超長(zhǎng)地下室結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計(jì)

■顧云峰 ■蘇州設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，江蘇 蘇州 215021

超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)系指結(jié)構(gòu)單元長(zhǎng)度超過了《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》所規(guī)定的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)伸縮縫、沉降縫最大間距的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)變形破壞，而主要是考慮長(zhǎng)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(jié)構(gòu)在施工過程中和使用過程中或多或少出現(xiàn)不同程度、不同形式的裂縫已是普遍現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)物裂縫是不可避免的，大量的工程實(shí)例證明，結(jié)構(gòu)留縫與否，并不是決定結(jié)構(gòu)變形開裂與否的唯一條件。結(jié)構(gòu)裂縫與很多因素有關(guān)。結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫有以下幾個(gè)主要原因:(1)地基不均勻沉降導(dǎo)致混凝土開裂;(2)混凝土強(qiáng)度不足不滿足設(shè)計(jì)要求導(dǎo)致混凝能開裂;(3)混凝土收縮產(chǎn)生的裂縫;(4)溫度變化引起的混凝土裂縫。前面兩項(xiàng)在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中嚴(yán)格按規(guī)范條文執(zhí)行，能夠較好的控制混凝土裂縫的產(chǎn)生;本文主要介紹后兩項(xiàng)在實(shí)際工程的解決方法。近些年，隨著新材料的運(yùn)用和計(jì)算機(jī)分析手段的不斷進(jìn)步，國內(nèi)已經(jīng)有了多個(gè)超長(zhǎng)不設(shè)縫混凝土結(jié)構(gòu)工程的成功案例。本文在對(duì)地下室裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合蘇州南門路面粉廠地塊定銷商品房(北區(qū))地下車庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程，對(duì)超長(zhǎng)地下室結(jié)構(gòu)的無縫設(shè)計(jì)進(jìn)行相關(guān)探討。

1 工程概況

工程位于蘇州市。為政府開發(fā)的動(dòng)遷回遷安置小區(qū)，設(shè)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(zhàn)時(shí)轉(zhuǎn)為人防地下室，其地下室建筑面積約2萬平方米。地下室長(zhǎng)約201m，寬約160m。頂板與底板均采用梁板結(jié)構(gòu)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(qiáng)度等級(jí):墻、柱、梁、板均為C30，砼抗?jié)B等級(jí)均為p6級(jí)。

地下室平面簡(jiǎn)圖:

2 地下室混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)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(xiàn)的主要原因之一

(1)水泥水化熱影響。水泥在水化過程中產(chǎn)生了大量的熱量，因而使混凝土內(nèi)部的溫度升高，當(dāng)混凝土內(nèi)部與表面溫差過大時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力和溫度變形。溫度應(yīng)力與溫差成正比，溫差越大，溫度應(yīng)力越大，當(dāng)溫度應(yīng)力超過混凝土內(nèi)外的約束力時(shí)，就會(huì)產(chǎn)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?；炷量估瓘?qiáng)度是抗壓強(qiáng)度的1/20～1/10，由于原材料不均勻，水灰比不穩(wěn)定及運(yùn)輸和澆筑過程中的離析現(xiàn)象，在同一塊混凝土中其抗拉強(qiáng)度又是不均勻的，存在著許多抗拉能力低，易于出現(xiàn)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(guān)，塑性收縮量大，在混凝土表面上特別是在養(yǎng)護(hù)不良的部位，出現(xiàn)龜裂，裂縫無規(guī)則。干縮:即混凝土內(nèi)水分不斷蒸發(fā)，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(huán)境中要產(chǎn)生干縮和濕脹現(xiàn)象，混凝土結(jié)構(gòu)的干縮是非常復(fù)雜的變形過程，影響因素很多。

3 超長(zhǎng)大體積地下室混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的控制

我們根據(jù)對(duì)混凝土裂縫產(chǎn)生的原因分析，在超長(zhǎng)地下室結(jié)構(gòu)控制裂縫方面，主要從以下幾方面進(jìn)行:

3.1 釋放混凝土構(gòu)件內(nèi)應(yīng)力

混凝土早期收縮量大，在超長(zhǎng)混凝土地下室結(jié)構(gòu)中合理設(shè)置“后澆帶”，減少混凝土在硬化過程中的收縮應(yīng)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(yīng)力，防止墻板裂縫的有效方法。本工程每隔30～40m之間設(shè)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(yīng)在兩側(cè)混凝土的齡期不小于60天后再澆搗，后澆帶混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用比原設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)高一個(gè)等級(jí)收縮補(bǔ)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(yōu)選水化熱低的水泥，以降低水泥水化熱所產(chǎn)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(qiáng)度等級(jí)或早強(qiáng)水泥;在保證強(qiáng)度前提下，盡量減少水泥用量，降低水灰比，嚴(yán)格控制集料的級(jí)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(gòu)件的抗拉強(qiáng)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(shí)，可在結(jié)構(gòu)中建立0.2～0.7MPa預(yù)壓應(yīng)力，這一預(yù)壓應(yīng)力大致可以補(bǔ)償混凝土在硬化過程中產(chǎn)生溫差和干縮的拉應(yīng)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(nèi)(小于0.1mm);摻入適量抗?jié)B防裂纖維;在地下室構(gòu)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(qū)域?yàn)?14@150雙層雙向拉通，人防區(qū)域?yàn)?16@150雙層雙向拉通。通過增強(qiáng)混凝土材料抗裂性能，配筋方面減小鋼筋間距，適當(dāng)提高配筋率，抵抗混凝土因溫度變化及混凝土收縮產(chǎn)生的應(yīng)力，保證混凝土不開裂。

3.4 混凝土養(yǎng)護(hù)

(1)通過拆除模板后在其表面刷層養(yǎng)護(hù)劑的方法，可以控制混凝土內(nèi)部濕度，同時(shí)通過澆水進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，可以達(dá)到確保水泥水化的充分，以減少裂縫的出現(xiàn)。

(2)采取延長(zhǎng)拆模時(shí)間和外保溫措施，使內(nèi)外溫差在一定范圍內(nèi)，通過減少混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差，減水溫度裂縫。

(3)在地下室主體施工完成后應(yīng)及時(shí)將地下室頂板上部及四周進(jìn)行回填土，減少因太陽對(duì)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(cè)板及頂板開裂。

4 結(jié)束語

地下室裂縫產(chǎn)生的原因相當(dāng)復(fù)雜，特別是這種超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)更容易產(chǎn)生因環(huán)境、各種材料等因素所導(dǎo)致裂縫。本文通過分析裂縫產(chǎn)生的原因，采取盡量釋放混凝土自身產(chǎn)生應(yīng)力，減少混凝土的收縮變形，增強(qiáng)混凝土構(gòu)件的抗裂性能，加強(qiáng)對(duì)混凝土的養(yǎng)護(hù)，才能夠有效的控制超長(zhǎng)地下室結(jié)構(gòu)的裂縫產(chǎn)生。希望本工程的設(shè)計(jì)及施工技術(shù)措施能對(duì)超長(zhǎng)地下室結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計(jì)有所幫助。

［1］陳斌.混凝土配合比優(yōu)化及結(jié)構(gòu)早期裂縫防治研究［D］.浙江大學(xué)，2005.

［2］李國勝.建筑結(jié)構(gòu)裂縫及加層加固疑難問題的處理，中國建筑工業(yè)出版社.