從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度談超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制

劉巧茹

摘要：混凝土產(chǎn)生裂縫的原因很多，本文結(jié)合實(shí)例，分析其產(chǎn)生原因，并從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面采取措施，控制裂縫產(chǎn)生。

關(guān)鍵詞：混凝土；裂縫原因；抗與放

中圖分類(lèi)號(hào)：TU755 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-3024（2016）14-208-02

前言

當(dāng)前，許多建筑工程如住宅小區(qū)、商用建筑包括辦公大樓、商場(chǎng)等，均建有地下室，用作車(chē)庫(kù)和人防設(shè)施，當(dāng)?shù)叵率颐娣e過(guò)長(zhǎng)過(guò)大時(shí)，必須要設(shè)置伸縮縫，否則容易產(chǎn)生裂縫。

1超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)的溫度及收縮裂縫產(chǎn)生機(jī)理

混凝土形成過(guò)程中，受到多方面因素的影響，其中，混凝土因變形作用引起的裂縫以及因和溫度變化引起的約束裂縫，通常被稱(chēng)為溫度及收縮裂縫。在上述二種因素的影響下，混凝土結(jié)構(gòu)中的豎向構(gòu)件（包括剪力墻、柱等）均會(huì)出現(xiàn)豎向變形，由于豎向約束力非常小，能自由變形；而結(jié)構(gòu)的水平構(gòu)件（如：梁、板）的變形將受豎向構(gòu)件的約束，在水平構(gòu)件中將產(chǎn)生較大的約束應(yīng)力，這種約束應(yīng)力通常稱(chēng)為溫度及收縮應(yīng)力，也叫間接應(yīng)力。

此可以表明，由于變形作用產(chǎn)生混凝土溫度及收縮應(yīng)力，這種應(yīng)力不同于荷載作用產(chǎn)生的應(yīng)力，其差別見(jiàn)圖1。

上圖清楚顯示，因荷載作用而產(chǎn)生應(yīng)力主要機(jī)理是由荷載直接對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件做功導(dǎo)致構(gòu)件內(nèi)能增加而產(chǎn)生應(yīng)力的，具有直接性；溫度及收縮作用下產(chǎn)生應(yīng)力的機(jī)理是在溫度及收縮作用下，先使構(gòu)件發(fā)生變形，后在約束作用下使這種變形受到限制轉(zhuǎn)化為內(nèi)能而產(chǎn)生約束應(yīng)力，具有間接性。

從有關(guān)的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的人員都明白，混凝土抗拉伸能力都比較小，但混凝土結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程和使用過(guò)程中，均受到溫差及約束作用的影響，致使混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生約束應(yīng)力。當(dāng)這種約束應(yīng)力也就是收縮和溫度應(yīng)力大于其抗拉強(qiáng)度時(shí)，就出現(xiàn)裂縫，這種情況，在超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)中尤其突出。

2控制裂縫措施

混凝土裂縫產(chǎn)生的主要原因是受到溫度及收縮作用影響，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的拉應(yīng)力高于其抗拉強(qiáng)度。這樣我們可以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面考慮，采用“抗”與“放”的設(shè)計(jì)方法，控制裂縫發(fā)生。

（1）設(shè)計(jì)中采用“抗”，其設(shè)計(jì)原則就是通過(guò)增加混凝土結(jié)構(gòu)的能力使其足以抵抗來(lái)自溫度及收縮引起的變形，讓結(jié)構(gòu)材料具有足夠的極限拉伸和抗拉強(qiáng)度，抵抗來(lái)自溫度及收縮的約束拉應(yīng)力。

在這種設(shè)計(jì)原則基礎(chǔ)上，可在混凝土結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力、膨脹加強(qiáng)帶等做法，都能達(dá)到“抗”的效果。

（2）設(shè)計(jì)中采用“放”，其設(shè)計(jì)原則就是通過(guò)減少或釋放結(jié)構(gòu)約束，使到結(jié)構(gòu)減少來(lái)自溫度及收縮作用而產(chǎn)生的溫度及收縮拉應(yīng)力，使結(jié)構(gòu)構(gòu)件的相互約束減少，防止結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應(yīng)力過(guò)大。

在這種設(shè)計(jì)原則基礎(chǔ)上，可在施工過(guò)程中安設(shè)滑動(dòng)支座、留設(shè)后澆帶、采取跳倉(cāng)施工等方法，均可以取得“放”的效果。通過(guò)采用“抗”或“放”的方法，可達(dá)到控制裂縫的目的。在具體工程施工中，普遍按照“抗放兼?zhèn)洹痹瓌t，通過(guò)采用多種措施，達(dá)到控制裂縫的目的。

3工程實(shí)例介紹

廣東河源市某建筑工程，一共有3幢商住樓，為15層建筑。工程用途為商業(yè)、酒店、辦公、住宅等，采用大底盤(pán)一層地下室連成整體。地下室總建筑面積為14393m，層高5.4m，為框架一剪力墻結(jié)構(gòu)體系，地下室用途為設(shè)備用房、車(chē)庫(kù)等，戰(zhàn)時(shí)按核6級(jí)常6級(jí)人防設(shè)計(jì)。地下室平面布置見(jiàn)圖1。

