形，从而大大提高深大基坑、周边建(构)筑物、地下管道(线)的安全性，具有良好的社会效益。

另一方面，粉煤灰可取代普通硅酸盐水泥，而粉煤灰价格一般是普通硅酸盐水泥的1/2，因此，掺入粉煤灰可以降低材料费用，具有良好的经济效益。

以下通过附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明深大基坑钢筋混凝土支撑的收缩补偿方法流程图；

图2为支护桩(墙)的弯矩分布图；

图3为支护桩(墙)的位移分布图；

图4为本发明钢筋混凝土内支撑的膨胀剂掺量和膨胀率试验结果图。

具体实施方式

以下通过下列实际工程对普通钢筋混凝土内支撑和掺加粉煤灰、膨胀剂钢筋混凝土内支撑进行分析对比。

实施例1：

某工程基坑开挖深度为11.05m，基坑宽度为65m，基坑支护设计为围护结构采用Ф800@900钻孔桩，弹性模量E＝2.0×10⁴MPa，插入深度为9m，设有两道C30钢筋混凝土支撑，其中心分别位于地表下1.0m和6.0m，支撑水平间距为8m，弹性模量E＝2.3×10⁴MPa，不考虑压顶梁及围囹的作用。土体参数为：c＝15.5kPa，ψ＝13°，γ＝17.3kN/m³，剪切模量G＝1.7MPa，体积模量B＝8.3MPa，并假设土体为匀质土。挖土顺序如下：

(1)第一次开挖至地表下3.0m，设置第一道支撑(截面为600mm×600mm)；

(2)第二次开挖至地表下7.0m，设置第二道支撑(截面为800mm×800mm)；

(3)第三次开挖至基坑底。

1.采用普通钢筋混凝土支撑

在理论分析时，假设第二道支撑退缩20mm或40mm，经计算分析，各阶段围护结构弯矩和位移分布图如下图所示；各阶段的支撑力、围护结构的最大弯矩M_max和最小弯矩M_min，如附图2、图3所示，统计如下表：

各阶段的支撑力和围护结构弯矩统计表

	第一次开挖	第二次开挖	第三次开挖	退缩20mm	退缩40mm
						第一道支撑轴力(kN/m)	-	103	126.2	220.5	394.6
第二道支撑轴力(kN/m)	-	-	482.3	162	-109.7
						M<sub>max</sub>(kN·m/m)	22.1	375.7	426.5	704.5	1100
M<sub>min</sub>或退缩点弯矩(kN·m/m)	-18.4	-6.3	-42.8	512.7	956.4

从上表可知，在设二道支撑的情况下，随着第二道支撑退缩位移的增加，M_max、退缩点弯矩和第一道支撑的轴力均明显增大，而第二道支撑的轴力减小。同样，在设三道支撑的情况下，随着第三道支撑退缩位移的增加，M_max和第二道支撑的轴力增大，第三道支撑和第一道支撑的轴力减小。

2.采用本发明的外掺粉煤灰和HCSA膨胀剂的钢筋混凝土支撑

根据对该工程的计算和施工经验，得出支撑梁的收缩变形值约25mm左右。因此，在混凝土配合比设计时掺入粉煤灰和HCSA膨胀剂，以抵消混凝土支撑梁的收缩变形，并通过试验可以确定合理的膨胀剂掺量和膨胀率，试验结果见图4，用户根据实际情况，也可选用其它种类的膨胀剂。

下面是本发明的一个具体实施配合比：

C30膨胀混凝土配合比(kg/m³)

混凝土强度等级

水

水泥

砂

石子

HCSA

粉煤灰

减水剂

坍落度

C30

175

310

705

1065

40

50

8.2

160～180

其中：

2.1、水泥

水泥应符合现行国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》GB175、《矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥》GB 1344、《复合硅酸盐水泥》GB 12958或《中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥》GB 200规定的任意一种。

2.2、粉煤灰

粉煤灰应符合国家现行标准《粉煤灰混凝土应用技术规程》GBJ146-90的规定。粉煤灰宜采用I、II级粉煤灰。粉煤灰取代普通硅酸盐水泥的最大限量为35％，即粉煤灰按水泥重量百分比最大掺入35％。

2.3、膨胀剂

膨胀剂的品种和性能必须符合国家现行标准《混凝土膨胀剂》JC476的规定。膨胀剂应存放在具有防潮结构的专用场所中，不得与水泥等其他材料混放。膨胀剂在贮放过程中发生结块、胀袋现象时，应进行品质复验后再用。

膨胀剂型号、掺量和膨胀性能见表2(按混凝土配合比中水泥重量的百分比进行掺量)。

2.4、外加剂

由于膨胀剂的掺入会使混凝土坍落度损失加大，因此，使用时要注意选择合适的化学外加剂与之匹配。化学外加剂可选自泵送剂、减水剂等任意一种。另外，膨胀剂会缩短混凝土凝结时间，膨胀剂掺量越大，凝结时间越快，不同膨胀剂对混凝土坍落度损失及凝结时间的影响详见表1及表2所示。

2.5、集料

集料应符合国家现行标准《普通混凝土用砂、石质量标准及检验方法》JGJ 52的规定。轻集料混凝土应符合现行国家标准《轻集料及其试验方法第1部分：轻集料》GB/T 17431.1的规定。

