地下室混凝土澆筑施工探討

　　摘要：地下室混凝土底板防水設計，通常采用抗滲混凝土和柔性外防水法，后澆帶20m以內，地下室底板外防水（采用柔性防水）施工期間，尤其是碰到雨季，防水施工更困難。同樣，地下室底板后澆帶的留置時間，設計要求不少于40d。除降水時間長外，后澆帶的清理和鑿毛給施工帶來一定的麻煩，延長了工期。在地下室外墻施工中采用HEA補償混凝土防水工法，在混凝土中摻HEA高效膨脹劑，改柔性防水為混凝土結構自防水，改后澆帶為加強帶，澆筑超長無縫混凝土和間歇式施工法，方便施工。
　　關鍵詞：混凝土；結構裂縫；超長無縫混凝土；間歇式施工
　　
　　近年來地下空間的開發利用逐漸普遍，由于功能要求，地下室往往而積大，體量大，超過設置伸縮縫的最小間距。地下室混凝土因裂縫導致滲漏水的現象非常嚴重，有的甚至影響到建筑物的使用功能和安全。
　　
　　一、開裂情況
　　
　　地下室側壁開裂的情況比較多，裂縫寬度小于0.5mm，間距1-4m，長度有的貫通墻壁全高，側壁兩端附近裂縫較少，中部附近較多。裂縫往往在混凝土澆筑的60天之內出現，隨著時間的推移，裂縫數量增多，部分裂縫加寬。尤其是冬季氣溫驟變的時候。
　　
　　二、裂縫原因分析
　　
　　（一）正面原因
　　混凝土結構裂縫產生的原因比較復雜，概括起來有兩類原因，一種由外荷載引起，因結構承載力不足而發生變形，另一種是結構因溫差、收縮徐變、不均勻沉降等因素引起。據統計，在工程實踐中，由后者（變形荷載）引起的裂縫約占80%—85%地下室混凝土裂縫大多數屬于后者。
　　混凝土在澆筑后，由于水泥的水化作用，釋放大量的水化熱，因為混凝土構件表而與構件截面中部溫差超過25℃，就引起混凝土內部裂縫，構件表面溫度和周圍空氣溫差超過25℃，就引起構件表面裂縫。混凝土澆筑后溫度提高，混凝土初期體積有微膨脹作用，以后溫度下降體積急劇收縮。混凝土除了溫度收縮外，還有較大的化學收縮和干燥收縮，混凝土早期（10-15天）極限拉伸很低，這造成混凝土的早期裂縫。因混凝土的收縮，較高的彈性模量和早期低徐變，會使混凝土內部產生較大的拉應力，超過混凝土的極限拉伸，則是造成混凝土后期裂縫的主要原因。
　　混凝土在澆筑一個月左右，完成收縮40%，60天內完成收縮65%。混凝土的收縮變形是一個初期大、以后逐漸減少的過程。
　　（二）負面原因
　　邊界條件如地基和側面土對混凝土構件的變形約束作用，混凝土構件的剛度差異，使混凝土變形不協調。側壁混凝土澆搗時地板剛度大，受到地板的剛度約束，早期形成壓應力，后期混凝土溫度下降，產生拉應力，當拉應力大于鋼筋的抗拉強度時則出現裂縫。混凝土變形與限制膨脹條件有關。當氣溫上升時，地板和底板混凝土因為溫度升高而向外膨脹，側壁和地板相互約束，在側壁的外側形成垂直裂縫，當地板和頂板受冷收縮時，側壁內側形成垂直裂縫。由于側壁在邊角部分受到的變形量比中部大，同時縱橫側壁的相互約束，因而側壁兩端附近裂縫小，中部附近裂縫多。側壁內有柱時，由于截面突變，剛度有差異，側壁的變形受到柱的約束，往往產生應力集中，在離柱1-2m的墻體上易出現縱向收縮裂縫。
　　
　　三、控制裂縫的措施
　　
　　現澆鋼筋混凝土地下室墻壁最大間距為20m（室外）、30m（室內或土中），對下列情況，如有充分依據和可靠措施，伸縮縫最大間距可適當加大：混凝土澆筑采用后澆帶分段施工；采用專門的預應力措施；采取能減少混凝土溫度變化或混凝土收縮的措施。當增大伸縮縫間距時，尚應考慮溫度變化和混凝土收縮對結構的影響。
　　伸縮縫雖然是根本解決混凝土收縮裂縫的措施，也有許多缺點，主要是造價高，地下室不能連成整體，影響功能，伸縮縫的防水處理比較麻煩，防水效果并不理想，而近幾年來超長混凝土結構的無縫設計與施工技術不斷實踐與發展，在工程應用中，取得了良好的效益。
　　
　　四、采取的主要措施
　　
　　（一）補償收縮混凝土
　　即在混凝土中滲入UEA、HEA膨脹劑，以10%-20%等量取代水泥，拌制成補償收縮混凝土，其限制膨脹率ζ2＝0.02%~0.05%，按公式a=μESζ2，可在混凝土中建立0.2-0.7MPa的預壓應力，從而抵制混凝土在硬化過程中全部或大部分拉應力，以混凝土的膨脹值減去混凝土的最終收縮值的差值大于或等于混凝土的極限拉伸即可控制裂縫：ζ2-Sm≥ζp，使混凝土結構不裂。
