超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)后澆帶抗裂作用影響因素分析

王 瑋

(太原美運(yùn)家園房地產(chǎn)開發(fā)有限公司，山西 太原 030400)

超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)后澆帶抗裂作用影響因素分析

王 瑋

(太原美運(yùn)家園房地產(chǎn)開發(fā)有限公司，山西 太原 030400)

介紹了超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)后澆帶的原理，并對(duì)橫穿后澆帶的鋼筋、后澆帶設(shè)置形式、處理方式、建筑結(jié)構(gòu)類型等影響后澆帶抗裂作用的因素進(jìn)行了分析，為后澆帶的進(jìn)一步研究奠定了理論基礎(chǔ)。

超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)，后澆帶，裂縫，澆筑

0 引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展與施工技術(shù)水平的日漸提高，混凝土結(jié)構(gòu)在實(shí)際工程中的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，隨著結(jié)構(gòu)材料所能達(dá)到的強(qiáng)度不斷提高及新型材料的不斷開發(fā)創(chuàng)新，新的結(jié)構(gòu)形式不斷涌現(xiàn)，例如大跨度、超高層及超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)等。本文針對(duì)超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)施工后澆帶做了簡(jiǎn)單分析。

超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)的特征：

1)超長(zhǎng)混凝土的規(guī)模使得混凝土連續(xù)澆筑量較大；

2)澆筑混凝土的強(qiáng)度等級(jí)較高，易造成混凝土水化熱大，引起結(jié)構(gòu)溫度收縮變形較大；

3)控制裂縫的難度大。

由超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)的特征可見，此類結(jié)構(gòu)極易出現(xiàn)裂縫，裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)的承載力與正常使用都有直接影響，對(duì)結(jié)構(gòu)而言，若嚴(yán)格按照規(guī)范要求設(shè)置變形縫，難免帶來(lái)以下問(wèn)題：

1)變形縫處的間距太小，使得在縫間的施工難度加大；

2)變形縫的寬度較小，當(dāng)結(jié)構(gòu)遭遇地震時(shí)，變形縫梁端的結(jié)構(gòu)變形可能大于結(jié)構(gòu)的變形縫的寬度，造成結(jié)構(gòu)發(fā)生碰撞。

因此，對(duì)于不合適設(shè)縫的超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)，需要有更合理的抗裂措施。實(shí)際工程中，后澆帶因其不設(shè)縫而得到廣泛應(yīng)用。同時(shí)由于后澆帶方法研究尚不成熟，工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)遠(yuǎn)超理論研究，造成既未達(dá)到控制裂縫的目的，又形成大量混凝土裂縫的問(wèn)題。美國(guó)規(guī)范也規(guī)定要采取必要措施，來(lái)應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)可能遇到的開裂問(wèn)題[1]。

1 后澆帶原理

后澆帶可視為短暫的施工縫，存在時(shí)間較短[2]，按照設(shè)縫用途相應(yīng)的可分為三類[3]：

1)沉降后澆帶。

設(shè)置沉降后澆帶用以消除或降低因基礎(chǔ)差異造成的結(jié)構(gòu)不均勻沉降，以及主體結(jié)構(gòu)與裙房之間由于結(jié)構(gòu)類型與基礎(chǔ)變形造成的沉降差；

2)溫度后澆帶。

設(shè)置溫度后澆帶，能夠使得結(jié)構(gòu)閉合前的溫差變化引起的結(jié)構(gòu)變形得到釋放，避免開裂；

3)收縮后澆帶。

設(shè)置收縮后澆帶使得結(jié)構(gòu)閉合前的應(yīng)力集中得到充分釋放，避免結(jié)構(gòu)后澆帶處閉合后的開裂。

設(shè)置后澆帶的基本思路是“抗放兼施，先放后抗”[4]。溫度應(yīng)力對(duì)現(xiàn)澆混凝土一次澆筑規(guī)模比較敏感，而超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)因尺寸較大相比一般結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力影響尤為顯著。因此，為避免超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)置伸縮縫帶來(lái)的不便，獲得結(jié)構(gòu)整體性，必須消除因溫差變化引起結(jié)構(gòu)開裂對(duì)結(jié)構(gòu)的不利影響。考慮到結(jié)構(gòu)的最大溫差、收縮與沉降均集中發(fā)展在施工期間，在結(jié)構(gòu)投入使用后，溫差與收縮變形的影響相對(duì)較小，因此，結(jié)構(gòu)由于溫差與收縮變形引起的結(jié)構(gòu)開裂多發(fā)生在早期，即施工期間。為消除或減小由于溫差與收縮變形引起的結(jié)構(gòu)早期裂縫，可采取兩階段法，即第一階段將超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)劃分為若干段，分段施工，段與段之間留出一定寬度的距離，使得各段內(nèi)的混凝土的溫度應(yīng)力與收縮變形得到充分釋放，在第二階段將各獨(dú)立施工段澆筑成整體，共同抵抗結(jié)構(gòu)第二次澆筑的混凝土的溫度應(yīng)力與收縮變形，這就是后澆帶的施工原理。

