建筑工程超长钢筋混凝土结构无缝设计施工技术措施分析

陈峰

【摘要】随着我国经济的发展，混凝土结构在建筑工程中得到普遍应用。超长钢筋砼结构出现裂缝由于收缩导致。超长钢筋砼结构无缝设计施工技术对控制混凝土工程开裂具有重要作用，如何控制超长钢筋砼的无缝设计施工成为工程师分析的重点。超长混凝土结构裂缝控制问题受到工程界的关注，探寻科学合理的无缝设计方法具有重要的现实意义。分析超长砼结构裂缝原因，介绍建筑工程超长钢筋砼无缝设计施工技术措施。

【关键词】建筑工程;超长钢筋砼结构;无缝设计;施工技术

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.25.004

随着我国建筑业的发展，大型建筑体项目不断增多，超长钢筋砼结构使用普遍。超长钢筋砼结构是结构单元长度超过砼结构设计规范规定伸缩量，设置伸缩缝会影响建筑立体面效果。随着建筑物大型化的发展，砼强度等级提高使得超长钢筋砼结构易出现温度伸缩缝。裂缝控制关键是解决砼温度收缩应力问题。国内外现行规范未对超长砼结构设计明确规定，研究人员通过系列实验分析取得砼材料基本性质研究成果，在对钢筋砼结构温度场研究中产生解析法，有限单元法等。研究机构从不同角度对超长钢筋砼结构温度收缩裂缝控制做出大量研究，但工程实践中仍存在一些不足。结合建筑工程实例研究总结超长钢筋砼结构无缝设计施工技术具有重要意义。

1、超长钢筋砼结构无缝设计概述

随着社会经济的发展，人们对建筑物使用功能要求不断提高。大型商业中心等平面尺寸不断加大，为满足功能防水等要求，希望设计中少设永久性伸缩缝，许多大型钢筋砼建筑结构不设永久缝长度超过现行砼结构设计规范规定限值。超长砼结构多在平面尺寸超长，大体积砼结构称为大面积砼结构【1】。超长砼结构具有很多优点，如结构整体性较好，避免伸缩缝对设备管线布置的影响，符合建筑物使用功能等要求等。

混凝土结构浇筑后在温度变化等作用下产生变形，超长砼结构收缩变形产生较大约束应力。混凝土裂缝分为表面与贯穿裂缝。表面裂缝通常危害较小，深层裂缝对结构具有危害性;贯穿裂缝会破坏结构稳定性。裂缝引起砼耐腐蚀能力降低，对建筑使用功能产生影响，导致建筑结构破坏。砼结构裂缝受直接与间接作用等原因，工程中结构物裂缝变形引起的占80%，按产生原因分为塑性塌落裂缝，干燥收缩裂缝，地基沉降裂缝等。国外对直接荷载作用引起结构裂缝已有广泛研究，长期在工程中发挥较好的控制作用。目前工程设计主要根据建筑地基基础设计规范要求，上部结构设计假定结构底部为固定约束，忽略地基不均匀沉降对结构的作用。对超长砼结构温度收缩缝问题研究非常必要。

超长砼结构构成按现行设计规范，要设置永久性伸缩缝，伸缩缝处理不当会留下渗漏等隐患。超长砼结构设计具有重要技术经济意义，超长砼工程实践中采用概念设计方法，随着现代建筑的发展，定性构造处理不能满足工程应用的要求，准确分析超长砼结构温度收缩阴历才能降低设计施工裂缝控制盲目性【2】。超长砼无缝设计要通过释放应力提高结构变形能力。裂缝控制是超长砼结构设计的重要研究课题。国内外学者对砼裂缝机理及控制措施等问题进行大量研究，取得许多超长砼结构温度收缩应力分析研究成果。

