苏州湾太湖新城地下空间工程位于苏州市吴中区太湖边上, 建筑面积约30万m², 是目前苏州市建筑体量最大、理念最新、结构最复杂的地下空间结构。工程为地上局部1层框架结构和地下3层框架-剪力墙结构, 结构尺寸919m×572m, 基础埋深约18m, 顶板板面标高1.450m, 地区最高潜水位2.630m或整平地面标高下0.500m处, 结构主体防水混凝土总量约30万m³。此工程分中区、北区和南区3个区域分别进行设计和施工, 其中中区防水混凝土约12万m³, 属3个区最大体量。

　　 中区结构尺寸444m×141m, 在长度方向上设置2条伸缩缝 (缝宽30mm) , 将结构分成3个抗震单元。其中, 基础防水混凝土等级为C35P8, 筏板厚1 200mm、外墙800mm、顶板300mm, 中间板厚度分别为350, 180, 140mm;筏板配筋为双层双向ϕ25@130、外墙双层双向ϕ15@150、顶板双层双向ϕ14@150, 中间板配筋分别有双层双向ϕ14@150, ϕ12@150, 10@150。

　　 1) 工程属超长、超大结构, 地下3层具有结构埋深大、地下水位高、分块数量多、施工周期长等特点, 造成结构整体抗裂、防水难度大。因而需采取有效措施提高自防水混凝土的抗裂、抗渗性能;同时, 可采取相应技术措施减少结构分块数量, 提高结构整体性。

　　 2) 基础筏板厚1 200mm、外墙厚800mm, 且整个工程必然经历高温季节施工。从控制温度裂缝的角度考虑, 基础筏板和外墙均属大体积混凝土, 因而需采取措施控制混凝土水化热量和温度收缩量。

　　 3) 自防水混凝土需加强现场的保温、保湿养护, 基础筏板和顶板等水平结构可采取蓄水或覆盖洒水等措施。外墙等竖向结构需带模养护一定时间, 以控制和减少混凝土因降温阶段内外温差导致的温度收缩。

　　 4) 因工程自防水混凝土体量大、结构分块数量多, 需加强现场施工监督和管理。

　　 以氧化钙-氧化镁为双膨胀源的高性能膨胀剂不仅能有效补偿混凝土早期自收缩, 对混凝土中、后期的干燥收缩也有明显的抑制作用, 同时具有水化反应所需用水量小的特点, 在保湿养护条件相对较差的情况下, 依然能较好地发挥膨胀补偿收缩的效果。用高性能膨胀剂配制的补偿收缩混凝土可在混凝土内部建立0.2～1.0MPa的预压应力, 使混凝土具有良好的抗收缩和抗开裂性能, 在工程中的应用已越来越普遍。为提高超长钢筋混凝土结构的抗裂、自防水效果, 有效控制混凝土有害收缩裂缝的产生, 工程中采用了高性能膨胀剂配制的补偿收缩混凝土作为自防水混凝土。

　　 为提高结构整体性和减少结构分块数量, 中区结构设计中采用“膨胀加强带”的设计理念, 其后浇式膨胀加强带分布如图1所示。将原设计中的后浇带调整为后浇式膨胀加强带, 带宽为1m;同时, 将局部“带”的设计间距由原设计的30～40m增大至60～80m, 带内混凝土的回填时间由≥42d减少至14d。一方面提高了结构整体性、减少了结构分块数量, 另一方面减小了后浇带留置时间过长带来的渗漏水隐患。

　　 采用高性能聚羧酸减水剂 (减水率≥25%) 可降低混凝土单方用水量, 减小后期干燥收缩量。设计中C35P8自防水混凝土以采用60d龄期抗压强度为准, 降低混凝土单方水泥用量, 减少水化热量和温度收缩量。采用高性能膨胀剂配制补偿收缩混凝土, 掺量为30kg/m³, 设计混凝土限制膨胀率≥2.5×10^-4;后浇带及膨胀加强带掺量为40kg/m³, 设计混凝土限制膨胀率≥3.5×10^-4。经多次试配及调整, 自防水混凝土最终配合比及标准试验条件下的限制膨胀率指标如表1所示。

　　 基础筏板和顶板混凝土在终凝后立即洒水保湿养护, 然后覆盖薄膜、毛毡进行保温养护, 养护时间为7d;外墙带模养护≥3d, 使其混凝土内部温度降至与环境温度差值在15℃以内, 模板拆除后安排专人进行淋水或洒水养护, 养护时间为7d;当环境温度≤5℃时, 严禁洒水养护。

