超長(zhǎng)混凝土剪力墻裂縫控制施工技術(shù)

衛(wèi)蔣

（山西一建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030012）

0 引言

隨著建筑結(jié)構(gòu)的不斷大型化，超長(zhǎng)混凝土墻體的裂縫控制問(wèn)題成了不得不攻克的技術(shù)難題。近幾十年來(lái)，國(guó)內(nèi)外的專家學(xué)者在這方面進(jìn)行大量的理論探討和實(shí)踐工作。有關(guān)技術(shù)手段已從最開(kāi)始的留設(shè)永久伸縮縫逐步發(fā)展形成了設(shè)置后澆帶、誘導(dǎo)帶、加強(qiáng)帶等一系列無(wú)縫施工工藝，不僅有效的控制了超長(zhǎng)混凝土墻體的開(kāi)裂，而且解決了因伸縮縫導(dǎo)致的建筑外墻觀感問(wèn)題[1-8]。

1 傳統(tǒng)裂縫控制技術(shù)

1.1 設(shè)置永久伸縮縫

由于混凝土自身材料的特性，在其硬化過(guò)程中因體積收縮導(dǎo)致混凝土材料內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力，限于結(jié)構(gòu)體邊界的條件約束，內(nèi)部產(chǎn)生的拉應(yīng)力無(wú)法得到有效的釋放，當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土材料自身的抗拉強(qiáng)度時(shí)，于是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)體裂縫的產(chǎn)生。這一現(xiàn)象在超長(zhǎng)混凝土墻體的建造過(guò)程中表現(xiàn)的格外突出；另一方面，對(duì)于超長(zhǎng)混凝土墻體，在混凝土硬化過(guò)程中將產(chǎn)生大量的水化熱，從而導(dǎo)致墻體內(nèi)外產(chǎn)生巨大的溫差，滋生的溫度應(yīng)力誘導(dǎo)墻體開(kāi)裂。

為解決上述混凝土收縮和溫度應(yīng)力導(dǎo)致的墻體開(kāi)裂問(wèn)題，對(duì)于超長(zhǎng)混凝土墻體的施工常采用分段澆筑的方式，不同段之間留設(shè)一定規(guī)格的縫隙（伸縮縫），伸縮縫使混凝土收縮產(chǎn)生的應(yīng)力能得到有效的釋放；同時(shí)，分段澆筑減少了混凝土的一次性澆筑量，降低了水化熱的積聚，有效抑制了溫度應(yīng)力的產(chǎn)生。伸縮縫的規(guī)格應(yīng)滿足《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50010—2010）》（2015 年版）的要求。

1.2 設(shè)置后澆帶

隨著裂縫控制技術(shù)的深入研究，無(wú)縫控制技術(shù)受到越來(lái)越多的推崇，后澆帶的施工工藝不僅吸收了伸縮縫的技術(shù)特點(diǎn)，而且解決了建筑外觀的美化問(wèn)題。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，對(duì)超長(zhǎng)墻體進(jìn)行分段澆筑，段與段之間按相關(guān)規(guī)定留設(shè)后澆帶，當(dāng)先行澆筑的混凝土墻體收縮變形過(guò)程基本結(jié)束，拉應(yīng)力得到有效的釋放后，再對(duì)留設(shè)的后澆帶進(jìn)行澆筑封閉，從而形成完整的墻體外觀。地下室外墻的后澆帶設(shè)計(jì)大樣如圖1 所示。

圖1 地下室外墻后澆帶設(shè)計(jì)大樣

1.3 設(shè)置誘導(dǎo)縫

由于鋼筋混凝土墻體的結(jié)構(gòu)特性，在建造使用過(guò)程中出現(xiàn)裂縫是難以避免的，雖然在絕大多數(shù)工程實(shí)踐中都采取了后澆帶、加強(qiáng)帶等有效的裂縫控制技術(shù)，但這些技術(shù)的理論應(yīng)用條件與實(shí)際的工程環(huán)境往往存在較大的偏差，對(duì)于裂縫的控制并不能達(dá)到理想中的狀態(tài)。介于此，本著遵循鋼筋混凝土墻體開(kāi)裂的自然特性，在超長(zhǎng)墻體的施工過(guò)程中按設(shè)計(jì)規(guī)定每隔一定距離人為的設(shè)置外墻薄弱帶（薄弱帶的設(shè)置不影響墻體的結(jié)構(gòu)，且每處薄弱帶均有防水措施），當(dāng)墻體產(chǎn)生收縮變形時(shí)，則誘導(dǎo)薄弱帶處的墻體開(kāi)裂，從而有效釋放應(yīng)力。誘導(dǎo)縫的設(shè)置可以預(yù)測(cè)墻體的開(kāi)裂位置，從而保護(hù)結(jié)構(gòu)體的關(guān)鍵部位，同時(shí)，能夠有針對(duì)性地進(jìn)行防水等措施的布置。

