淺談混凝土超長結構裂縫設計與施工新技術

張華強

(廉江市第一建筑工程有限公司，廣東 湛江 524009）

混凝土裂縫控制技術一直是工程界研究的課題，《建筑業(yè)10項新技術》（2010版），經(jīng)國家住建部審批后，于2010年10月14日正式發(fā)布實施。混凝土裂縫控制技術，被《建筑業(yè)10項新技術》（2010版）“混凝土技術”列為第六項推廣的新技術（編號：2.6）。混凝土超長結構裂縫設計與施工新技術，也是工程界近年來重點研究的課題之一

一、概述

1超長結構系指結構單元長度超過了《混凝土結構設計規(guī)范》所規(guī)定的鋼筋混凝土結構伸縮縫最大間距的結構。結構設置伸縮縫是基于混凝土干燥收縮和熱脹冷縮，而主要是考慮長期熱脹冷縮的影響，考慮混凝土干縮和施工期間水泥水化熱影響常采用施工后澆帶（也稱后澆縫）等措施。

超長結構必須考慮在施工期間及投入使用后如何減少或控制裂縫。

2結構裂縫分為兩大類：荷載引起的裂縫及變形引起的裂縫。工程實踐中的許多裂縫現(xiàn)象往往無法用荷載原因解釋，而是變形作用引起的裂縫，這種變形作用包括溫度（水化熱、氣溫、生產(chǎn)熱、太陽輻射等）、濕度（自生收縮、失水干縮、碳化收縮、塑性收縮等）、地基變形（膨脹地基、濕陷地基、地基差異沉降等）。

大量工程實踐證明，結構留縫與否，并不是決定結構變形開裂與否的惟一條件，留縫不一定不裂，不留縫不一定裂，是否開裂與許多因素有關。

3混凝土有裂縫是絕對的，無裂縫是相對的。有關混凝土試驗研究證實了在尚未受荷載的混凝土和鋼筋混凝土結構中存在肉眼看不見的微觀裂縫（主要是混凝土骨料與水泥的粘接面上裂縫和水泥漿中的裂縫）。混凝土中微裂縫的存在，對混凝土的彈塑料，徐變、強度、變形、泊松比、結構剛度、化學反應等性能有重要影響。

根據(jù)國內外設計規(guī)范及有關試驗資料，混凝土最大裂縫寬度的控制標準大致如下：

（1）無侵蝕介質，無防滲要求，0.3~0.4mm，

（2）輕微侵蝕，無防滲要求，0.2~0.3 mm，

（3）嚴重侵蝕，有防滲要求，0.1~0.2 mm，

上述標準是設計上和檢驗上的控制范圍，在工程實踐中，有一些結構帶有數(shù)毫米寬的非荷載作用產(chǎn)生的裂縫，多年未處理并無破壞危險。工程結構中的裂縫，經(jīng)分析由變形作用引起，為防止有害介質沿裂縫侵入促使鋼筋蝕而影響結構耐久性，有裂縫部位可只須作表面封閉處理即可。

4混凝土開裂（裂縫）主要原因是變形作用引起的，變形作用包括溫度、濕度及不均勻沉降等，其中濕度變化引起裂縫又占主要部分。

5熱脹冷縮是物體受溫度作用的一種自然現(xiàn)象。溫度作用對建筑結構使用帶來的影響已被人們所重視，并為此采取保濕隔熱等措施盡量減小環(huán)境溫度的影響。

6超長結構設計，要考慮的主要問題是由變形作用可能引起的裂縫，應采取有效措施控制裂縫。

二、超長結構無縫設計

此項技術的具體方法如下：

（1）在應力集中的σmax處（圖1），設膨脹加強帶，其寬度2m，帶的兩側鋪設密孔鋼絲網(wǎng)，并用立筋（Φ8@100）加固，目的是防水混凝土流入加強帶。施工時，帶外用摻10%~ 12%UEA混凝土。如此循環(huán)下去，可連續(xù)澆筑100~150m超長結構。

（2）由于混凝土供應或施工力量達不到連續(xù)作業(yè)要求時，可采用圖2的“間歇式無縫施工法”，加強帶一側改為臺階式。施工帶鑿毛清洗干凈，用摻UEA-14%~15%的混凝土澆入加強帶，隨后用小膨脹混凝土澆筑帶外地段。

（3）對于無防水要求的樓板，考慮可允許出現(xiàn)小于0.3mm裂縫，不影響結構安全。可采用如圖3的取消后澆帶的設計方法。與圖3區(qū)別在于加強帶兩側采用摻8%~10~EUA的無收縮混凝土[膨脹率約（1~2）×10-4]，加強帶本身用14%~15%UEA大膨脹混凝土。此方法不影響模板周轉，加快樓面施工進度。由于樓板厚度小，加強帶兩側可用模板隔離。

