大型工业厂房室内地坪和室外堆场均具有载荷大、耐磨度高、要求外观无裂缝、排水顺畅且不积水等特点,故对地坪结构成型后的承载力、耐磨度、平面度、裂缝控制、美观等技术要求高。然而这些关键技术的控制通常在工程师的专业水平与实施技能、地坪基础处理、配筋、混凝土浇筑分仓规划、施工分缝设置等地坪结构设计与施工技术措施的管控技能中得以展现。以云南昭通高速装配式绿色建筑产业园室内、外重载地坪为实践,综合项目特征并结合实际,在吸取“跳仓法”施工经验的基础上,通过设计与施工技术分析、采用“条带法”无缝施工措施取得了预期效果。
在国内建筑业发展转型过程中,装配式绿色建筑产业是近些年国家才鼓励倡导发展的新兴产业,云南昭通高速装配式绿色建筑产业园区建设项目是符合国家和地方政府鼓励及政策支持的行业发展方向、是云南省规划建设的省级装配式建筑产业基地。大面积地坪结构是绿色建筑产业园区主体建筑工程的最后一道工序,其工程质量和观感效果在整个产业园区项目建设中具有举足轻重的作用,成败与否都将在类似产业园区建设中起到一定的示范效应。以绿色建筑产业园各车间室内地坪和室外堆场的大面积混凝土地面为例,在项目业主、工程监理、造价咨询等参建单位的见证下,在吸取“跳仓法”和耐磨地面施工技术经验的基础上,通过对超大面积混凝土地面的设计与施工实践,采用“条带法”无缝施工等措施取得了预期效果。
1、工程概况
1.1 昭通高速装配式绿色产业园区项目概况云南昭通高速装配式绿色建筑产业园位于昭通市鲁甸县茨院乡板板房村,是昭鲁城市一体化中的重点项目。昭通高速装配式绿色建筑产业园(一期)及配套的基础设施规划占地面积为 451 亩,规划总建筑面积 108 562.63m2;用地性质为工业用地,投资规模为 71 330.62×104 元。项目建设采用EPC 工程总承包模式建设,EPC 工程总承包根据业主复核确认过的工艺设备资料进行建筑构造设计、采购和施工(不包括生产加工设备),生产加工设备的采购、安装与调试等由业主另行独立招标采购。
绿色建筑产业园区建设按功能分为 6 个区:建设 SPCS 及混凝土生产车间、ALC 车间、重钢车间、装配式建筑配套部件生产车间、综合服务中心及相关配套设施等,外购生产设备设施;厂房主体建筑为钢框架结构;其中,室内地坪和室外堆场均为大面积混凝土地面。
1.2、大面积地坪概况
1.2.1工程地质
拟建场地地势相对较高处即山坡处浅部地层主要为人工填土,其下为上第三系(N)全强风化砂质泥岩,底部为二叠系下统梁山组(p1l)全强~中风化白云岩;场地地势相对较低平处浅部地层主要为人工填土,其向下为冲、湖积形成的黏土、粉质黏土 及泥炭质土,基底为二叠系下统梁山组(p1l)全强~中风化白云岩。地勘揭露地层资料,根据岩土的物理力学特征及其分布形态,按 GB50021-2001《岩土工程勘察规范》(2009 年版)第 3.2 条、3.3 条及附录 A 表 A.0.3 分类原则执行,场区岩土层共分 8 个主层及 1 个亚层(岩土层 编号按由上至下顺序编号)。其中:场区地基土层中第①层属透水层,第⑤层含少量静储水,第⑦层强风化白云岩及第⑧层中风化白云岩属基岩裂隙透水层,其余黏性土属相对隔水层,勘察范围内的地下水类型属潜水类,略具低承压性,场区内地下水位由高处向低凹处缓慢迳流排泄,部分蒸发排泄,地下水主要靠降雨补给和地层间孔隙
水互补,地表水主要靠蒸发及下渗补给排泄。根据《昭通高速装配式绿色建筑产业园项目岩土工程详细勘察报告》,本项目的工程地质结论为:
1)勘察场区浅层地基土为中软场地土,场地属稳定性场地,可设置建筑物。
2)地基土分布厚度、埋深变化大,属不均匀地基。
3)根据基坑周围的环境条件,破坏后果和严重程度,基坑深度,工程地质和地下水条件,基坑的安全等级二级;设计和施工方案要考虑工程环境以及对周围建筑的影响。
4)拟建工程场地 1 ~ 4 号厂房(综合构配套车间、SPCS 车间、ALC 车间、重刚车间)区域为中硬场地土,其余场地为中软场地土,建筑场地类别均为Ⅱ类,属抗震不利地段。
5)场地地下水及地基土介质对混凝土结构及混凝土结构中的钢筋具微蚀性,土对钢结构具微腐蚀性,应按 GB50046《工业建筑防腐蚀设计规范》规定防护。
6)根据 GB50011-2010、2016《建筑抗震设计规范》及 GB18306-2015《中国地震动参数区划图》,鲁甸县茨院乡抗震设防烈度为 7 度,设计地震峰值加速度值为 0.1g,设计地震分组为第三组,反应谱特征周期 0.45s。根据《昭通市人民政府办公室关于认真做好鲁甸 6.5 级地震灾害恢复重建抗震设防工作的通知》中的相关要求,设计地震峰值加速度值提升为 0.13g。
1.2.2 地坪概况
按功能分为 6 个区,重刚车间、ALC 车间等单体车间均为大型工业厂房,主体结构形式为钢框架结构。轴网间距为 6 ~ 9m,跨度 24 ~ 36m。室内地坪和室外堆场均为重载地坪。表 1 为单体车间主要建筑建设规模。
2、大面积地坪结构要求与常见问题分析
大型工业厂房室内地坪和室外堆场均具有载荷大、耐磨度高、要求外观无裂缝、排水顺畅且不积水等特点,故对地坪结构成型后的承载力、耐磨度、平面度、裂缝控制、美观等技术要求高。但在现实中,大面地坪结构施工后的通病是产生裂缝而影响使用,地坪裂缝是指地坪结构混凝土所产生的裂缝。施工中常见裂缝分结构自身所产生的裂缝和外界因素导致而产生的裂缝。地坪结构自身所产生的常见裂缝有:干缩裂缝、塑性收缩裂缝、温度裂缝和化学反应引起的裂缝等;外界因素导致地坪结构产生裂缝的原因主要有:不均匀沉降裂缝、混凝土浇筑的分仓规划、地坪浇筑的施工环境、分块切缝控制、地坪成型后与周边建筑物结构间的匹配性等诸多因数有关。地坪结构混凝土的预防开裂和采取的措施比较多,对结构自身产生裂缝的预防措施已有的成熟的施工经验,比如配合比设计、采取“跳仓法”分仓浇筑与选择合理的浇筑时间、采用温控混凝土等。昭通高速装配式绿色建筑产业园中的大面积地坪结构设计与施工在借鉴类似项目经验的基础上,通过从地坪结构布钢筋、基础处理、优化浇筑分仓规划、施工分缝设置等设计与施工技术措施进行重点管控和实践。通过上述举措在杜绝结构深层或贯穿裂缝、避免和减少表面裂缝技术方面取得了较好的预期效果。
表 1 单体车间主要建筑建设规模表
3、地坪结构设计
综合园区地质情况分析,并结合现场主要建筑物与构筑物的实际情况,根据《建筑地面设计规范》和《超大面积混凝土地面无缝施工技术规范》,本项目室内地坪和室外堆场的结构设计均为重载地坪。地坪结构设计如下:
1)室内重载地坪设计。底基层厚 30cm 级配碎石;单层钢筋网片双向布置φ10mm@150cm× 150cm;C30 钢筋混凝土厚 20cm,面撒精钢砂。
2)室外堆场地坪设计。1 号堆场、2 号堆场结构层为:25cm 级配碎石基层;C30 混凝土后20cm,面撒精钢砂;在与环厂道路沥青路面衔接位置和布置有地下管道处,采用单层钢筋网片双向布置φ10mm@150cm×150cm。3 号堆场结构层为:25cm 级配碎石基层;单层钢筋网片双向布置 φ10mm@150cm×150cm;C30 混凝土厚 20cm;面撒精钢砂。
