控制超长混凝土结构裂缝的设计与施工新技术

摘要：本文从设计与施工角度分析与阐述了超长混凝土结构如何减少或控制裂缝，并附以工程实例。

关键词：超长结构；裂缝控制；施工新技术

混凝土裂缝控制技术一直是工程界研究的课题，《建筑业10项新技术》（2010版），经国家住建部审批后，于2010年10月14日正式发布实施。混凝土裂缝控制技术，被《建筑业10项新技术》（2010版）“混凝土技术”列为第六项推广的新技术（编号：2.6）。混凝土超长结构裂缝设计与施工新技术，也是工程界近年来重点研究的课题之一

一、概述

1、超长结构系指结构单元长度超过了《混凝土结构设计规范》所规定的钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距的结构。结构设置伸缩缝是基于混凝土干燥收缩和热胀冷缩，而主要是考虑长期热胀冷缩的影响，考虑混凝土干缩和施工期间水泥水化热影响常采用施工后浇带（也称后浇缝）等措施。

超长结构必须考虑在施工期间及投入使用后如何减少或控制裂缝。

2、结构裂缝分为两大类：荷载引起的裂缝及变形引起的裂缝。工程实践中的许多裂缝现象往往无法用荷载原因解释，而是变形作用引起的裂缝，这种变形作用包括温度（水化热、气温、生产热、太阳辐射等）、湿度（自生收缩、失水干缩、碳化收缩、塑性收缩等）、地基变形（膨胀地基、湿陷地基、地基差异沉降等）。

大量工程实践证明，结构留缝与否，并不是决定结构变形开裂与否的惟一条件，留缝不一定不裂，不留缝不一定裂，是否开裂与许多因素有关。

3、混凝土有裂缝是绝对的，无裂缝是相对的。有关混凝土试验研究证实了在尚未受荷载的混凝土和钢筋混凝土结构中存在肉眼看不见的微观裂缝（主要是混凝土骨料与水泥的粘接面上裂缝和水泥浆中的裂缝）。混凝土中微裂缝的存在，对混凝土的弹塑料，徐变、强度、变形、泊松比、结构刚度、化学反应等性能有重要影响。

根据国内外设计规范及有关试验资料，混凝土最大裂缝宽度的控制标准大致如下：

（1）无侵蚀介质，无防渗要求，0.3～0.4mm，

（2）轻微侵蚀，无防渗要求，0.2～0.3 mm，

（3）严重侵蚀，有防渗要求，0.1～0.2 mm，

上述标准是设计上和检验上的控制范围，在工程实践中，有一些结构带有数毫米宽的非荷载作用产生的裂缝，多年未处理并无破坏危险。工程结构中的裂缝，经分析由变形作用引起，为防止有害介质沿裂缝侵入促使钢筋蚀而影响结构耐久性，有裂缝部位可只须作表面封闭处理即可。

4、混凝土开裂（裂缝）主要原因是变形作用引起的，变形作用包括温度、湿度及不均匀沉降等，其中湿度变化引起裂缝又占主要部分。

5、热胀冷缩是物体受温度作用的一种自然现象。温度作用对建筑结构使用带来的影响已被人们所重视，并为此采取保湿隔热等措施尽量减小环境温度的影响。

6、超长结构设计，要考虑的主要问题是由变形作用可能引起的裂缝，应采取有效措施控制裂缝。

二、超长结构无缝设计

此项技术的具体方法如下：

（1）在应力集中的σmax处（图1），设膨胀加强带，其宽度2m，带的两侧铺设密孔钢丝网，并用立筋（Φ8@100）加固，目的是防水混凝土流入加强带。施工时，带外用掺10%～12%UEA混凝土。如此循环下去，可连续浇筑100～150m超长结构。

（2）由于混凝土供应或施工力量达不到连续作业要求时，可采用图2的“间歇式无缝施工法”，加强带一侧改为台阶式。施工带凿毛清洗干净，用掺UEA-14%～15%的混凝土浇入加强带，随后用小膨胀混凝土浇筑带外地段。

（3）对于无防水要求的楼板，考虑可允许出现小于0.3mm裂缝，不影响结构安全。可采用如图3的取消后浇带的设计方法。与图3区别在于加强带两侧采用掺8%～10～EUA的无收缩混凝土[膨胀率约（1～2）×10-4]，加强带本身用14%～15%UEA大膨胀混凝土。此方法不影响模板周转，加快楼面施工进度。由于楼板厚度小，加强带两侧可用模板隔离。