由于考慮到工程所采用的施工方案和施工技術(shù)，采用的施工材料以及地基變形等多種因素，如果在地下室設(shè)置變形縫，容易產(chǎn)生滲漏問(wèn)題，業(yè)主方要求能找出更好方法，有效降低地下室滲漏機(jī)率。

經(jīng)過(guò)充分論證多方比選，最終決定放棄地下室設(shè)縫方案，改用不設(shè)縫施工，但由于地下室在x、y方向分別為112.5m和144.5m，超長(zhǎng)超寬程度較為嚴(yán)重，為確保地下室施工質(zhì)量、安全和正常使用壽命，避免因受外墻出現(xiàn)裂縫導(dǎo)致地下室滲漏，影響使用功能，結(jié)構(gòu)耐久性降低，工程施工中采用多種技術(shù)措施，通過(guò)“抗、放、補(bǔ)、防”相結(jié)合方法，有效控制地下室外墻裂縫。

4地下室外墻裂縫特征與產(chǎn)生的原因

4.1常見(jiàn)地下室外墻裂縫的主要特征

（1）外墻裂縫多呈豎向狀，縫的長(zhǎng)度和墻高接近，縫的中間比兩頭稍寬。裂縫多數(shù)分布在外墻中間位置，外墻兩端位置裂縫較小。

（2）受到氣溫等因素影響，裂縫多數(shù)在拆模后不久出現(xiàn)。

（3）地下室外墻暴露在自然環(huán)境時(shí)間越長(zhǎng)，裂縫數(shù)量增加越多，但裂縫寬度變化不大。

（4）地下室完成回填土作業(yè)后，裂縫寬度稍大處有少量滲漏，但水流量不大。

4.2分析裂縫產(chǎn)生原因

（1）設(shè)計(jì)問(wèn)題

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中相關(guān)要求，進(jìn)行地下室現(xiàn)澆鋼筋混凝土施工時(shí)，墻壁伸縮縫的最大間距為20m（露天）、30m（室內(nèi)或土中）。但在具體工程中，許多工程的墻長(zhǎng)度都超出長(zhǎng)述規(guī)定，但進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，有些設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有考慮到實(shí)際情況，地下室外墻水平鋼筋仍按構(gòu)造配置，這樣會(huì)容易導(dǎo)致外墻產(chǎn)生裂縫。

（2）環(huán)境問(wèn)題

和梁、柱構(gòu)件構(gòu)件相比，地下室外墻為薄壁構(gòu)件，這種又薄又長(zhǎng)的構(gòu)件，容易受到溫度、濕度變化的影響，因約束而產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力；在實(shí)際施工過(guò)程中，許多工程在墻體施工完成后都未能及時(shí)進(jìn)行回填土作業(yè)或完成頂板澆筑，導(dǎo)致地下室墻體暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，承受來(lái)自氣候環(huán)境溫差變化的影響。

地下室外墻溫差可以采用平均溫差T=（T1+T2）/2和溫差梯度△T=T1-T2進(jìn)行計(jì)算。平均溫差會(huì)使墻板產(chǎn)生軸力，引起貫穿裂縫；溫差梯度使墻板產(chǎn)生彎矩，引起非貫穿裂縫。兩種裂縫當(dāng)中，貫穿裂縫對(duì)地下室外墻危害更大。

（3）材料問(wèn)題

配合比不準(zhǔn)確、施工材料質(zhì)量不合格、使用不當(dāng)也會(huì)導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。如采用的水泥用量與品種不正確、所滲入的摻合料、外加劑質(zhì)量不合格、粗細(xì)骨料不達(dá)標(biāo)等；配合比沒(méi)有進(jìn)行準(zhǔn)確設(shè)計(jì)，導(dǎo)致水灰比過(guò)高；施工用的UEA微膨脹劑不達(dá)標(biāo)等，都會(huì)引發(fā)混凝土收縮產(chǎn)生裂縫。

（4）施工問(wèn)題

采用泵送混凝土需要較大的坍落度，因此在混凝土拌合物配制過(guò)程中摻加了緩凝型高效減水劑和同時(shí)加大了粉煤灰的用量，但卻影響混凝土早期的抗拉強(qiáng)度和彈性模量，降低混凝土早期的抗裂能力。另外，拆模時(shí)間和混凝土養(yǎng)護(hù)方法對(duì)裂縫開(kāi)展也有影響。

5地下室外墻裂縫控制措施

5.1設(shè)計(jì)方面

（1）地下室外墻計(jì)算模型

假定地下室底板作為地下室外墻的嵌固端，則外墻底部彎矩與相鄰的底板彎矩大小一樣，底板的抗彎能力不應(yīng)小于外墻的抗彎能力，其厚度和配筋量應(yīng)相匹配。