2 后澆帶的影響因素分析

后澆帶的目的是在不設(shè)置變形縫的同時(shí)達(dá)到避免結(jié)構(gòu)開裂，影響其抗裂作用的因素主要可以分為以下四個(gè)方面：橫穿后澆帶的鋼筋、后澆帶的設(shè)置形式、后澆帶的處理方式以及建筑結(jié)構(gòu)類型[5-7]。

2.1 橫穿后澆帶的鋼筋

后澆帶處斷開的不僅是混凝土，鋼筋也相應(yīng)斷開，而樓板的鋼筋布置為縱橫雙向布置，因此必然有鋼筋橫穿后澆帶，同時(shí)，梁腹縱向附加鋼筋亦有可能穿過(guò)后澆帶兩類。

樓板鋼筋的布置為雙層布置后澆帶處的鋼筋分為上下兩排，因此，鋼筋的主要斷開方式有上排鋼筋斷開下排鋼筋貫通、上排鋼筋貫通下排鋼筋斷開、上排和下排鋼筋全部斷開三種。當(dāng)后澆帶處的鋼筋為完全斷開時(shí)，鋼筋受到結(jié)構(gòu)變形的約束，使得后澆帶兩側(cè)的結(jié)構(gòu)變形不能完全得到釋放，削弱后澆帶作用；當(dāng)縱向鋼筋全部斷開時(shí)，后澆帶把結(jié)構(gòu)分為左右兩個(gè)相互獨(dú)立結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的溫差變形不受約束，能夠得到充分釋放，因此，通常將后澆帶處鋼筋全部斷開。

鋼筋的變形能力與強(qiáng)度均遠(yuǎn)大于混凝土，因此通過(guò)設(shè)置合理數(shù)量的梁腹縱向附加鋼筋就能達(dá)到控制溫度收縮裂縫的作用，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)抗裂。

2.2 后澆帶設(shè)置形式

1)后澆帶寬度。

后澆帶寬度不僅對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)力釋放產(chǎn)生影響，同時(shí)對(duì)施工的便利程度亦有一定的影響，后澆帶的理論寬度比較小，但是在實(shí)際工程中，為了施工便利，避免后澆帶寬度過(guò)窄使得混凝土澆筑成為難題，引起后澆帶處混凝土的二次開裂，規(guī)范且便利起見，工程中后澆帶的寬度常取1 000 mm，文獻(xiàn)[8]對(duì)后澆帶寬度亦做了具體規(guī)定。

2)后澆帶設(shè)置間距。

后澆帶的設(shè)置間距應(yīng)與結(jié)構(gòu)應(yīng)力釋放能力相關(guān)，而結(jié)構(gòu)釋放應(yīng)力的能力與結(jié)構(gòu)變形能力有關(guān)，因此結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度及后澆帶閉合前的變形對(duì)后澆帶的間距起控制作用。由于后澆帶的設(shè)置受到結(jié)構(gòu)剛度等因素的影響，因此很難給定一個(gè)同時(shí)滿足不同結(jié)構(gòu)類型的后澆帶間距的數(shù)值，合理后澆帶間距必須考慮結(jié)構(gòu)類型，按照經(jīng)驗(yàn)對(duì)所有結(jié)構(gòu)統(tǒng)一后澆帶間距的做法不可取。

3)后澆帶設(shè)置位置。

后澆帶的設(shè)置必將使得結(jié)構(gòu)的整體性遭到破壞，同時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能亦有所影響，為盡可能減小設(shè)置后澆帶對(duì)結(jié)構(gòu)帶來(lái)的影響，對(duì)后澆帶的設(shè)置位置就提出了較高的要求，使得后澆帶設(shè)置處結(jié)構(gòu)受力較小，同時(shí)應(yīng)滿足施工要求。實(shí)際工程中，避開結(jié)構(gòu)彎矩與剪力較大的位置，后澆帶通常設(shè)置在靠近支座的1/3跨度處，最大程度的降低設(shè)置后澆帶對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響。