2、超长钢筋砼无缝设计理论分析

混凝土构成材料易受到外部环境影响产生裂缝，主要原因包括结构应力次应力导致裂缝，化学反应引起开裂，混凝土干燥收缩等。混凝土热胀冷缩性质使其在温度变化时产生变形，砼变形收到约束产生结构内拉应力，超过抗拉极限形成裂缝。无缝设计是结构区段长度过长，无需设置后浇带，是在硬化中通过砼外加剂确保现浇砼结构出现微膨胀功能，在结构内建立预压应力【3】。HEA型膨胀剂是常用的膨胀剂，通常添加6%的水泥出现微膨胀，补偿砼干所拉应力避免产生裂缝。

外部荷载应力是混凝土裂缝主要原因，混凝土硬化中，随着裂缝宽度增大导致贯穿，超负荷裂缝由于荷载过于集中出现内力弯矩。 无缝设计思路是用掺膨胀剂补偿收缩砼为结构材料，膨胀由于受钢筋约束建立预压力防止砼开裂。梁板在收缩变形下截面受拉应力较均匀，出现设计控制水平法向应力σ，在σmax处给予较大膨胀应力σ，使结构收缩力得到补偿。设计砼补偿收缩能力关键是计算砼限制膨胀率ε2，防止膨胀开裂判据为ε2=（S-Ct）≥Sk，Ct为受拉徐变率【4】。经回归分析得ε2与干缩率Sd拟合公式，St=α（T1+T2），ε2=3.33t/1.87+t×104×α1，α2……α9β，RT为混凝土干缩率与自由干缩率比，α为混凝土膨胀系数;αi，βi为偏离标准条件修正系数;T1为混凝土水化引起升温℃，T2为气温变化温差℃，t为龄期。利用公式针对具体工程参数计算膨胀砼，实现无缝施工不开裂。

混凝土结构裂缝不可避免，有无害裂缝界线由生活使用功能决定，要将裂缝控制在无害范围内。超长砼结构裂缝控制中出现很多设计施工方法，基于将结构柔性设计足够大，适应较大变形需求;或将结构强度设计足够大抵抗温度收缩应力。结构承受温度收缩作用是能量转化过程，总的能量通过抵抗吸收。现行规范给出伸缩缝最大间距，减小约束程度避免结构因温度收缩开裂【5】。实际工程中许多混凝土结构设计为不设永久伸缩缝超长结构。混凝土均质性差，裂缝控制难度高是耐久性的要害。提高砼抗拉性能是超长砼结构温度收缩裂缝控制的有效途径。

3、超长钢筋砼结构工程无缝设计

某建筑工程长度64.5m，选取钢筋砼框架结构，平均宽度15m，要求不使用伸缩缝，选取后浇带方式不可行，可通过HEA膨胀剂消除伸缩缝。上部结构为计算伸缩缝间距主要内容，计算不掺加HEA伸缩缝间距，杆系结构为建筑上部结构形式，浇筑砼后水泥硬化出现内外温差较低，建成后因昼夜温差出现膨胀问题。设年均最高温度T135℃，年均最低温T2-2℃，HEA添加补偿收缩温度为T3H【6】;柱顶允许位移△L12mm，混凝土线膨胀系数α。

εc=α×T，HEA无添加砼温差最大值，△L=T1-T2-T3=87℃，L=2[△L]/（α×[△T]×η）=46m，T3H=48℃，混凝土温差最大值公式为△TH=T1-T2-T3-T3H=39℃。缩缝最大间距公式LH=2[△L]/（α×[△TH]×η=102.5mm，64.5m为上部结构长度在HEA添加后无需设计伸缩缝。超长钢筋砼结构无缝设计要注意运用后浇带施工法，强化混凝土养护等问题。砼浇筑按照规范操作，現代科技发展对建材研究深入，膨胀剂研究成果可以应用于钢筋砼施工，应用外加剂合理配比可控制预压力，大型建筑工程施工常运用膨胀外加剂掺和。砼养护与强度相关，施工中要根据原材料等情况设置合理施工方案。

