寒冷地区箱形结构温度裂缝的防护

史国光 王世杰

（1、吉林省交通建设集团六公司，吉林 长春 130000 2、黑龙江工程学院，黑龙江 哈尔滨 150000）

1 概述

钢筋混凝土箱形结构常见工程，有地上、地下及半地下贮水池、地下室以及高层建筑的箱形基础，其特点是采用连续薄壁型钢筋混凝土外围护结构，组成具有一定使用功能的空间，外围护结构的厚度远小于其他两个方向的尺寸，这种结构在使用期间或施工阶段由于周围环境温度变化产生温度应力，结构设计的使用条件或设计的施工及环境条件，往往与结构在使用期间或施工阶段的施工条件不同，结构设计一般不考虑这种条件变化。因此，在我国北方钢筋混凝土箱形结构在越冬期间产生温度裂缝的可能性很大，防止其裂缝至关重要。

2 温度裂缝成因分析

结构在温度作用下产生变形运动时，不同或相同材料的相邻结构之间，结构内部相邻质点之间，都有可能产生相互影响、相互限制和相互牵制。不同结构之间的这种约束称为外约束，外约束是指结构的边界条件，一般指支座或其他外界因素对结构变形的约束，对钢筋混凝土箱形结构来说，指的是地基及四周上体对箱形结构变形的约束；结构内部相邻质点之间的约束称为内约束，对箱形结构的墙壁和底板来说，指的是由于结构内部非均匀温度及收缩分布所引起的各质点变形不均匀而产生的相互约束。

箱形结构的混凝土浇筑一般在正温下进行，冬期施工阶段或冬季房屋不采暖，其结构混凝土的温度与周围环境介质温度相同，地上部分空气介质温度相同，地下部分与土壤的温度相同，则结构温度分布沿其高度分布是不均匀的，地面以上结构温度分布可视为相同，等于室外气温均匀分布；地面以下结构温度与地下土体温度分布相同，随深度增加而温度升高，随深度增加而温度梯度逐渐减小，至某一深度土壤温度为零，即为冰冻线深度。再往下结构处于正温，土壤温度逐渐提高，无论季节如何变化，冰冻线以下的结构永远保持正温。由此可见，从室外地面开始结构温度有一折点，结构混凝土自身温度由于温度的提高，其收缩变形逐渐减小，变形大的质点受到变形小的质点的约束，在混凝土中沿结构高度产生不同的约束变形和约束应力。

2.1 最大约束面处约束应力最大，裂缝首先由此产生

地上结构从地面开始向上所处温度相同，在地面处发生温度突变，因此地面上部质点的温度变形必然受到下部质点的约束，该约束面上的质点与相邻质点的温度梯度最大约束应力也最大，因此结构裂缝首先在最大约束而处产生，并向上下两个方向开展。

一般地下或半地下箱形结构埋置于冰冻线以下，外约束引起的最大约束应力不大，因此箱形结构的钢筋混凝土底板裂缝较少，若施工阶段地下结构四周未回填，内约束的最大约束而下移，则底板可能产生裂缝。

2.2 模箍作用和边缘效应

从结构实际产生的裂缝位置可见，裂缝并不完全从最大约束面开始，而是距离最大约束面一定距离开始向上和向下发展，这是因为在裂缝形成中，裂缝处必然产生剧烈的变形，这种变形又必然受到约束体的约束作用，推迟了裂缝的产生并限制了裂缝的开展。但这种模箍作用的影响范围不大，阻裂长度很小，而随远离最大约束面迅速衰减。

箱形开口结构是上部为自由端的箱形结构，而自由端的环向拉力有所增加，所以烟囱、水塔、容器等结构的上部区域常常出现上宽下窄的竖向裂缝。这种边缘效应的影响随远离自由端而迅速衰减，若边缘效应与温度应力叠加，会增加裂缝产生的可能性。

3 温度裂缝解决方法

3.1 板底设置滑动层，减小外约束

箱形结构底板下设置滑动层，从而减小地基对底板的约束，减小约束应力。滑动层材料日前多使用沥青材料或砂垫层，为防止涂刷热沥青给下道工序造成施工困难，可在热沥青上增设一层油毡。

3.2 减小温差

混凝土浇筑温度与结构越冬温度之差是决定结构温度应力大小的主要因素，为此混凝土浇筑应尽量避开炎热天气，宜在春秋季节进行。降低混凝土拌合物的温度并加强养护，以降低混凝土的成型温度，也是减小混凝土温差的一种方法。

混凝土组分材料的预冷却，不仅可降低混凝土的浇筑温度，还可减小混凝土内部最高温度，并减小最高温度与冬季最低越冬温度之差，从而将混凝土内部温度控制在允许范围内，以避免裂缝产生。

预冷混凝土最简单的方法是冷却拌合水，如仍不能有效地降低混凝上的浇筑温度，还可在暑天对粗细骨料进行遮阳覆盖，亦可在拌合前对粗骨料喷淋冷却水降温。

3.3 设置后浇缝

后浇缝是指在施工期间保留一定时间的临时温度收缩变形缝。其间距一般为20～30m。宽度为70～100cm，并与施工缝相结合，可有效地减小由混凝土硬化收缩、干缩及部分温度收缩引起的应力。后浇缝保留时间一般不少于40d，后浇缝宜使用补偿收缩混凝土。

3.4 合理布置分布钢筋

合理布置分布钢筋。可以减轻混凝土的收缩和限制裂缝开展，提高混凝土的极限拉伸，当钢筋直径较小、间距较密时，对提高混凝土的抗裂性能效果很好。

3.5 施工过程中的保温和保湿

越冬箱形钢筋混凝土结构必须注意保温和保湿，前者是保证结构有较小的温差，后者是防止混凝土的干缩。对入冬前己完成顶盖的结构，除四周回填保温外，顶盖上部也要用保温材料覆盖，特别要注意半地下及地上结构的墙体地面以上部分的保温，结构的入口应封闭。防止冷风侵入，结构内部应注意保湿使其处于潮湿环境之中。

4 结语

寒冷地区越冬箱形钢筋混凝土结构温度裂缝是一个不易解决的问题。到目前为止，尚没有一个能彻底解决温度裂缝的好方法。本文对其成因分析、解决方法仅为初探，还需在未来的实践中进一步分析，以期得到更好的解决方法。

[1]綦书慧，翟 焱.箱形结构混凝土越冬温度裂缝与防护[J].煤炭技术，2001-01-25.

[2]赵亮.地下箱形结构混凝土裂缝的控制与修补[J].铁道建筑，1999-12-20.