陳峰

【摘要】隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，混凝土結(jié)構(gòu)在建筑工程中得到普遍應(yīng)用。超長鋼筋砼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫由于收縮導(dǎo)致。超長鋼筋砼結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計(jì)施工技術(shù)對(duì)控制混凝土工程開裂具有重要作用，如何控制超長鋼筋砼的無縫設(shè)計(jì)施工成為工程師分析的重點(diǎn)。超長混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制問題受到工程界的關(guān)注，探尋科學(xué)合理的無縫設(shè)計(jì)方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。分析超長砼結(jié)構(gòu)裂縫原因，介紹建筑工程超長鋼筋砼無縫設(shè)計(jì)施工技術(shù)措施。

【關(guān)鍵詞】建筑工程;超長鋼筋砼結(jié)構(gòu);無縫設(shè)計(jì);施工技術(shù)

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

隨著我國建筑業(yè)的發(fā)展，大型建筑體項(xiàng)目不斷增多，超長鋼筋砼結(jié)構(gòu)使用普遍。超長鋼筋砼結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)單元長度超過砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定伸縮量，設(shè)置伸縮縫會(huì)影響建筑立體面效果。隨著建筑物大型化的發(fā)展，砼強(qiáng)度等級(jí)提高使得超長鋼筋砼結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)溫度伸縮縫。裂縫控制關(guān)鍵是解決砼溫度收縮應(yīng)力問題。國內(nèi)外現(xiàn)行規(guī)范未對(duì)超長砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)明確規(guī)定，研究人員通過系列實(shí)驗(yàn)分析取得砼材料基本性質(zhì)研究成果，在對(duì)鋼筋砼結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)研究中產(chǎn)生解析法，有限單元法等。研究機(jī)構(gòu)從不同角度對(duì)超長鋼筋砼結(jié)構(gòu)溫度收縮裂縫控制做出大量研究，但工程實(shí)踐中仍存在一些不足。結(jié)合建筑工程實(shí)例研究總結(jié)超長鋼筋砼結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計(jì)施工技術(shù)具有重要意義。

1、超長鋼筋砼結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計(jì)概述

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)建筑物使用功能要求不斷提高。大型商業(yè)中心等平面尺寸不斷加大，為滿足功能防水等要求，希望設(shè)計(jì)中少設(shè)永久性伸縮縫，許多大型鋼筋砼建筑結(jié)構(gòu)不設(shè)永久縫長度超過現(xiàn)行砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定限值。超長砼結(jié)構(gòu)多在平面尺寸超長，大體積砼結(jié)構(gòu)稱為大面積砼結(jié)構(gòu)【1】。超長砼結(jié)構(gòu)具有很多優(yōu)點(diǎn)，如結(jié)構(gòu)整體性較好，避免伸縮縫對(duì)設(shè)備管線布置的影響，符合建筑物使用功能等要求等。

混凝土結(jié)構(gòu)澆筑后在溫度變化等作用下產(chǎn)生變形，超長砼結(jié)構(gòu)收縮變形產(chǎn)生較大約束應(yīng)力?；炷亮芽p分為表面與貫穿裂縫。表面裂縫通常危害較小，深層裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)具有危害性;貫穿裂縫會(huì)破壞結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。裂縫引起砼耐腐蝕能力降低，對(duì)建筑使用功能產(chǎn)生影響，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)破壞。砼結(jié)構(gòu)裂縫受直接與間接作用等原因，工程中結(jié)構(gòu)物裂縫變形引起的占80%，按產(chǎn)生原因分為塑性塌落裂縫，干燥收縮裂縫，地基沉降裂縫等。國外對(duì)直接荷載作用引起結(jié)構(gòu)裂縫已有廣泛研究，長期在工程中發(fā)揮較好的控制作用。目前工程設(shè)計(jì)主要根據(jù)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)假定結(jié)構(gòu)底部為固定約束，忽略地基不均勻沉降對(duì)結(jié)構(gòu)的作用。對(duì)超長砼結(jié)構(gòu)溫度收縮縫問題研究非常必要。