（2）地下室外墻配筋計(jì)算

除與鋼筋混凝土內(nèi)隔墻相連的外墻按雙向板計(jì)算配筋外，其余的外墻按豎向單向板計(jì)算配筋，同時(shí)還應(yīng)進(jìn)行地下室外墻抗裂性驗(yàn)算，控制裂縫寬度，使之滿(mǎn)足規(guī)范要求。

（3）加強(qiáng)水平鋼筋的配置做到“抗”的原則

由于水平鋼筋對(duì)墻體的抗裂作用十分明顯，適當(dāng)增加水平鋼筋的配筋率可減輕墻體開(kāi)裂程度；同時(shí)鋼筋的外形對(duì)墻體開(kāi)裂也有很大的影響，光圓鋼筋與帶肋鋼筋相比，帶肋鋼筋與混凝土的黏結(jié)力較強(qiáng)，裂縫開(kāi)展較小。因此配置水平鋼筋時(shí)應(yīng)注意四個(gè)問(wèn)題：①水平鋼筋保護(hù)層應(yīng)盡可能小些，以減小素混凝土出現(xiàn)開(kāi)裂；②防裂鋼筋的間距不宜太大，可采用小直徑密分布的配筋方式；③考慮溫度收縮應(yīng)力的變化加強(qiáng)配筋率；④采用帶肋鋼筋比光圓鋼筋好。故該地下室工程外墻采用φ14mm@150mm水平筋。

5.2材料方面

（1）地下室混凝土構(gòu)件包括底板、頂板、外墻等，全部采用補(bǔ)償收縮混凝土，補(bǔ)償收縮混凝土在水中養(yǎng)護(hù)14d的限制膨脹率0.020%；后澆帶和膨脹混凝土帶的混凝土在水中養(yǎng)護(hù)14d的限制膨脹率應(yīng)≥0.025%。

（2）采用中、粗砂。石子采用粒徑較大、級(jí)配良好、含泥量≤1%的碎石或卵石。

（3）為了提高混凝土的抗裂性能，地下室頂板、外墻和底板均摻聚丙烯纖維（摻量0.9kg/m3）。

（4）在滿(mǎn)足泵送混凝土施工工藝的前提下，采用熱礦渣硅酸鹽水泥，以降低水泥水化熱。

5.3施工方面

（1）制定施工質(zhì)量控制措施，保證混凝土施工過(guò)程的工序質(zhì)量，提高混凝土均勻性。制備和運(yùn)輸混凝土要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行；避免混凝土澆筑時(shí)出現(xiàn)離析問(wèn)題。施工單位在澆筑混凝土?xí)r，要在距離底板面500mm處留設(shè)水平施工縫的方法，做好混凝土振搗工作，防止外墻出現(xiàn)薄弱部位而產(chǎn)生裂縫。

（2）由于沒(méi)有設(shè)變形縫，因此需要在地下室設(shè)置后澆帶，每隔35m設(shè)一道，帶的寬度為0.8m；另外設(shè)置膨脹混凝土帶，每隔約30m設(shè)一道，帶的寬度為2.0m，布設(shè)二者時(shí)要錯(cuò)開(kāi)位置，使混凝土收縮應(yīng)力減小，達(dá)到“放”的效果。

（3）拆模時(shí)間要根據(jù)天氣變化情況和測(cè)溫記錄而定，使到混凝土的“應(yīng)力松弛效應(yīng)”能充分發(fā)揮，減小溫度收縮應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)“防”的效果。具體實(shí)施時(shí)，要制定措施，保證混凝土內(nèi)外溫差不能超過(guò)25℃，溫度陡降控制在10℃以?xún)?nèi)，并根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整保溫和保濕養(yǎng)護(hù)措施，把混凝土溫差梯度和濕度控制在允許范圍內(nèi)。

（4）如施工處于夏季，氣溫炎熱，混凝土拆模后要及時(shí)用塑料薄膜覆蓋或覆蓋麻袋并灑水養(yǎng)護(hù)，使持混凝土表面保持濕潤(rùn)，并根據(jù)施工規(guī)定確定養(yǎng)護(hù)時(shí)間。

（5）拆模養(yǎng)護(hù)周期完成后以及時(shí)回填，避免混凝土外墻外露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

（6）對(duì)混凝土外墻出現(xiàn)少量滲漏的地方，采用墻外內(nèi)側(cè)涂4層聚氨酯涂膜防水材料，并在第2至第3層之間進(jìn)行化學(xué)灌漿，取得良好效果。

6結(jié)論

上述工程進(jìn)行地下室外墻施工時(shí)，為避免出現(xiàn)有害裂縫，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)增加水平筋的配筋率、混凝土內(nèi)摻纖維，實(shí)現(xiàn)了“抗”的原則；施工技術(shù)通過(guò)布設(shè)溫度后澆帶，實(shí)現(xiàn)了“放”的原則；通過(guò)膨脹混凝土帶實(shí)現(xiàn)了“補(bǔ)”的原則；拆模時(shí)間合理、養(yǎng)護(hù)措施得當(dāng)，實(shí)現(xiàn)了“防”的原則，在上述措施共同作用下，有效控制了裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。