建（構(gòu)）筑物長(zhǎng)大結(jié)構(gòu)取消后澆帶的技術(shù)探索

朱崎穎

摘要：對(duì)于建（構(gòu)）筑物的長(zhǎng)大結(jié)構(gòu)或是大體積砼結(jié)構(gòu)，因砼凝固水化熱產(chǎn)生的溫差收縮及自身干縮等變形原因使結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力，如設(shè)計(jì)或是施工不當(dāng)則使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)危害性裂縫。以往，通常采取設(shè)置后澆帶等方案解決上述問題。但設(shè)置后澆帶影響了結(jié)構(gòu)整體性或難以滿足特殊的使用功能要求，故有些建筑對(duì)結(jié)構(gòu)提出了無(wú)縫要求。本文依托工程實(shí)例，簡(jiǎn)述添加UEA膨脹劑對(duì)砼收縮進(jìn)行補(bǔ)償而取消后澆帶的設(shè)計(jì)理論、施工工藝及技術(shù)措施，以期能夠?qū)ζ渌Y(jié)構(gòu)取消后澆帶的施工起到些許借鑒作用。

Abstract： For long structures or large-volume concrete structures of buildings （structures）， tensile stresses appear inside the structure due to deformation such as temperature difference shrinkage and self-shrinkage due to heat of solidification and hydration of the concrete， such as improper design or construction. It will cause harmful cracks in the structure. In the past， the above problems were usually solved by installing a post-casting belt. However， the setting of post-casting belts affects the structural integrity or it is difficult to meet the special functional requirements， so some buildings put forward seamless requirements for the structure. Based on engineering examples， this article briefly describes the design theory， construction technology and technical measures of adding UEA expansion agent to compensate for the shrinkage of the concrete and canceling the post-casting belt， in order to be able to play a reference role in the construction of the post-casting belt cancellation of other structures.

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)大結(jié)構(gòu);裂隙控制;結(jié)構(gòu)拉應(yīng)力分析;取消后澆帶;UEA膨脹劑

Key words： long and large structure;crack control;structural tensile stress analysis;post-casting zone cancellation;UEA expansion agent

中圖分類號(hào)：TU7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）14-0182-03

0? 引言

在現(xiàn)代的工業(yè)與民用建筑之中，隨著結(jié)構(gòu)形式的日趨復(fù)雜，建筑規(guī)模的也日趨龐大，設(shè)計(jì)成大體積砼及長(zhǎng)大結(jié)構(gòu)的也增長(zhǎng)迅速。大體積及長(zhǎng)大的砼結(jié)構(gòu)的裂縫控制為建筑行業(yè)內(nèi)存在的技術(shù)難題，雖然國(guó)內(nèi)外機(jī)構(gòu)及院校對(duì)此問題進(jìn)行了長(zhǎng)期的研究，文獻(xiàn)研究成果頗多，但因促使大體積及長(zhǎng)大結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的影響因素復(fù)雜及繁多，故在工程實(shí)踐中仍然沒用成熟的技術(shù)方法來(lái)確保100%的進(jìn)行裂縫控制。在南寧軌道·壹號(hào)城項(xiàng)目長(zhǎng)大結(jié)構(gòu)施工時(shí)，采取了摻入U(xiǎn)EA膨脹劑，以對(duì)結(jié)構(gòu)的收縮進(jìn)行補(bǔ)償，取了良好的裂縫控制效果，以期對(duì)相類似項(xiàng)目裂縫控制起到參考作用。

1? 項(xiàng)目概況

南寧軌道·壹號(hào)城6#、7#、8#、9#樓及地下室工程總建筑面積132280.04m2，地上面積93907m2，地下面積38373.04m2。6#～9#樓基礎(chǔ)為筏板基礎(chǔ)，主體結(jié)構(gòu)為剪力墻結(jié)構(gòu)，層高2.9m，總高度99.8m。地下室及裙樓基礎(chǔ)為獨(dú)立基礎(chǔ)，主體為框架結(jié)構(gòu)，負(fù)二層層高4.2m/5.2m，負(fù)一層層高4m。地下室最大長(zhǎng)度為190m，最大寬度為170m。

本項(xiàng)目地下結(jié)構(gòu)具有斷面尺寸大、長(zhǎng)度長(zhǎng)等特點(diǎn)。為避免結(jié)構(gòu)出現(xiàn)收縮開裂，地下室結(jié)構(gòu)在縱橫向均設(shè)置了多處收縮后澆帶，確保一次澆注的構(gòu)件長(zhǎng)度不超過規(guī)范要求的40m。