　　 外墙采用单侧钢模板支模技术, 先进行外防水施工, 然后按照钢筋、模板和浇筑混凝土顺序进行施工。现场加强混凝土施工振捣, 具体措施为1台汽车泵配备2根振捣棒。同时, 在不同实体结构内部埋设振弦式应变计, 安排专人实时监测结构内部温度和应变随时间的变化趋势与规律, 监测周期≥28d。

　　 为加强现场施工监督管理, 每次施工前对施工人员进行技术、安全交底, 合理分组、分块安排施工人员和配备专业施工机械。施工过程中安排专职施工员进行现场监督。

　　 施工现场混凝土浇筑前, 分别在基础筏板、外墙和顶板结构板块的中心位置 (长度、宽度和厚度中心) 埋设振弦式应变计, 以应变计被埋入混凝土后0.5h以内时间为监测零点, 同时用温度传感器同步监测和记录环境温度。经过整理和汇总, 各结构部位监测点的温度和微应变随时间的变化规律如图2所示, 其中“综合微应变”指标为混凝土所有影响因素的应变之和, “温度修正后微应变”指标为“综合微应变”扣除温度影响因素后的应变之和。

　　 由图2可知:①前3d环境温度基本都在17～28℃范围, 选取的基础筏板、外墙和顶板部位监测点的入模温度分别为25.8, 24.2, 27.8℃, 基础筏板30h后达到温峰值65℃, 外墙40h后达到温峰值46℃, 顶墙18h后达到温峰值36℃, 主要是因为结构厚度和保温条件的差异所导致。外墙带模养护至72h后, 混凝土内部温度降至约40℃, 此时环境温度在25℃以上, 内外温差值在15℃以内, 有利于控制混凝土的温度收缩。②筏板实体结构内部温度修正后微应变值在130h达到峰值+94με, 28d后降至+48με;外墙在150h达到峰值+116με, 28d后降至+56με;顶板在42h达到峰值+106με, 28d后降至+35με。温度修正后微应变值的降低幅度大小为筏板<外墙<顶板, 主要原因为结构板厚度越小, 受外界温、湿度环境影响越大, 其后期结构收缩消耗的膨胀量越大。③混凝土线膨胀系数约为1.0×10^-5/℃, 相当于10με/℃, 因而混凝土实际温度与入模温度差值带来的变形量对各结构内部综合微应变值影响较大。④基础筏板、外墙和顶板结构内部28d内处于微膨胀状态 (温度修正后) , 说明添加了高性能膨胀剂的混凝土具有良好的抗收缩、抗开裂性能。

　　 地下空间主体结构于2015年10月开始施工, 至2017年7月全部浇筑完成, 共浇筑自防水混凝土约30万m³。通过现场实地查看和验收, 工程结构自防水效果良好, 结构主体自防水验收时得到项目各方一致好评。此地下空间局部自防水混凝土板效果如图3所示。

　　 苏州湾太湖新城地下空间工程超长钢筋混凝土结构通过采用添加高性能膨胀剂、优化结构后浇带设计、监测温度和应变数据、落实相应技术措施和加强现场施工监督管理等, 取得了良好的结构自防水效果。

　　 1) 以高性能膨胀剂配制的补偿收缩混凝土实现了“膨胀加强带”的设计理念, 中区主体结构将后浇式膨胀加强带的设计间距放大至60～80m, 膨胀加强带的回填时间减少至14d, 提高了结构整体性, 减少了结构分块数量, 并有效规避了后浇带留置时间过长带来的渗漏水隐患。

　　 2) 实现混凝土结构良好的自防水效果, 一方面需对配合比进行优化, 保证自防水混凝土拥有较好的体积稳定性;另一方面应加强现场施工振捣和早 期养护, 基础筏板和顶板混凝土终凝后立即进行保湿、保温养护, 侧墙外模板带模养护至72h, 以控制混凝土温度收缩量。

　　 3) 结构各部位监测数据表明, 结构尺寸的不同导致其膨胀和收缩量不同, 温度修正后微应变从峰值到28d后的降低幅度大小为筏板<外墙<顶板;结构各部位温度修正后应变值在28d后仍>0, 表明自防水混凝土具有良好的抗裂、防水效果。