补偿收缩混凝土设计具有一致性，约束膨胀率是补偿收缩砼主要技术指标。混凝土进行2周养护需在0.015-0.025%内限制膨胀率【7】。在后浇加强带混凝土等特殊补位需在0.025-0.035%间限制膨胀率。针对墙体连接柱子挡土墙位置，可插入1.5-2m水平附加筋，如由于施工养护导致墙体开裂需在150mm内控制水平构造筋距离。按照工程情况进行膨胀加强带选择，按照2-3m为构件厚度带宽，要求不间断浇筑膨胀加强带。浇筑砼严禁膨胀后浇带内渗入其他位置砼，浇筑中不得使用润管砂浆。无缝设计使用条件是为后浇带进行收缩应力释放伸缩缝，要无缝设计根据施工情况灵活使用。地下室立面养生难度较大，需以侧面墙加强带设置为主。可一次浇筑侧面墙，达到抵抗收缩应力的目的。

4、超长钢筋砼结构无缝设计施工关键技术

超长钢筋砼结构无缝设计施工技术涉及建筑施工技术，外加剂作用机理等多个科技领域。中国建材科研院解决超长结构无缝技术问题，根据结构构成部位，配筋率等采用控制砼限制膨胀率，调整膨胀外加剂产量获得不同预压应力。采取延长模板留置时间养护方法，在超长施工下保证砼不产生贯穿裂缝。带两侧设钢丝网，施工中连续浇筑，采用全部砼提高膨胀剂掺量方案，伸缩缝间距可延长100m以上。

超长钢筋砼结构无缝设计施工要做好准备工作，加强关键环节控制。施工准备工作需要落实组织措施。根据工程技术要求实施全员技术交底，施工管理是浇筑砼的关键，浇筑底板砼夏季施工采用商品砼对运输浇筑等要求较高，现场建立项目经理为首，质检员、调度员砼搅拌中心，监理代表等组成现场领导小组，现场施工班组三班作业，确保施工顺利开展。施工质量控制保障工作要加强原材料质检，合理选用搅拌设备等施工机械。施工前对砂石水泥等外加剂原料进行质检。开工前对搅拌设备，输送泵等全面检修保养。外加剂计量采用自动计量设备，保证原料配比符合施工要求。

混凝土浇筑注意避免其他部位进入膨胀后浇带，浇筑砼前润管砂浆弃置，严谨砼散落在未浇筑部位。作业面散落混凝土等吊出作业面外。膨胀加强带处砼采用塔吊吊斗吊运，加强带处超长无缝筏板砼浇筑在一侧浇筑后进行。膨胀带砼振捣棒可靠近密目快易收口网。浇筑混凝土至膨胀加强带附近，使密目快易收口网保持距离不小于30cm。超长无缝筏板面粗钢筋处易在初凝前早期塑性裂缝，避免成为混凝土缺陷，影响温度收缩裂缝防治效果。终凝前用磨光机反复抹压多次。膨胀砼充分湿养护发挥UEA砼的膨胀效能，建立严格的砼养护制度。混凝土收平后洒水湿润。养护期喷洒雾状水保持环境湿度在80%以上。

超长钢筋他无缝设计施工注意跟进结构特点灵活运用伸缩缝，国内超长砼结构无缝设计施工要掺加复合膨胀剂等，将裂缝控制在无害范围内，建议设计将墙体水平构造钢筋配筋率提高0.6%。使之与补偿收缩缝发挥作用。地下室侧面墙暴露面积大，应设置加强带以侧面墙为主，结构构成将侧面墙与顶板一次浇筑。楼板膨胀加强带用密目快易收口网隔开，浇筑采用连续施工方法，浇筑到加强带用大膨胀砼。在墙体施工中采用后浇膨胀加强带施工方法，分段浇筑掺12%UEA的C50小膨胀砼。在砼浇筑2天后墙体顶部设置花管淋水养护。