　　（二）膨脹帶
　　由于混凝土中膨脹劑的膨脹變形不會與混凝土的早期收縮變形完全補償，為了實現混凝土連續澆注無縫施工而設置的補償收縮混凝土帶，根據一些工程實踐，一般超過60m設置膨脹加強帶。膨脹帶要求設置在混凝土收縮應力發生最大部位，一般地板和側墻長度方向的中間位置。對于超過普通混凝土伸縮縫設置間距的超長混凝土結構，要進行連續無縫施工可設置多條膨脹加強帶。它的作用：
　　1、膨脹加強帶混凝土的設計強度常比相鄰的混凝土設計強度提高5-10MPa，從而提高膨脹加強帶混凝土的抗拉強度，防止混凝土在此部位開裂。
　　2、膨脹帶內混凝土的膨脹劑應比帶外其他混凝土摻量高一點，產生較大膨脹，而兩側混凝土的膨脹率較小，形成中部大兩邊小的膨脹區，從而補償相應的收縮曲線，使任意長度可以不設伸縮縫。
　　做法：膨脹加強帶寬2-3m，帶的兩側布置中5mm的密孔鋼絲網，將帶內混凝土和帶外混凝土分開，目的是不讓混凝土中石子通過，鋼絲網垂直布置在上下層（或內外層）鋼筋之間，網兩端分別綁扎在鋼筋上。膨脹帶內增設10%，平溫度加強鋼筋。與膨脹帶方向垂直布置，兩端伸出膨脹帶2m各與上下層（內外層）鋼筋固定，配筋直徑減小，間距加密。
　　由于設置膨脹帶主要是為了避免混凝上旱期收縮變形，故膨脹帶的保留時間可為10-15天，這比傳統后澆帶縮短30人的工期。滿足工程連續無縫設計施工的要求。
　　（三）后澆帶
　　后澆帶作為膨脹加強帶一樣作為混凝土早期短時期釋放約束力的一種技術措施，較長久性變形縫己有很大的改進步并廣泛應用。根據文獻，結構長度是影響溫度應力的因素之一，但只在一定范圍對溫度收縮應力較為顯著，因此設置后澆帶是“先放后抗、以放為主”的主要技術措施。后澆帶的設計做法也各不相同。尤其是帶內鋼筋是否斷開，有的不但鋼筋連續，還做加強筋連接。帶的寬度具體多少各不相同：
　　1、盡量減少穿越后澆帶鋼筋的總量，以盡可能釋放混凝土的收縮應力。對于樓板內鋼筋和側壁，由于焊接或搭接施工比較方便均應作斷開處理。由于梁鋼筋連接焊接等施工比較困難，可以留一部分連續鋼筋，盡量切斷梁腹縱向鋼筋和梁頂縱筋截斷，保留梁底鋼筋連續貫通。
　　2、后澆帶寬度內鋼筋抗拉剛度隊遠比后澆帶兩側混凝土的抗拉剛度隊小，拉伸變形將主要由后澆帶寬度范圍內的鋼筋提供，對于鋼筋全部截斷的后澆帶，理論上寬度僅有100mm就可以了，為施工方便常取800-1000mm，但對于鋼筋連續的后澆帶，盡可能增大后澆帶的寬度。
　　3、后澆帶保留時間為42-60d，一般為60d，這時早期溫差和混凝上收縮完成30%-50%
　　4、材料：用高一等級的微膨脹混凝土封閉，并進行不少于15d的混凝上養護。
　　5、位置：設在梁墻內力較小位置，后澆帶間距為30-40m。后澆帶可做成企口式，在澆混凝土前，必須鑿毛清理干凈。
　　
　　五、超長無縫混凝土和間歇式施工及結構自防水的理論依據
　　
　　所謂無縫施工是相對概念，結構情況可無縫和少縫，但它不包括沉降縫，而是釋放收縮應力的后澆縫。用HEA高效膨脹劑補償混凝土收縮，在混凝土硬化過程中產生膨脹作用，受鋼筋和鄰位約束，在結構中建立少量預壓應力σc。考慮結構安全，膨脹不能太大，且應14d基本結束。HEA替代水泥量10%-12%。不影響強度，膨脹率EZ=2×10－4~3×10－4、μ=0.2%~0.8%下，可在結構中建立0.2-0.7MPa預壓應力。這一壓應力大致可以補償混凝土硬化過程產生的溫差和干縮應力，防止收縮裂縫，或把裂縫控制在一定范圍內（小于0.1mm），基于這一原理，摻HEA的結構自身可滿足防水要求并延長后澆縫的長度。HEA混凝土在硬化過程中產生膨脹作用，在鋼筋和鄰位約束下，鋼筋受拉，而混凝土受壓，當鋼筋抗拉應力與混凝土壓應力平衡時：
　　
　　式中：σc——混凝土預壓應力；AS——鋼筋的截面積；AC——混凝土截面積；μ——配筋率；ES——鋼筋彈性模量；EZ——混凝土的限制膨脹率即鋼筋的伸長率%。
　　上式表明，σc與EZ成正比，而EZ隨HEA摻量增加而增加，通過調整HEA的摻量，可使混凝土獲得不同的預壓應力。根據σx分布曲線，設想在σmax地方給予較大的膨脹應力σc，而在兩側給予較小的膨脹應力，全面地補償結構的收縮應力，能控制有序裂紋的出現。
　　
　　參考文獻：
　　1、混凝土使用手冊(第二版)[M].上海交通大學