2.6拌和水

拌和水应符合国家现行标准《混凝土用水标准》JGJ 63的规定。

2.7、施工方法

a、按配比准备补偿收缩混凝土的水泥、膨胀剂、化学外加剂，采用专用计量器进行准确计量，误差控制在允许范围内。

b、将水泥、膨胀剂、化学外加剂投入到搅拌机内，混合后加水搅拌均匀，预拌补偿收缩混凝土，其搅拌时间与普通商品混凝土相同；现场拌制的补偿收缩混凝土的搅拌时间应比普通混凝土延长30～60s。

c、膨胀剂投入搅拌机时应避免膨胀剂在中途的附着、固结，在搅拌机内的混凝土未全部排出时，不得投入新料。

d、搅拌完毕的补偿收缩混凝土应尽快运至浇筑地点。在运输过程中，应控制混凝土不离析、不分层、组成成分不发生变化，并能保证施工所必需的坍落度。当天气炎热或运输距离较远以及其它原因导致混凝土坍落度损失较大时，严禁向混凝土中加水，可采用高效减水剂部分后掺法，以满足泵送施工要求。

e、混凝土振捣要密实，不要漏振，也不要过振。在混凝土终凝前要反复抹压，防止沉降裂缝出现。

f、补偿收缩混凝土硬化后进行浇水保湿养护，养护时间不少于14天，为水泥水化提供足够的水分，防止混凝土表面脱水产生干缩裂缝，并确保膨胀的水化产物不断生成，使混凝土产生膨胀。对于冬季浇筑，须进行保温保湿养护。

通过监测，本发明的外掺粉煤灰和HCSA膨胀剂的钢筋混凝土支撑，第一道支撑梁在第二层土方开挖完毕至第三层土方开挖过程中，第一道支撑梁的轴力没有明显增大，同时第二道支撑梁的轴力也没有出现拉力，说明在第二道支撑梁施工完毕并达到一定强度后，支撑梁就已经承受了土体的侧压力。

从监测结果发现，掺有HCSA膨胀剂的混凝土支撑梁的受力情况接近理想计算状态，其收缩变形已基本不存在，部分支撑梁还产生了自应力；基坑最大位移仅为12mm，确保了基坑、周边建(构)筑物、地下管道(线)的安全性。

3、对比分析

对于普通钢筋混凝土内支撑由于自身的收缩变形、外界的压缩变形等，导致支撑滞后延续时间较长，使得围护结构的变形和位移增大，对基坑、周边建(构)筑物、地下管道(线)存在较大的安全隐患。而对于掺加粉煤灰和低碱膨胀剂的钢筋混凝土内支撑，能降低水泥用量，有效减少混凝土收缩变形，在膨胀剂的作用下形成补偿收缩混凝土和自应力混凝土两种，使得钢筋混凝土支撑尽早受力或使基坑支护体系产生反向位移，有效减少基坑变形，从而大大提高深大基坑、周边建(构)筑物、地下管道(线)的安全性，具有良好的社会效益。另一方面，粉煤灰可取代普通硅酸盐水泥，而粉煤灰价格一般是普通硅酸盐水泥的1/2，因此，掺入粉煤灰可以降低材料费用，具有良好的经济效益。

本发明已在已运用于一些实际工程，取得了良好的效果和效益，得到了业主的一致好评。

表1膨胀剂对新拌混凝土坍落度损失的影响

注：水泥P.042.5。a：SFP-I泵送剂，b：BMRH缓凝高效减水剂。

表2膨胀剂对混凝土凝结时间的影响

注：水泥P.042.5。

Claims

1.一种深大基坑钢筋混凝土支撑的收缩补偿方法，其特征在于：根据检测的深大基坑钢筋混凝土支撑的收缩变形值，在混凝土中按水泥重量百分比双掺相应量的膨胀剂和粉煤灰，利用膨胀剂的水化物膨胀机理和粉煤灰的降低水泥水化热、提高混凝土密实度，从而增强混凝土支撑的抵抗收缩变形能力，其中，所述膨胀剂：

可选择在混凝土中按水泥重量百分比掺入8％～14％的UEA膨胀剂，混凝土的自由膨胀率为0.0131％～0.0237％；

或在混凝土中按水泥重量百分比掺入8％～12％的AEA膨胀剂，混凝土的自由膨胀率为0.0114％～0.0326％；

或在混凝土中按水泥重量百分比掺入10％～16％的HCSA膨胀剂，混凝土的自由膨胀率为0.1021％～0.5271％；

所述粉煤灰按水泥重量百分比最大掺入35％。

2.如权利要求1所述的一种深大基坑钢筋混凝土支撑的收缩补偿方法，其特征在于：还添加有外加剂，所述外加剂选自泵送剂、减水剂的任意一种。

3.如权利要求2所述的一种深大基坑钢筋混凝土支撑的收缩补偿方法，其特征在于：所述外加剂选用早强减水剂、泵送剂选用JX-RNHY型高性能泵送剂。

4.如权利要求1所述的一种深大基坑钢筋混凝土支撑的收缩补偿方法，其特征在于：保湿养护时间不少于14d，冬季浇筑的进行保温保湿养。