超長砼結(jié)構(gòu)構(gòu)成按現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范，要設(shè)置永久性伸縮縫，伸縮縫處理不當(dāng)會(huì)留下滲漏等隱患。超長砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義，超長砼工程實(shí)踐中采用概念設(shè)計(jì)方法，隨著現(xiàn)代建筑的發(fā)展，定性構(gòu)造處理不能滿足工程應(yīng)用的要求，準(zhǔn)確分析超長砼結(jié)構(gòu)溫度收縮陰歷才能降低設(shè)計(jì)施工裂縫控制盲目性【2】。超長砼無縫設(shè)計(jì)要通過釋放應(yīng)力提高結(jié)構(gòu)變形能力。裂縫控制是超長砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要研究課題。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)砼裂縫機(jī)理及控制措施等問題進(jìn)行大量研究，取得許多超長砼結(jié)構(gòu)溫度收縮應(yīng)力分析研究成果。

2、超長鋼筋砼無縫設(shè)計(jì)理論分析

混凝土構(gòu)成材料易受到外部環(huán)境影響產(chǎn)生裂縫，主要原因包括結(jié)構(gòu)應(yīng)力次應(yīng)力導(dǎo)致裂縫，化學(xué)反應(yīng)引起開裂，混凝土干燥收縮等?；炷翢崦浝淇s性質(zhì)使其在溫度變化時(shí)產(chǎn)生變形，砼變形收到約束產(chǎn)生結(jié)構(gòu)內(nèi)拉應(yīng)力，超過抗拉極限形成裂縫。無縫設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)區(qū)段長度過長，無需設(shè)置后澆帶，是在硬化中通過砼外加劑確?，F(xiàn)澆砼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)微膨脹功能，在結(jié)構(gòu)內(nèi)建立預(yù)壓應(yīng)力【3】。HEA型膨脹劑是常用的膨脹劑，通常添加6%的水泥出現(xiàn)微膨脹，補(bǔ)償砼干所拉應(yīng)力避免產(chǎn)生裂縫。

外部荷載應(yīng)力是混凝土裂縫主要原因，混凝土硬化中，隨著裂縫寬度增大導(dǎo)致貫穿，超負(fù)荷裂縫由于荷載過于集中出現(xiàn)內(nèi)力彎矩。 無縫設(shè)計(jì)思路是用摻膨脹劑補(bǔ)償收縮砼為結(jié)構(gòu)材料，膨脹由于受鋼筋約束建立預(yù)壓力防止砼開裂。梁板在收縮變形下截面受拉應(yīng)力較均勻，出現(xiàn)設(shè)計(jì)控制水平法向應(yīng)力σ，在σmax處給予較大膨脹應(yīng)力σ，使結(jié)構(gòu)收縮力得到補(bǔ)償。設(shè)計(jì)砼補(bǔ)償收縮能力關(guān)鍵是計(jì)算砼限制膨脹率ε2，防止膨脹開裂判據(jù)為ε2=（S-Ct）≥Sk，Ct為受拉徐變率【4】。經(jīng)回歸分析得ε2與干縮率Sd擬合公式，St=α（T1+T2），ε2=3.33t/1.87+t×104×α1，α2……α9β，RT為混凝土干縮率與自由干縮率比，α為混凝土膨脹系數(shù);αi，βi為偏離標(biāo)準(zhǔn)條件修正系數(shù);T1為混凝土水化引起升溫℃，T2為氣溫變化溫差℃，t為齡期。利用公式針對(duì)具體工程參數(shù)計(jì)算膨脹砼，實(shí)現(xiàn)無縫施工不開裂。

混凝土結(jié)構(gòu)裂縫不可避免，有無害裂縫界線由生活使用功能決定，要將裂縫控制在無害范圍內(nèi)。超長砼結(jié)構(gòu)裂縫控制中出現(xiàn)很多設(shè)計(jì)施工方法，基于將結(jié)構(gòu)柔性設(shè)計(jì)足夠大，適應(yīng)較大變形需求;或?qū)⒔Y(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)足夠大抵抗溫度收縮應(yīng)力。結(jié)構(gòu)承受溫度收縮作用是能量轉(zhuǎn)化過程，總的能量通過抵抗吸收?，F(xiàn)行規(guī)范給出伸縮縫最大間距，減小約束程度避免結(jié)構(gòu)因溫度收縮開裂【5】。實(shí)際工程中許多混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為不設(shè)永久伸縮縫超長結(jié)構(gòu)?；炷辆|(zhì)性差，裂縫控制難度高是耐久性的要害。提高砼抗拉性能是超長砼結(jié)構(gòu)溫度收縮裂縫控制的有效途徑。