本項(xiàng)目所在地下水位較高，地下二層車庫(kù)底板處于地下水位以下，故地下結(jié)構(gòu)一旦出現(xiàn)裂縫，則造成結(jié)構(gòu)滲水，影響結(jié)構(gòu)的正常使用，甚至滲水使鋼筋銹蝕，而影響建筑的結(jié)構(gòu)安全。故本項(xiàng)目對(duì)地下室結(jié)構(gòu)物及后澆帶裂縫控制要求非常高。地下室結(jié)構(gòu)的裂縫控制為本項(xiàng)目地下結(jié)構(gòu)施工的重難點(diǎn)。

2? 長(zhǎng)大結(jié)構(gòu)防裂縫施工技術(shù)方案的研究

為了控制長(zhǎng)大結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫，項(xiàng)目技術(shù)人員對(duì)長(zhǎng)大結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫進(jìn)行了理論分析，以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

砼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的主要原因在于砼早期凝固過程的溫差收縮及本身的干縮，對(duì)于建筑的長(zhǎng)大結(jié)構(gòu)而言，如果一次澆注成型，溫度收縮及干縮變形使砼產(chǎn)生沿結(jié)構(gòu)縱向的拉應(yīng)力，因受地基約束的影響，其應(yīng)力如圖1（b）所示。其中引起結(jié)構(gòu)裂縫的最大拉應(yīng)力σmax出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)中部。

傳統(tǒng)的處理措施是在結(jié)構(gòu)物中部設(shè)置后澆帶，分節(jié)段澆筑長(zhǎng)大結(jié)構(gòu)，使砼結(jié)構(gòu)完成大部分早期收縮后再澆注后澆帶，其設(shè)計(jì)思路為以放為主。當(dāng)后澆帶采用不收縮或是微膨脹砼澆筑后，結(jié)構(gòu)應(yīng)力如圖1（c）所示，σmax出現(xiàn)在節(jié)段的結(jié)構(gòu)中部，其數(shù)值大幅減少。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，在后澆帶砼中摻入膨脹劑，使后澆帶兩側(cè)的砼獲得一定預(yù)壓應(yīng)力。則其應(yīng)力如圖1（d）所示。從圖中可見，此技術(shù)措施在圖1（c）的基礎(chǔ)上將σmax值再次減少。

后澆帶的設(shè)置能夠大幅降低砼收縮拉應(yīng)力，雖能在很大程度上減少了裂縫的出現(xiàn)。但由圖1可知，后澆帶并不能完全消除收縮應(yīng)力，且裂縫的出現(xiàn)受多種復(fù)雜因素的影響，設(shè)置后澆帶后還是出現(xiàn)有害裂縫的案例非常多。

因設(shè)置后澆帶，使得工期延長(zhǎng)，工程費(fèi)用增加。且后澆帶的施工處理和質(zhì)量控制難度大，稍不注意，其本身就形成結(jié)構(gòu)隱患。故考慮到本項(xiàng)目的具體情況及業(yè)主對(duì)結(jié)構(gòu)防滲漏的高要求，我們提出了取消后澆帶的建議，這無(wú)疑具有較強(qiáng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義。

根據(jù)吳中偉院士的砼冷縮和干縮聯(lián)合補(bǔ)償理論：

ε-S-SY≤SP+CT? ?（1）

在砼中摻入膨脹劑，使式（1）成立，即在砼結(jié)構(gòu)內(nèi)整體、均勻地產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力，以補(bǔ)償砼在凝固過程中因溫差及干縮等產(chǎn)生的拉應(yīng)力，從而避免長(zhǎng)大結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)收縮裂縫，或是將裂縫控制在無(wú)害范圍內(nèi)，最終達(dá)到無(wú)縫或是少縫的目的。

3? 摻入U(xiǎn)EA膨脹劑后結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析

本項(xiàng)目擬于砼中摻入適量UEA膨脹劑，使砼產(chǎn)生膨脹補(bǔ)償收縮，達(dá)到取消后澆帶的目的。以往施工單位簡(jiǎn)單地按圖1（b）所示的拉應(yīng)力分布情況在結(jié)構(gòu)中間段摻入最大量的UEA膨脹劑，然后向兩端依次減少。其實(shí)這種做法是錯(cuò)誤的，因在自由變形情況下，結(jié)構(gòu)物的收縮變形沿縱向是均勻分布的，當(dāng)結(jié)構(gòu)物受地基約束而不能自由變形，但結(jié)構(gòu)與地基之間產(chǎn)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，地基對(duì)結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生反力（類似于靜摩擦力），此時(shí)收縮力及地基反力的合力方為圖1（b）所示。當(dāng)摻入砼的膨脹劑補(bǔ)償收縮后，結(jié)構(gòu)物無(wú)變形，即結(jié)構(gòu)物與地基間不產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，則地基對(duì)結(jié)構(gòu)物也不產(chǎn)生反力，則膨脹劑應(yīng)是沿結(jié)構(gòu)物縱向均勻摻入。