5、超长钢筋砼工程无缝设计施工措施

混凝土组成材料受到外因影响发生变化，产生裂缝主要原因包括结构次应力导致裂缝，变形应力原因，使用常规方法计算主要应力等。外部荷载应力原因可以从设计方面解决，变形应力引起裂缝是砼硬化中干缩导致体积变形产生裂缝。砼硬化体积干缩变形，降温时基础制约下内部出现拉应力，砼热胀冷缩后体积涨缩易产生温度裂缝。钢筋砼抗拉强度较高，会出现较高的拉应力，通过给混凝土施加预应力可以补偿拉应力。

现代建筑设计施工跨越多个学科，通常约束膨胀率优化砼配比，提高钢筋砼抗裂性能，膨胀外加剂常规掺和，>60m可用加强带控制裂缝。将钢丝网设于带两侧防止混凝土渗入，不设加强带使用砼增加膨胀剂比例。某建筑主楼地上16层，总建面51250㎡，主楼标准平面尺寸为A×B=120×29.8m，砼强度等级采用C3。上部结构长度超过标准分缝规范要求，结构设计采用桩基础，通过恰当建筑措施解决分缝问题，如在楼板腹部通过设立长钢筋等措施，采取外墙保温等方法。钢筋砼现浇楼板受状态，受平面弯曲应力影响，需要考虑现浇构件分配内力等因素，钢筋中上网上铁应为II级机械接头，板底钢筋伸入至支座中心线，半夏不钢筋弯折入梁内，注意楼板底板钢筋不可跨中连接，板顶钢筋不可与支座连接。

超长钢筋砼工程无缝设计施工要注意后浇带施工，增加预应力。施工中使用混凝土后浇带，将沉降后浇带设置于主楼地下室，施工中后浇带使用高于结构体微膨胀混凝土浇筑。伸缩后浇带在比邻构件浇筑后2个月进行，保证其承载力。依据沉降结果决定后浇带浇筑时间。后浇带部位结构主筋不可在缝中裂开。抗裂纤维可吸收能量控制水泥内细纹，使砼抗折强度升级。混凝土内部纤维支撑体系可抑制内原生裂缝产生。增强骨料密度避免出现沉降裂缝。依据掺和配比适量在纤维与骨料中加水搅拌。架空层增加预应力，可通过主楼地下室顶板及屋面增设无粘结预应力钢筋，施工中顺建筑长向构造，选用钢筋规格φ15.2.使用无粘结后张法，张拉后在无粘结预应力筋端涂刷环氧树脂。

结语：

无缝设计是建筑工程超长钢筋砼结构施工的重要技术，为确保超长钢筋砼施工质量，需要做好无缝设计工作，规范施工工艺。超长砼结构温度收缩缝控制是系统工程，需要采取综合措施。建筑工程超长砼结构无缝设计施工中，计算温度应力分布，设计中避免应力集中方案，采用后浇带施工技术，在架空层增加预应力等措施预防裂缝产生。依据建筑工程情况采取施工方案，保证超长钢筋砼结构无缝设计施工质量。

参考文献：

[1]徐雷.建筑工程超长钢筋混凝土结构无缝设计施工技术措施分析[J].地产，2019（16）：50.

[2]祝翠.超长钢筋混凝土无缝设计在建筑施工中的应用探究[J].建材与装饰，2018（18）：120.

[3]宋辉，刘春阁，柳茹，吴江禹.超长钢筋混凝土无缝设计在城建施工中的应用探讨[J].现代农村科技，2017（09）：60.

[4]史宇.超长钢筋混凝土结构工业厂房温度的影响及无缝设计探讨[J].水力采煤与管道运输，2017（02）：68-70.

[5]赵倩，郭亚佩.建筑工程超长钢筋混凝土结构无缝设计分析[J].居业，2016（05）：54-55.

[6]程国起.探析建筑工程超长钢筋混凝土结构无缝设计施工技术措施[J].建筑安全，2016，31（04）：22-24.

[7]何勇.超長钢筋混凝土水池无缝结构设计方法研究[J].企业技术开发，2016，35（09）：161+163.

（本文作者单位为中国一冶集团有限公司国际工程公司，湖北武汉，430080）