（4）對于墻體的加強帶，參見圖4。由于墻體薄，面積大，養(yǎng)護困難，受到風速和大氣溫度影響大，容易出現(xiàn)收縮裂縫。因此，我們傾向采用后澆加強帶（2m寬）即分段澆筑摻后澆帶設計一樣，要設鋼片止水帶（見圖4），所不同之處，后澆加強帶的寬度為2m，回填用大膨脹混凝土地，回填縫時間為14d，比傳統(tǒng)后澆帶縮短30多天。

（5）由于鋼筋混凝土結構長大化和復雜化，取消后澆帶的無縫設計必須根據(jù)結構特點靈活運用，沉降縫不能取消，對于具有沉降性質的后澆帶也不能取消。UEA加強帶的性質是以較大膨脹應力補償溫差（包括干縮）收縮應力集中的地方，所以，它可以取消后澆帶。加強帶的間距可控制在40~60m。

（6）實踐表明，對受大氣溫度和風速影響較小、保溫保濕養(yǎng)護可操作性好的地下室、水池、隧道等防水結構的底板和高層建筑的樓板，可采用圖三的無縫設計。對于邊墻，由于薄而暴露面大，立面養(yǎng)護困難，易受風速和溫差影響，我們段向于用圖四的后澆加強帶，這種 設計比較保險。

（7）關于剪力墻的配筋構造設計。注意問題是：

1當柱子剪力墻連在一起時，由于柱子的截面和配筋率都比墻體大得多，往往在相連部位出現(xiàn)過大的應力集中而開裂。為分散應力，應該在此處增加水平筋Φ（8~10）@200，其長100cm。20cm插入柱子中，80cm插入墻體中。

2墻體易裂原因是多方面的，但我們發(fā)現(xiàn)墻體受力鋼筋過多，而作為抗裂的水平構造筋偏低，按規(guī)范剪力墻最小配筋率為0.2% ~0.25%。工程實踐表明，由于墻體一般拆模早，養(yǎng)護困難，受溫度影響大，水分蒸發(fā)速度大，容易開裂。為了控制溫差和干縮引起的垂直裂縫；墻體的水平構造筋的配筋率不應小于0.5%，并使用螺紋鋼筋，鋼筋間距不宜過大，采用Φ10~Φ1 6mm鋼筋和150mm間距是比較合理的。墻體厚度為30~50cm，從而提高混凝土的極限拉伸及抗拉強度，可有效提高抗裂作用。我們認為，UEA補償收縮混凝土的抗裂防滲功能要與水平構造鋼筋的設計相適應，共同承擔抗稀收縮應務才能奏效。UEA混凝土作結構自防水，可省去外防水作業(yè)。因此，適當增加水平構造鋼筋和墻的厚度，在技術經(jīng)濟上是合理的。

三、工程實例

某時代廣場地下3層，地上15層，框架-剪力墻結構，柱距分別為13.2m、12m、10.8m，基礎埋深為-18.3m，采用筏板基礎，板厚1.8m，為抗沖切，在柱下設倒柱帽和托板，總厚度為2.4m。筏基長120m，寬108.4m，采用復合膨脹劑UEA-M配制的被償收縮混凝土C40，配合比（kg/m3）中，水泥350，粉煤灰60~ 80，UEA-M50~55。泵送混凝土出機坍落度為18~20cm，初凝時間不早于15h，因為冬期施工，環(huán)境溫度低于-5℃，要求混凝土入模溫度不低于5℃，出機溫度不低于15℃，混凝土中心溫度與表面溫度之差、表面溫度與環(huán)境溫度之差小于25℃。建筑設計不設卷材防水，要求混凝土自防水，防水達到P20。筏板設縱橫兩條施工后澆帶分成四塊，施工后澆帶下部設附加卷材，帶寬800mm，板高中部新舊混凝土接槎處設止水不定期。筏板每塊混凝土澆筑一次完成，分層澆筑，兩層澆筑間歇必須小于混凝土初凝時間，每塊澆筑時間約70小時，混凝土量約為6000 m3。為防止筏板表面收縮裂縫，混凝土初凝前用木抹子搓壓，然后刷一道養(yǎng)護液，以防水分失散，并上蓋塑料薄膜和草簾被，確保在14d內保持溫潤狀態(tài)。

結語

混凝土超長結構，其裂縫一定要處于受控狀態(tài)。

[1]GB50010-2010，混凝土結構設計規(guī)范[S].

[2]GB50666-2011，混凝土結構工程施工規(guī)范[S].