3、超長鋼筋砼結(jié)構(gòu)工程無縫設(shè)計(jì)

某建筑工程長度64.5m，選取鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)，平均寬度15m，要求不使用伸縮縫，選取后澆帶方式不可行，可通過HEA膨脹劑消除伸縮縫。上部結(jié)構(gòu)為計(jì)算伸縮縫間距主要內(nèi)容，計(jì)算不摻加HEA伸縮縫間距，桿系結(jié)構(gòu)為建筑上部結(jié)構(gòu)形式，澆筑砼后水泥硬化出現(xiàn)內(nèi)外溫差較低，建成后因晝夜溫差出現(xiàn)膨脹問題。設(shè)年均最高溫度T135℃，年均最低溫T2-2℃，HEA添加補(bǔ)償收縮溫度為T3H【6】;柱頂允許位移△L12mm，混凝土線膨脹系數(shù)α。

εc=α×T，HEA無添加砼溫差最大值，△L=T1-T2-T3=87℃，L=2[△L]/（α×[△T]×η）=46m，T3H=48℃，混凝土溫差最大值公式為△TH=T1-T2-T3-T3H=39℃?？s縫最大間距公式LH=2[△L]/（α×[△TH]×η=102.5mm，64.5m為上部結(jié)構(gòu)長度在HEA添加后無需設(shè)計(jì)伸縮縫。超長鋼筋砼結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計(jì)要注意運(yùn)用后澆帶施工法，強(qiáng)化混凝土養(yǎng)護(hù)等問題。砼澆筑按照規(guī)范操作，現(xiàn)代科技發(fā)展對(duì)建材研究深入，膨脹劑研究成果可以應(yīng)用于鋼筋砼施工，應(yīng)用外加劑合理配比可控制預(yù)壓力，大型建筑工程施工常運(yùn)用膨脹外加劑摻和。砼養(yǎng)護(hù)與強(qiáng)度相關(guān)，施工中要根據(jù)原材料等情況設(shè)置合理施工方案。

補(bǔ)償收縮混凝土設(shè)計(jì)具有一致性，約束膨脹率是補(bǔ)償收縮砼主要技術(shù)指標(biāo)。混凝土進(jìn)行2周養(yǎng)護(hù)需在0.015-0.025%內(nèi)限制膨脹率【7】。在后澆加強(qiáng)帶混凝土等特殊補(bǔ)位需在0.025-0.035%間限制膨脹率。針對(duì)墻體連接柱子擋土墻位置，可插入1.5-2m水平附加筋，如由于施工養(yǎng)護(hù)導(dǎo)致墻體開裂需在150mm內(nèi)控制水平構(gòu)造筋距離。按照工程情況進(jìn)行膨脹加強(qiáng)帶選擇，按照2-3m為構(gòu)件厚度帶寬，要求不間斷澆筑膨脹加強(qiáng)帶。澆筑砼嚴(yán)禁膨脹后澆帶內(nèi)滲入其他位置砼，澆筑中不得使用潤管砂漿。無縫設(shè)計(jì)使用條件是為后澆帶進(jìn)行收縮應(yīng)力釋放伸縮縫，要無縫設(shè)計(jì)根據(jù)施工情況靈活使用。地下室立面養(yǎng)生難度較大，需以側(cè)面墻加強(qiáng)帶設(shè)置為主?？梢淮螡仓?cè)面墻，達(dá)到抵抗收縮應(yīng)力的目的。

4、超長鋼筋砼結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計(jì)施工關(guān)鍵技術(shù)

超長鋼筋砼結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計(jì)施工技術(shù)涉及建筑施工技術(shù)，外加劑作用機(jī)理等多個(gè)科技領(lǐng)域。中國建材科研院解決超長結(jié)構(gòu)無縫技術(shù)問題，根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)成部位，配筋率等采用控制砼限制膨脹率，調(diào)整膨脹外加劑產(chǎn)量獲得不同預(yù)壓應(yīng)力。采取延長模板留置時(shí)間養(yǎng)護(hù)方法，在超長施工下保證砼不產(chǎn)生貫穿裂縫。帶兩側(cè)設(shè)鋼絲網(wǎng)，施工中連續(xù)澆筑，采用全部砼提高膨脹劑摻量方案，伸縮縫間距可延長100m以上。