4? 取消后澆帶的理論計(jì)算及分析

先進(jìn)行式（1）各參數(shù)值的計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析裂縫控制情況，以進(jìn)行膨脹劑摻入量的設(shè)計(jì)。

4.1 砼極限延伸率SP

SP=0.5Rf（1+ρ/d）×10-4? （2）

式中：SP—構(gòu)件砼的彈性延伸率;ρ—構(gòu)件全斷面配筋率，×100;d—全斷面主筋加權(quán)平均直徑（cm）;Rf—構(gòu)件砼的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)（MPa）。

分析式（2）可知，設(shè)計(jì)配筋采取小直徑鋼筋、加密間距有助于控制裂縫。

以本項(xiàng)目地下室的500mm×1000mm縱向框架梁為例?？蚣芰翰捎肅35砼，其設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度Rf=2.2N/mm2。主筋為14根直徑d=25mm螺紋鋼。斷面配筋率ρ=（3.14×（0.025/2）2×14）/（0.5×1）=1.37%。則得：

Sk=0.5Rf（1+ρ/d）×10-4=0.5×2.2×（1+1.37/2.5）×10-4=1.7×10-4

4.2 砼徐變CT

本項(xiàng)目砼徐變按砼極限延伸率SP的0.5倍考慮，其值偏于保守，則得：

CT=0.5SP=0.5×1.7×10-4=0.85×10-4

4.3 砼的干縮量S

砼干縮變形量按下式計(jì)算。

S=ε0Y×M1×M2…M10（3）

式中：ε0Y—在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下砼的干縮率極限值，取值3.24×10-4;M1M2…M10是與砼所用材料、配合比、配筋率及施工工藝等相關(guān)的調(diào)整系數(shù)。

本項(xiàng)目采用PO32.5普通硅酸鹽水泥。根據(jù)本項(xiàng)目實(shí)際情況，調(diào)整系數(shù)取值：M1=1，M2=1，M3=1，M4=1.1，M5=1，M6=1.2，M7=0.77，M8=0.97，M9=1，M10=0.76。

所以S=3.24×10-4×1.1×1.2×0.77×0.97×0.76=2.43×10-4

4.4 溫度差冷縮值SY

SY=αR（T2-T1）? ? ? ? ?（4）

式中：α—為砼溫升線膨脹系數(shù);T2—構(gòu)件在砼凝固后及使用壽命期內(nèi)的最高溫度（℃），T1—構(gòu)件在砼凝固后及使用壽命期內(nèi)的最低溫度（℃），按使用過程中環(huán)境最低溫度，取值10℃;R—約束系數(shù)，即結(jié)構(gòu)變形受外界其它結(jié)構(gòu)約束的影響程度，根據(jù)本項(xiàng)目的實(shí)際情況，取值0.6。

最高溫度T2主要來(lái)源于季度性最高溫度及砼凝固時(shí)在砼內(nèi)產(chǎn)生的最高溫度，計(jì)算時(shí)取兩者的高值。本項(xiàng)目季節(jié)最高溫按40℃，砼凝固時(shí)在砼內(nèi)部產(chǎn)生的最高溫經(jīng)理論計(jì)算，為58℃，故T2取值58℃。則得：

SY=1×10-5×0.6×（58-10）=2.88×10-4

4.5 構(gòu)件裂縫控制情況分析

當(dāng)ε=0時(shí)，即不對(duì)砼采取冷縮和干縮聯(lián)合補(bǔ)償措施的情況下：

ε-S-SY=0-2.43×10-4-2.88×10-4=5.31×10-4

SK+CT=1.7×10-4+0.85×10-4=2.55×10-4

由計(jì)算結(jié)果分析可知，在正常的施工、養(yǎng)護(hù)及使用條件下，500mm×1000mm縱向框架梁會(huì)產(chǎn)生裂縫。

4.6 摻入U(xiǎn)EA膨脹劑

由前面計(jì)算可知，需在框架梁砼中需摻入U(xiǎn)EA膨脹劑，補(bǔ)償構(gòu)件2.76×10-4（5.31×10-4-2.55×10-4）及以上的膨脹率方可確?？蚣芰翰划a(chǎn)生裂縫。