3)地基压实度要求为不小于 95%。
4、地坪结构施工方案
地坪结构施工工艺流程(关键路径):施工准备(策划人、机、料、环、法)→基础处理→级配碎石基层施工→钢筋绑扎(预埋件安装)→混凝土浇筑→养护→切缝(灌缝)→收尾。
4.1地坪基础处理与底基层施工
4.1.1地坪基础处理
昭通高速装配式绿色建筑产业园区场地地势相对较低平处浅部地层主要为人工填土,其向下为冲、湖积形成的黏土、粉质黏土 及泥炭质土,基底为二叠系下统梁山组(p1l)全强~中风化白云岩。该厂区在项目建设施工前,建设单位采掘了大量石英砂以作为 ALC 车间投运后的备用原材材料,但在石英砂采掘后对采料坑回填的压实度未按照建筑工程的基础要求进行处理,故在地坪结构施工前需对地坪基础结构进行处理。
地坪基础处理经选择试验段施工后,确定对室内地坪和室外堆场的地基处理方案采取换填或回填。换填或回填区域根据现场坑探和钎探试验确定,决定采用毛石(主要是片碎石)换填,换填深度 0.5 ~ 1m。凡采用片碎石进行地坪基础处理的区域布均设单层钢筋网片双向布置φ10mm@150cm×150cm。
室内地坪和室外堆场均为重载地面,基础处理采取分层填筑和压实。为了确保地坪基础的整体强度、稳定性和耐久性满足要求,参照 JTGF10-2006《公路路基施工技术规范》规定,在地坪基础换填或回填施工中,每压实一层通过压实度检测,合格后方可填筑上一层。地坪基础经分层碾压填筑后,通过压实度检测,合格率 100%。
4.1.2级配碎石底基层施工
在级配碎石层铺筑前,对基础处理后的压实度、平整度、高程、宽度、横坡和完成值等各项目进行了验收,均满足设计和施工规范规定值,经工程监理工程师见证验收合格后再进行级配石铺筑施工。级配碎石基层料铺筑有厂拌法和路拌法,其各有优缺点;本项目因地坪施工面积大,质量要求高,故选择厂拌法进行级配碎石料铺筑。
级配碎石底基层设计厚 25 ~ 30cm,采用分层碾压铺筑,分层厚度 10 ~ 15cm。为确保摊铺料在钢框架基础附近和厂房四角等转角等部位的摊铺和压实质量,采取人工夯实法进行。每层铺筑后进行弯沉值和压实度检测,合格率 100%。因拌和、级配料运输和摊铺、碾压、接缝等施工已有成熟经验。
4.2配筋方案
配筋的目的是提供地坪结构的整体刚度和混凝土结构的抗变形能力。混凝土配筋设计一种是采用传统的型钢或钢筋,在混凝土浇筑前通过对钢筋下料、加工制作、安装等工序布置在所要施工的混凝土浇筑仓位中,在隐蔽工程验收合格后方可进行下一道工序施工;一种是采用钢纤维混凝土,即在普通混凝土中掺入乱向分布的短钢纤维所形成的一种新型的多相复合材料,通过混凝土半成品直接入仓浇筑。钢纤维混凝土能够有效地阻碍混凝土内部微裂缝的扩展及宏观裂缝的形成,显著地改善了混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳性能,具有较好的延性等特点。虽然钢纤维混凝土能提高混凝土的韧性和抗拉强度,但是钢纤维搅拌时易结团,混凝土和易性差,泵送困难、难以施工且易锈蚀,且施工成本较较高。经过技术经济对比分析,本项目选择采用布置钢筋网片双向布置 φ10mm@150cm×150cm。钢筋网片在钢筋加工场通过下料加工后运至现场,由钢筋工按照设计图纸现场绑扎安装。