超長鋼筋砼結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計(jì)施工要做好準(zhǔn)備工作，加強(qiáng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)控制。施工準(zhǔn)備工作需要落實(shí)組織措施。根據(jù)工程技術(shù)要求實(shí)施全員技術(shù)交底，施工管理是澆筑砼的關(guān)鍵，澆筑底板砼夏季施工采用商品砼對(duì)運(yùn)輸澆筑等要求較高，現(xiàn)場(chǎng)建立項(xiàng)目經(jīng)理為首，質(zhì)檢員、調(diào)度員砼攪拌中心，監(jiān)理代表等組成現(xiàn)場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)小組，現(xiàn)場(chǎng)施工班組三班作業(yè)，確保施工順利開展。施工質(zhì)量控制保障工作要加強(qiáng)原材料質(zhì)檢，合理選用攪拌設(shè)備等施工機(jī)械。施工前對(duì)砂石水泥等外加劑原料進(jìn)行質(zhì)檢。開工前對(duì)攪拌設(shè)備，輸送泵等全面檢修保養(yǎng)。外加劑計(jì)量采用自動(dòng)計(jì)量設(shè)備，保證原料配比符合施工要求。

混凝土澆筑注意避免其他部位進(jìn)入膨脹后澆帶，澆筑砼前潤管砂漿棄置，嚴(yán)謹(jǐn)砼散落在未澆筑部位。作業(yè)面散落混凝土等吊出作業(yè)面外。膨脹加強(qiáng)帶處砼采用塔吊吊斗吊運(yùn)，加強(qiáng)帶處超長無縫筏板砼澆筑在一側(cè)澆筑后進(jìn)行。膨脹帶砼振搗棒可靠近密目快易收口網(wǎng)。澆筑混凝土至膨脹加強(qiáng)帶附近，使密目快易收口網(wǎng)保持距離不小于30cm。超長無縫筏板面粗鋼筋處易在初凝前早期塑性裂縫，避免成為混凝土缺陷，影響溫度收縮裂縫防治效果。終凝前用磨光機(jī)反復(fù)抹壓多次。膨脹砼充分濕養(yǎng)護(hù)發(fā)揮UEA砼的膨脹效能，建立嚴(yán)格的砼養(yǎng)護(hù)制度?；炷潦掌胶鬄⑺疂駶?。養(yǎng)護(hù)期噴灑霧狀水保持環(huán)境濕度在80%以上。

超長鋼筋他無縫設(shè)計(jì)施工注意跟進(jìn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)靈活運(yùn)用伸縮縫，國內(nèi)超長砼結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計(jì)施工要摻加復(fù)合膨脹劑等，將裂縫控制在無害范圍內(nèi)，建議設(shè)計(jì)將墻體水平構(gòu)造鋼筋配筋率提高0.6%。使之與補(bǔ)償收縮縫發(fā)揮作用。地下室側(cè)面墻暴露面積大，應(yīng)設(shè)置加強(qiáng)帶以側(cè)面墻為主，結(jié)構(gòu)構(gòu)成將側(cè)面墻與頂板一次澆筑。樓板膨脹加強(qiáng)帶用密目快易收口網(wǎng)隔開，澆筑采用連續(xù)施工方法，澆筑到加強(qiáng)帶用大膨脹砼。在墻體施工中采用后澆膨脹加強(qiáng)帶施工方法，分段澆筑摻12%UEA的C50小膨脹砼。在砼澆筑2天后墻體頂部設(shè)置花管淋水養(yǎng)護(hù)。