根據(jù)以往的研究成果，當(dāng)UEA膨脹劑摻入量按代替水泥用量10～12%范圍時(shí)，對(duì)砼強(qiáng)度無(wú)影響，并能使砼產(chǎn)生2～3×10-4的膨脹率。按插入法計(jì)算，使砼產(chǎn)生2.76×10-4的膨脹率，需摻入量為11.5%。本項(xiàng)目實(shí)際UEA膨脹劑摻入量為12%，既能在冷縮和干縮聯(lián)合補(bǔ)償完成的基礎(chǔ)上還使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生少許預(yù)加應(yīng)力，更利于結(jié)構(gòu)的裂縫控制。

5? 為控制裂縫采取的其它技術(shù)措施

5.1 降低砼凝固時(shí)砼內(nèi)部水化熱最高溫升

引起砼構(gòu)件溫度差冷縮值SY主要來(lái)源于溫差，最高溫度往往為砼凝固時(shí)的水化熱使砼內(nèi)部的最高溫升，由此看來(lái)，降低砼水化熱的最高溫升，無(wú)疑能夠降低裂縫產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。故本項(xiàng)目除了使用水化熱低的水泥外，還在砼里摻入高質(zhì)量的粉煤灰替代部分水泥（替代了18%的水泥用量，降低水化熱18%左右），不僅可以減少水泥用量而降低水化熱，粉煤灰的摻入還降低了拌合水，增強(qiáng)砼的和易性，還改善了砼本身抗?jié)B性能。

此外還采用冰水拌合砼，砂石料堆場(chǎng)上搭建遮陽(yáng)棚，砼運(yùn)輸時(shí)采取覆蓋保溫層等技術(shù)措施降低入倉(cāng)砼的溫度。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，施工時(shí)梁體內(nèi)部水化熱最高溫升為48.6℃，可見上述技術(shù)措施的效果明顯。

5.2 嚴(yán)格澆筑過程控制

通過嚴(yán)格控制施工工藝過程，確保砼澆筑質(zhì)量，提高砼抗裂性能。砼澆筑采取了“斜向分層、循序推進(jìn)、一次完成”的施工方案。采用2臺(tái)輸送泵從梁體中心開始，分別兩端推進(jìn)，每處輸送泵配備3根振搗棒，分別在出料口、斜坡中部、斜坡底進(jìn)行充分振搗。并在砼初凝前適時(shí)實(shí)施2次振搗，以降低砼內(nèi)部孔隙，增強(qiáng)砼的密實(shí)度，進(jìn)而提高強(qiáng)度和抗?jié)B性。2次振搗的時(shí)機(jī)及振搗時(shí)間由經(jīng)驗(yàn)豐富的砼工進(jìn)行控制，以避免2次振搗發(fā)生在砼初凝后而破壞砼結(jié)構(gòu)。

5.3 嚴(yán)控各工序施工時(shí)間，防止冷縫產(chǎn)生

為避免梁體出現(xiàn)澆筑冷縫，采取各工序施工時(shí)間“雙控”措施。首先，將砼從出機(jī)至澆筑完成按兩個(gè)時(shí)段實(shí)行時(shí)間控制，首先砼出機(jī)后需在2h內(nèi)運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng);其次現(xiàn)場(chǎng)的砼需要2h內(nèi)完成澆筑。上述任一時(shí)段超時(shí)，均清出場(chǎng)外。

且嚴(yán)格控制循環(huán)澆筑時(shí)覆蓋間隔時(shí)長(zhǎng)，次層砼覆蓋上層的間隔時(shí)間不得超過3h。

6? 結(jié)束語(yǔ)

①在項(xiàng)目竣工后，本項(xiàng)目基礎(chǔ)底板沒出現(xiàn)有害裂縫及滲水等現(xiàn)象，說(shuō)明了本項(xiàng)目通過摻入U(xiǎn)EA膨脹劑及加強(qiáng)施工工藝控制等綜合技術(shù)措施科學(xué)合理，達(dá)到了取消后澆帶的目的。

②鋼筋砼結(jié)構(gòu)日趨長(zhǎng)大化和復(fù)雜化，需根據(jù)結(jié)構(gòu)物的特點(diǎn)靈活進(jìn)行取消后澆帶的無(wú)縫設(shè)計(jì)，但嚴(yán)禁取消沉降縫，也不能取消有沉降性質(zhì)的后澆帶。

③對(duì)于大尺寸或是大體積的砼結(jié)構(gòu)，砼保濕養(yǎng)護(hù)也是防止或控制裂縫的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。需采取有效措施，控制結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差及降溫速率，提高抗裂能力。

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