1.4 設(shè)置膨脹加強(qiáng)帶

著名裂縫控制專家王鐵夢(mèng)從原理上將控制技術(shù)分為兩大類：“放”與“抗”。伸縮縫、后澆帶、誘導(dǎo)縫等均屬于裂縫控制原理中的“放”，即通過(guò)技術(shù)手段將混凝土結(jié)構(gòu)因收縮變形、內(nèi)外溫差等原因產(chǎn)生的應(yīng)力釋放，從而控制破壞性裂縫的產(chǎn)生。而從“抗”的角度進(jìn)行裂縫控制，則是在混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部施加一定程度的預(yù)壓應(yīng)力，以此抵消混凝土因收縮變形、內(nèi)外溫差等原因產(chǎn)生的應(yīng)力集中，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)體內(nèi)部的應(yīng)力平衡，達(dá)到裂縫控制的目的。“設(shè)置膨脹加強(qiáng)帶”即利用上述“抗”的原理，根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)要求在超長(zhǎng)混凝土墻的適當(dāng)位置使用摻加了膨脹劑的混凝土澆筑一條加強(qiáng)帶，以此作為“抗”的源頭來(lái)控制裂縫的產(chǎn)生。

1.5 設(shè)“離散型水平暗梁”

根據(jù)“抗”的調(diào)控原理，浙江省二建建設(shè)集團(tuán)有限公司的毛建光、葛主強(qiáng)[5]等在工程實(shí)踐中提出了一種在超長(zhǎng)墻體中埋設(shè)“離散型水平暗梁”的施工方法，此種施工方法是利用墻體中間斷分布的水平短梁產(chǎn)生的預(yù)壓力來(lái)平衡混凝土結(jié)構(gòu)體內(nèi)部的應(yīng)力分布狀態(tài)，從而預(yù)防裂縫的產(chǎn)生。

1.6 跳倉(cāng)法施工

跳倉(cāng)法施工充分運(yùn)用了“放”和“抗”的原理，兼采兩者之長(zhǎng)，“以抗為主，先放后抗”。在超長(zhǎng)墻體的施工過(guò)程中，依設(shè)計(jì)要求將結(jié)構(gòu)體合理的劃分為若干塊段，依次進(jìn)行編號(hào)，先澆筑奇數(shù)塊段，間隔一段時(shí)間后再澆筑偶數(shù)塊，進(jìn)行封倉(cāng)施工。在奇數(shù)塊澆筑后的初凝階段，混凝土的抗拉強(qiáng)度非常低，將產(chǎn)生大量的變形，利用隔倉(cāng)的空間使其變形得到充分釋放，即“抗、放”原理中的“先放”；待奇數(shù)塊的混凝土收縮變形進(jìn)行到一定程度后，再進(jìn)行偶數(shù)塊的封倉(cāng)澆筑，此時(shí)奇數(shù)塊混凝土的抗拉強(qiáng)度已經(jīng)有所增長(zhǎng)，充分利用混凝土的約束減小應(yīng)變，即“抗、放”原理中的“后抗”。

2 PVC 管、加強(qiáng)帶聯(lián)合控制技術(shù)

通過(guò)總結(jié)分析已有的裂縫控制技術(shù)及原理，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員多年的工程經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)水工池體超長(zhǎng)混凝土墻體的施工，提出一種無(wú)縫施工、整體澆筑成型的施工工藝。該工藝不僅施工組織簡(jiǎn)單、工期短、成本造價(jià)低廉，而且有效預(yù)防了超長(zhǎng)混凝土墻體裂縫的產(chǎn)生，整體澆筑成型的工藝同時(shí)也使墻體具有較高的防滲漏性。