5、超長鋼筋砼工程無縫設(shè)計(jì)施工措施

混凝土組成材料受到外因影響發(fā)生變化，產(chǎn)生裂縫主要原因包括結(jié)構(gòu)次應(yīng)力導(dǎo)致裂縫，變形應(yīng)力原因，使用常規(guī)方法計(jì)算主要應(yīng)力等。外部荷載應(yīng)力原因可以從設(shè)計(jì)方面解決，變形應(yīng)力引起裂縫是砼硬化中干縮導(dǎo)致體積變形產(chǎn)生裂縫。砼硬化體積干縮變形，降溫時(shí)基礎(chǔ)制約下內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力，砼熱脹冷縮后體積漲縮易產(chǎn)生溫度裂縫。鋼筋砼抗拉強(qiáng)度較高，會(huì)出現(xiàn)較高的拉應(yīng)力，通過給混凝土施加預(yù)應(yīng)力可以補(bǔ)償拉應(yīng)力。

現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)施工跨越多個(gè)學(xué)科，通常約束膨脹率優(yōu)化砼配比，提高鋼筋砼抗裂性能，膨脹外加劑常規(guī)摻和，>60m可用加強(qiáng)帶控制裂縫。將鋼絲網(wǎng)設(shè)于帶兩側(cè)防止混凝土滲入，不設(shè)加強(qiáng)帶使用砼增加膨脹劑比例。某建筑主樓地上16層，總建面51250㎡，主樓標(biāo)準(zhǔn)平面尺寸為A×B=120×29.8m，砼強(qiáng)度等級(jí)采用C3。上部結(jié)構(gòu)長度超過標(biāo)準(zhǔn)分縫規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用樁基礎(chǔ)，通過恰當(dāng)建筑措施解決分縫問題，如在樓板腹部通過設(shè)立長鋼筋等措施，采取外墻保溫等方法。鋼筋砼現(xiàn)澆樓板受狀態(tài)，受平面彎曲應(yīng)力影響，需要考慮現(xiàn)澆構(gòu)件分配內(nèi)力等因素，鋼筋中上網(wǎng)上鐵應(yīng)為II級(jí)機(jī)械接頭，板底鋼筋伸入至支座中心線，半夏不鋼筋彎折入梁內(nèi)，注意樓板底板鋼筋不可跨中連接，板頂鋼筋不可與支座連接。

超長鋼筋砼工程無縫設(shè)計(jì)施工要注意后澆帶施工，增加預(yù)應(yīng)力。施工中使用混凝土后澆帶，將沉降后澆帶設(shè)置于主樓地下室，施工中后澆帶使用高于結(jié)構(gòu)體微膨脹混凝土澆筑。伸縮后澆帶在比鄰構(gòu)件澆筑后2個(gè)月進(jìn)行，保證其承載力。依據(jù)沉降結(jié)果決定后澆帶澆筑時(shí)間。后澆帶部位結(jié)構(gòu)主筋不可在縫中裂開。抗裂纖維可吸收能量控制水泥內(nèi)細(xì)紋，使砼抗折強(qiáng)度升級(jí)。混凝土內(nèi)部纖維支撐體系可抑制內(nèi)原生裂縫產(chǎn)生。增強(qiáng)骨料密度避免出現(xiàn)沉降裂縫。依據(jù)摻和配比適量在纖維與骨料中加水?dāng)嚢?。架空層增加預(yù)應(yīng)力，可通過主樓地下室頂板及屋面增設(shè)無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋，施工中順建筑長向構(gòu)造，選用鋼筋規(guī)格φ15.2.使用無粘結(jié)后張法，張拉后在無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋端涂刷環(huán)氧樹脂。

結(jié)語：

無縫設(shè)計(jì)是建筑工程超長鋼筋砼結(jié)構(gòu)施工的重要技術(shù)，為確保超長鋼筋砼施工質(zhì)量，需要做好無縫設(shè)計(jì)工作，規(guī)范施工工藝。超長砼結(jié)構(gòu)溫度收縮縫控制是系統(tǒng)工程，需要采取綜合措施。建筑工程超長砼結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計(jì)施工中，計(jì)算溫度應(yīng)力分布，設(shè)計(jì)中避免應(yīng)力集中方案，采用后澆帶施工技術(shù)，在架空層增加預(yù)應(yīng)力等措施預(yù)防裂縫產(chǎn)生。依據(jù)建筑工程情況采取施工方案，保證超長鋼筋砼結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計(jì)施工質(zhì)量。

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（本文作者單位為中國一冶集團(tuán)有限公司國際工程公司，湖北武漢，430080）