4.3重载地坪混凝土施工
4.3.1条带法施工技术
1)室内重载地坪混凝土浇筑。以重刚车间为例,重钢车间室内地坪重载地面硬化面积S=260m×24m×4=24 960m2。重钢车间室内地坪硬化面积大且为重在地坪,重在地坪施工技术根据施工通道、混凝土凝结时间、综合柱网尺寸及半门吊轨道与平板车、抛丸机设备基础的平面布置,本项目地坪硬化分仓在遵守、满足有关的规范要求的基础上,经分析采用“条带法”间隔施工,不仅保证了工程质量,而且提高了施工功效。重钢车间室内地坪硬化面积大,综合项目特征并结合实际,在吸取“跳仓法”施工经验的基础上,采用“条带法”间隔施工。模板采用定型槽钢或专用轨道梁,模板支设在长度方向与厂房纵轴线 E、D、C、B、A 轴平行,分仓宽度 6m,该分仓法的单次浇筑长度视模板支设长度和混凝土半成品供料速率而定,不受“跳仓法”传统施工顺序所要求的其区格长度不宜大于 40m的限制,且不设后浇带。在横向设缝位置布置钢筋传力杆。
2)室外堆场混凝土浇筑。室外堆场硬化施工,要满足大面积地坪结构的耐磨度高、要求外观无裂缝排水顺畅且不积水等要求,重点是综合室外堆场与既有设施的匹配关系,统筹其堆场的排水问题。
堆场浇筑设置纵向缩缝和横向缩缝,纵向缩缝间距不得大于 5m,横向缩缝不得大于 12m。采用“条带法”浇筑,横向缩缝采用假缝形式,混凝土浇筑后终凝后用混凝土切割机切缝。横向缩缝间距为 12m,调仓间距为 5m。以 2 号堆场为例,2 号堆场分仓数量根据现场堆场面积确定,原则每一仓宽度为 5m。
4.3.2 变形缝设置与切割技术
1)为了防止混凝土及建筑结构应力产生时对地面的破坏(如裂缝、空鼓等)对混凝土地面设置变形缝。本项目重载地坪只涉及与混凝土相关的伸缝和缩缝,而与结构相关沉降缝与防震缝等均不涉及。
2)混凝土变形缝设置应遵从设计和混凝土施工方的要求,按混凝土施工方案指定的划线位置切割。采用切割方法施工变形缝,切缝分块为6m×5m。缝的宽度为 5 ㎜,缝深为混凝土厚度的1/3。切割缝采用沥青填缝剂勾缝。
4.4重载地坪设计与施工效果
昭通高速装配式绿色建筑产业园(一期)工程项目建设自 2019 年 10 月开工以来,历经 1a的建设,产业园区主体结构已经基本建成,大面积地坪结构是绿色建筑产业园区主体建筑工程的最后一道工序。其中,重钢车间室内重载地坪于2020 年 6 月 14 日完成施工,于 2020 年 6 月 30 日完工交付使用(生产加工设备除外),实现了既定的项目目标;ALC 车间项目于 2020 年 6 月 1 日开工建设,至 2020年 12月 30日室内地坪硬化结束,标志着该车间项目的主体建设已经完工。重钢车间和 ALC 车间的室内重载地坪自建成交付使用以来尚未发现有裂缝出现,室外地坪排水顺畅无积水,地面表面外观质量良好。
5、结语
昭通高速装配式绿色建筑产业园大面积地坪先后于 2020 年 6 月至 12 月份交付使用以来,经过 2020 年度冬季的一个冻融期观察尚未发现有裂缝开度。尤其是重钢与 ALC 车间室内地坪和室外地坪结构自交付使用至今,外观质量良好,这为后续其他车间的室内重载地坪和室外堆场施工提了经验与参考。昭通高速装配式绿色建筑产业园中的大面积地坪结构设计与施工在借鉴类似项目经验的基础上,通过从地坪基础处理、布置钢筋、优化浇筑分仓规划、施工分缝设置等设计与施工技术措施进行重点管控和实践,实践证明是可行的。(作者:杨瑞莲)