（4）对于墙体的加强带，参见图4。由于墙体薄，面积大，养护困难，受到风速和大气温度影响大，容易出现收缩裂缝。因此，我们倾向采用后浇加强带（2m宽）即分段浇筑掺后浇带设计一样，要设钢片止水带（见图4），所不同之处，后浇加强带的宽度为2m，回填用大膨胀混凝土地，回填缝时间为14d，比传统后浇带缩短30多天。

（5）由于钢筋混凝土结构长大化和复杂化，取消后浇带的无缝设计必须根据结构特点灵活运用，沉降缝不能取消，对于具有沉降性质的后浇带也不能取消。UEA加强带的性质是以较大膨胀应力补偿温差（包括干缩）收缩应力集中的地方，所以，它可以取消后浇带。加强带的间距可控制在40`60m。

（6）实践表明，对受大气温度和风速影响较小、保温保湿养护可操作性好的地下室、水池、隧道等防水结构的底板和高层建筑的楼板，可采用图三的无缝设计。对于边墙，由于薄而暴露面大，立面养护困难，易受风速和温差影响，我们段向于用图四的后浇加强带，这种 设计比较保险。

（7）关于剪力墙的配筋构造设计。注意问题是：

1）当柱子剪力墙连在一起时，由于柱子的截面和配筋率都比墙体大得多，往往在相連部位出现过大的应力集中而开裂。为分散应力，应该在此处增加水平筋Φ（8～10）@200，其长100cm。20cm插入柱子中，80cm插入墙体中。

2）墙体易裂原因是多方面的，但我们发现墙体受力钢筋过多，而作为抗裂的水平构造筋偏低，按规范剪力墙最小配筋率为0.2%～0.25%。工程实践表明，由于墙体一般拆模早，养护困难，受温度影响大，水分蒸发速度大，容易开裂。为了控制温差和干缩引起的垂直裂缝；墙体的水平构造筋的配筋率不应小于0.5%，并使用螺纹钢筋，钢筋间距不宜过大，采用Φ10～Φ1 6mm钢筋和150mm间距是比较合理的。墙体厚度为30～50cm，从而提高混凝土的极限拉伸及抗拉强度，可有效提高抗裂作用。我们认为，UEA补偿收缩混凝土的抗裂防渗功能要与水平构造钢筋的设计相适应，共同承担抗稀收缩应务才能奏效。UEA混凝土作结构自防水，可省去外防水作业。因此，适当增加水平构造钢筋和墙的厚度，在技术经济上是合理的。

三、工程实例

某工程地下2层，地上17层，框架-剪力墙结构，柱距分别为13.2m、12m、10.8m，基础埋深为-18.3m，采用筏板基础，板厚1.8m，为抗冲切，在柱下设倒柱帽和托板，总厚度为2.4m。筏基长120m，宽108.4m，采用复合膨胀剂UEA-M配制的被偿收缩混凝土C40，配合比（kg/m3）中，水泥350，粉煤灰60～80，UEA-M50～55。泵送混凝土出机坍落度为18～20cm，初凝时间不早于15h，因为冬期施工，环境温度低于-5℃，要求混凝土入模温度不低于5℃，出机温度不低于15℃，混凝土中心温度与表面温度之差、表面温度与环境温度之差小于25℃。建筑设计不设卷材防水，要求混凝土自防水，防水达到P20。筏板设纵横两条施工后浇带分成四块，施工后浇带下部设附加卷材，带宽800mm，板高中部新旧混凝土接槎处设止水不定期。筏板每块混凝土浇筑一次完成，分层浇筑，两层浇筑间歇必须小于混凝土初凝时间，每块浇筑时间约70小时，混凝土量约为6000 m3。为防止筏板表面收缩裂缝，混凝土初凝前用木抹子搓压，然后刷一道养护液，以防水分失散，并上盖塑料薄膜和草帘被，确保在14d内保持温润状态。

四、结束语

混凝土超长结构，其裂缝一定要处于受控状态。

参考文献：

[1]《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）；

[2]《混凝土结构工程施工规范》（GB50666-2011）

作者简介：

陈景华，男，1957年生，广东省湛江市人，建筑施工工程师，研究方向为房屋建筑施工及管理。身份证：44080319570615291x。