超長地下室結構無縫設計

■顧云峰 ■蘇州設計研究院股份有限公司，江蘇 蘇州 215021

超長結構系指結構單元長度超過了《混凝土結構設計規范》所規定的鋼筋混凝土結構伸縮縫、沉降縫最大間距的結構，結構設置伸縮縫、沉降縫是基于混凝土干燥收縮、熱脹冷縮和地基不均勻沉降而引起結構變形破壞，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等措施。混凝土結構在施工過程中和使用過程中或多或少出現不同程度、不同形式的裂縫已是普遍現象，結構物裂縫是不可避免的，大量的工程實例證明，結構留縫與否，并不是決定結構變形開裂與否的唯一條件。結構裂縫與很多因素有關。結構裂縫分為兩大類，一類是由于荷載引起的裂縫，另一類是由于變形引起的裂縫，很多結構裂縫無法用荷載原因去解釋，只能用變形去解釋。變形作用包括溫度、濕度、水泥水化熱、地基變形等。綜上所述地下室結構產生裂縫有以下幾個主要原因:(1)地基不均勻沉降導致混凝土開裂;(2)混凝土強度不足不滿足設計要求導致混凝能開裂;(3)混凝土收縮產生的裂縫;(4)溫度變化引起的混凝土裂縫。前面兩項在混凝土結構設計中嚴格按規范條文執行，能夠較好的控制混凝土裂縫的產生;本文主要介紹后兩項在實際工程的解決方法。近些年，隨著新材料的運用和計算機分析手段的不斷進步，國內已經有了多個超長不設縫混凝土結構工程的成功案例。本文在對地下室裂縫產生的原因進行分析的基礎上，結合蘇州南門路面粉廠地塊定銷商品房(北區)地下車庫結構設計工程，對超長地下室結構的無縫設計進行相關探討。

1 工程概況

工程位于蘇州市。為政府開發的動遷回遷安置小區，設一層地下室，地下室與周邊高層住宅樓通過混凝土通道相連接，其主要功能為停車庫，戰時轉為人防地下室，其地下室建筑面積約2萬平方米。地下室長約201m，寬約160m。頂板與底板均采用梁板結構形式，頂板厚250mm，底板厚有400mm(人防部分450mm)，外墻厚300mm，頂板上部覆土厚度1米;砼強度等級:墻、柱、梁、板均為C30，砼抗滲等級均為p6級。

地下室平面簡圖:

2 地下室混凝土結構裂縫產生原因

2.1 溫度引起的混凝土裂縫，是地下室墻體裂縫出現的主要原因之一

(1)水泥水化熱影響。水泥在水化過程中產生了大量的熱量，因而使混凝土內部的溫度升高，當混凝土內部與表面溫差過大時，就會產生溫度應力和溫度變形。溫度應力與溫差成正比，溫差越大，溫度應力越大，當溫度應力超過混凝土內外的約束力時，就會產生裂縫。

(2)外界氣溫變化的影響。大體積混凝土在施工階段引起的溫度溫差以及晝夜、澆筑溫度和散熱溫度三者的疊加。混凝土抗拉強度是抗壓強度的1/20～1/10，由于原材料不均勻，水灰比不穩定及運輸和澆筑過程中的離析現象，在同一塊混凝土中其抗拉強度又是不均勻的，存在著許多抗拉能力低，易于出現裂縫的薄弱部位。

2.2 混凝土收縮引起的裂縫

收縮裂縫主要由下面三種收縮引起:硬化收縮與外界濕度變化無關，塑性收縮量大，在混凝土表面上特別是在養護不良的部位，出現龜裂，裂縫無規則。干縮:即混凝土內水分不斷蒸發，引起體積顯著收縮，其收縮量占總體積收縮量的80%～90%，水泥石在干燥和水濕的環境中要產生干縮和濕脹現象，混凝土結構的干縮是非常復雜的變形過程，影響因素很多。

3 超長大體積地下室混凝土結構裂縫的控制

我們根據對混凝土裂縫產生的原因分析，在超長地下室結構控制裂縫方面，主要從以下幾方面進行:

3.1 釋放混凝土構件內應力

混凝土早期收縮量大，在超長混凝土地下室結構中合理設置“后澆帶”，減少混凝土在硬化過程中的收縮應力，減少約束體與被約束體之間相互制約，以釋放大部分變形，減少約束應力，防止墻板裂縫的有效方法。本工程每隔30～40m之間設置后澆帶，帶寬度為800～1000mm，本工程采用800mm，如上圖所示。后澆帶應在兩側混凝土的齡期不小于60天后再澆搗，后澆帶混凝土強度等級采用比原設計混凝土強度等級高一個等級收縮補償混凝土(可采用UEA膨脹劑)

3.2 改善混凝土材料性能，減少因混凝土自身引起的收縮變形

優選水化熱低的水泥，以降低水泥水化熱所產生的熱量，從而控制混凝土的溫度，如礦渣硅酸鹽水泥，不宜采用高強度等級或早強水泥;在保證強度前提下，盡量減少水泥用量，降低水灰比，嚴格控制集料的級配及其含泥量，選用合適的緩凝、減水等外加劑，以改善混凝土的性能，控制好混凝土塌落度。

3.3 提高混凝土構件的抗拉強度

在本工程中采用UEA膨脹劑，用量為水泥用量的10% ～12%，其膨脹率為(2～3)×10－4，在配筋率為0.2% ～0.8%時，可在結構中建立0.2～0.7MPa預壓應力，這一預壓應力大致可以補償混凝土在硬化過程中產生溫差和干縮的拉應力，從而防止了收縮裂縫或者把裂縫控制在無害裂縫范圍內(小于0.1mm);摻入適量抗滲防裂纖維;在地下室構件配筋方面，地下室外墻水平鋼筋為?14@150;地下室頂板配筋為?12@150雙層雙向拉通，配筋不足之處再附加鋼筋;地下室底板配筋非人防區域為?14@150雙層雙向拉通，人防區域為?16@150雙層雙向拉通。通過增強混凝土材料抗裂性能，配筋方面減小鋼筋間距，適當提高配筋率，抵抗混凝土因溫度變化及混凝土收縮產生的應力，保證混凝土不開裂。

3.4 混凝土養護

(1)通過拆除模板后在其表面刷層養護劑的方法，可以控制混凝土內部濕度，同時通過澆水進行養護，可以達到確保水泥水化的充分，以減少裂縫的出現。

(2)采取延長拆模時間和外保溫措施，使內外溫差在一定范圍內，通過減少混凝土結構內外溫差，減水溫度裂縫。

(3)在地下室主體施工完成后應及時將地下室頂板上部及四周進行回填土，減少因太陽對地下室頂板的暴曬及晝夜大幅溫差原因，從而減少混凝土的側板及頂板開裂。

4 結束語

地下室裂縫產生的原因相當復雜，特別是這種超長混凝土結構更容易產生因環境、各種材料等因素所導致裂縫。本文通過分析裂縫產生的原因，采取盡量釋放混凝土自身產生應力，減少混凝土的收縮變形，增強混凝土構件的抗裂性能，加強對混凝土的養護，才能夠有效的控制超長地下室結構的裂縫產生。希望本工程的設計及施工技術措施能對超長地下室結構無縫設計有所幫助。

［1］陳斌.混凝土配合比優化及結構早期裂縫防治研究［D］.浙江大學，2005.

［2］李國勝.建筑結構裂縫及加層加固疑難問題的處理，中國建筑工業出版社.