2.1 施工組織

關(guān)于PVC 管的埋設(shè)：按設(shè)計(jì)規(guī)范綁扎完墻體的鋼筋框架后，在墻體鋼筋中間每間隔3m 的位置插入管徑20mm、與墻體等高的PVC 管，通過(guò)鋼絲將PVC 管與鋼筋框架進(jìn)行綁扎固定。對(duì)于墻體連接處的弧形部位，則在弧形兩端內(nèi)測(cè)埋入同樣規(guī)格的PVC 管。關(guān)于膨脹加強(qiáng)帶的布置：按照設(shè)計(jì)要求，在墻體的合適位置處設(shè)置膨脹加強(qiáng)帶。膨脹加強(qiáng)帶設(shè)置寬2m，加強(qiáng)帶比兩側(cè)混凝土提高一個(gè)等級(jí)澆筑（先澆筑膨脹加強(qiáng)帶的位置，再澆筑其余位置），因此兩側(cè)用鋼絲網(wǎng)隔離。加強(qiáng)帶兩側(cè)設(shè)置一層孔徑5mm×5mm 的鋼絲網(wǎng)，并200～300mm 設(shè)一根豎向φ16 鋼筋予以加固，其上下均應(yīng)留出不小于25mm 混凝土保護(hù)層，鋼絲與鋼絲網(wǎng)、上下水平鋼筋及堅(jiān)向加固盤必須綁扎或焊接牢固，不得松動(dòng)，以免澆筑混凝土?xí)r被沖開(kāi)，引起兩種混凝土混合，影響加強(qiáng)帶的效果。

2.2 技術(shù)原理

在設(shè)置膨脹加強(qiáng)帶的超長(zhǎng)混凝土墻體中埋設(shè)小口徑PVC管，使“抗”與“放”的裂縫控制原理得到充分有效的應(yīng)用。膨脹加強(qiáng)帶的設(shè)置為“抗”，加強(qiáng)帶中摻入一種新型的混凝土膨脹外加劑，該外加劑主要成分是無(wú)機(jī)鋁酸鹽和硫酸鹽，水化后能生成膨脹結(jié)晶體——水化硫鋁酸鈣，這種產(chǎn)物能填充在混凝土中的毛細(xì)孔、縫，增加混凝土的密實(shí)度，提高抗?jié)B性能，并在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生一定量的預(yù)應(yīng)力，它能抵消或部分抵消混凝土干縮、蠕變等引起的拉應(yīng)力，從而提高混凝土的抗裂性。澆筑混凝土前期，水泥水化熱升溫膨脹后，在降溫過(guò)程中產(chǎn)生拉應(yīng)力，到達(dá)膨脹加強(qiáng)帶部位時(shí)，由于加強(qiáng)帶部位儲(chǔ)存較大的自由應(yīng)力對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償，使其應(yīng)力降低，保證混凝土不開(kāi)裂。小口徑PVC 管的埋設(shè)為“放”，在實(shí)際工程應(yīng)用中很難精確地計(jì)算膨脹加強(qiáng)帶混凝土的用量，也就導(dǎo)致膨脹加強(qiáng)帶混凝土在后期膨脹時(shí)產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力難以估測(cè)，若預(yù)應(yīng)力大于普通混凝土收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力，則混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部容易產(chǎn)生擠壓變形，埋設(shè)的PVC 管恰好能夠吸收多出的預(yù)壓應(yīng)力。并且在超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)的后期使用中，遇到季節(jié)性的溫降產(chǎn)生溫差應(yīng)力時(shí)，PVC 管會(huì)釋放前期吸收的預(yù)壓應(yīng)力，以此抵消溫差應(yīng)力，使結(jié)構(gòu)體內(nèi)部達(dá)到應(yīng)力平衡的狀態(tài)。

3 結(jié)語(yǔ)

超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)墻體存在的裂縫控制問(wèn)題長(zhǎng)久以來(lái)都是學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)，亦是工程界長(zhǎng)期存在的施工痛點(diǎn)，通過(guò)總結(jié)前人的研究成果，對(duì)伸縮縫、后澆帶、誘導(dǎo)縫、加強(qiáng)帶、水平暗梁、跳倉(cāng)法等裂縫控制技術(shù)進(jìn)行梳理歸納。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員常年的施工經(jīng)驗(yàn)，提出一種PVC 管和膨脹加強(qiáng)帶聯(lián)合使用的裂縫控制技術(shù)，為超長(zhǎng)混凝土墻體的施工提供新的思路。