4)后澆帶接縫形式。

為了提高后澆帶界面結(jié)合處混凝土的粘結(jié)性，后澆帶的接縫通常被設(shè)置為不同的類型，主要形式有平直縫、階梯形、企口縫與V形縫等等。后澆帶接縫裂縫需要考慮支模方便，考慮到樓板厚度較小較薄，以設(shè)置成平直縫為宜；不同高度的梁應(yīng)該采用不同的接縫形式，當(dāng)梁高比較低(≤600 mm)時(shí)，以設(shè)置成階梯縫為宜，當(dāng)梁高超出一定限制(>600 mm)時(shí)，以設(shè)置成企口縫或者V形縫為宜。

2.3 后澆帶的處理方式

1)后澆帶封閉時(shí)間。

混凝土在澆筑后的水化熱釋放的規(guī)律是先逐步增大，達(dá)到峰值后逐漸降低[9]，澆筑一年后，混凝土因失水而導(dǎo)致收縮變形達(dá)到穩(wěn)定，此后結(jié)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生裂縫。顯而易見后澆帶處閉合時(shí)間越晚，結(jié)構(gòu)因溫差變化與收縮變形造成的應(yīng)力集中釋放的就越充分，結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的幾率就會(huì)越小，同時(shí)結(jié)構(gòu)交付時(shí)間越晚，都使得結(jié)構(gòu)造價(jià)提高，對(duì)經(jīng)濟(jì)性不利，需平衡考慮，因此后澆帶閉合時(shí)間為3個(gè)月左右。

2)后澆帶混凝土等級(jí)。

后澆帶處混凝土澆筑的時(shí)間差使得不能一次澆筑，因此新舊混凝土的特性必將有所差異，為結(jié)構(gòu)后澆帶處的整體性，一般是選用比兩側(cè)混凝土高一個(gè)等級(jí)的混凝土澆筑后澆帶。

3)后澆帶施工技術(shù)。

后澆帶使得結(jié)構(gòu)混凝土不能一次澆筑，后澆的混凝土澆筑時(shí)，舊混凝土已經(jīng)硬化，必將對(duì)結(jié)構(gòu)整體性有所影響，因此，需采取措施，保證新舊混凝土的接縫處的粘結(jié)強(qiáng)度，實(shí)際工程中的做法首先要對(duì)接縫處舊混凝土進(jìn)行清洗、打毛，對(duì)后澆帶處新混凝土進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，以保證新舊混凝土的粘結(jié)。

2.4 建筑結(jié)構(gòu)類型

建筑物的結(jié)構(gòu)體系不同，其變形能力亦有所差距，而對(duì)溫度差異與收縮變形的敏感程度亦不同。桿件結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度比較小，屬于柔性結(jié)構(gòu)，對(duì)結(jié)構(gòu)約束比較弱，對(duì)溫度差異與收縮變形的敏感程度比較小，而剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震剛度較大，屬于剛性結(jié)構(gòu)，兩種類型的結(jié)構(gòu)因溫度和混凝土收縮所引起的應(yīng)力必然會(huì)有所差異。

3 研究中存在的問(wèn)題

實(shí)際工程中后澆帶的應(yīng)用要領(lǐng)先其理論研究，由于技術(shù)措施差異和養(yǎng)護(hù)等理論的欠缺造成大量混凝土開裂，目前對(duì)后澆帶研究主要存在以下問(wèn)題：

1)未考慮結(jié)構(gòu)體系及結(jié)構(gòu)變形能力的影響，造成目前對(duì)后澆帶的間距設(shè)置多依據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷，因此差異懸殊；

2)盲目通過(guò)提高后澆帶處混凝土強(qiáng)度解決混凝土澆筑時(shí)間差帶來(lái)的問(wèn)題，缺乏理論基礎(chǔ)與實(shí)際例證；

3)超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)置后澆帶對(duì)結(jié)構(gòu)整體性與抗震性能的影響尚無(wú)基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

1)解釋超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)這種新型結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的背景與特征；2)對(duì)影響后澆帶抗裂作用的四個(gè)因素進(jìn)行詳細(xì)分析；3)針對(duì)已有研究，提出目前研究尚存在的問(wèn)題。

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Analysis of influencing factors on the cracking resistance of over-long concrete structure

Wang Wei

(TaiyuanMeiyunFamiltyReal-estateDevelopmentCo.,Ltd,Taiyuan030400,China)

The paper introduces the principle for the post-pouring belt of the super-concrete structure, and analyzes the factors affecting the anti-crack of the post-pouring belt of the reinforcement of crossing post-pouring belt, the allocation of the belt, and the architectural structural types, so as to lay the theoretic foundation for the research on the belt.

super-long concrete structure, post-pouring belt, crack, grouting

2015-08-23

王 瑋(1982- )，男，工程師

1009-6825(2015)31-0037-02

TU375

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