寒冷地區(qū)箱形結(jié)構(gòu)溫度裂縫的防護(hù)

史國光 王世杰

（1、吉林省交通建設(shè)集團(tuán)六公司，吉林 長春 130000 2、黑龍江工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150000）

1 概述

鋼筋混凝土箱形結(jié)構(gòu)常見工程，有地上、地下及半地下貯水池、地下室以及高層建筑的箱形基礎(chǔ)，其特點(diǎn)是采用連續(xù)薄壁型鋼筋混凝土外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，組成具有一定使用功能的空間，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的厚度遠(yuǎn)小于其他兩個(gè)方向的尺寸，這種結(jié)構(gòu)在使用期間或施工階段由于周圍環(huán)境溫度變化產(chǎn)生溫度應(yīng)力，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的使用條件或設(shè)計(jì)的施工及環(huán)境條件，往往與結(jié)構(gòu)在使用期間或施工階段的施工條件不同，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般不考慮這種條件變化。因此，在我國北方鋼筋混凝土箱形結(jié)構(gòu)在越冬期間產(chǎn)生溫度裂縫的可能性很大，防止其裂縫至關(guān)重要。

2 溫度裂縫成因分析

結(jié)構(gòu)在溫度作用下產(chǎn)生變形運(yùn)動(dòng)時(shí)，不同或相同材料的相鄰結(jié)構(gòu)之間，結(jié)構(gòu)內(nèi)部相鄰質(zhì)點(diǎn)之間，都有可能產(chǎn)生相互影響、相互限制和相互牽制。不同結(jié)構(gòu)之間的這種約束稱為外約束，外約束是指結(jié)構(gòu)的邊界條件，一般指支座或其他外界因素對結(jié)構(gòu)變形的約束，對鋼筋混凝土箱形結(jié)構(gòu)來說，指的是地基及四周上體對箱形結(jié)構(gòu)變形的約束；結(jié)構(gòu)內(nèi)部相鄰質(zhì)點(diǎn)之間的約束稱為內(nèi)約束，對箱形結(jié)構(gòu)的墻壁和底板來說，指的是由于結(jié)構(gòu)內(nèi)部非均勻溫度及收縮分布所引起的各質(zhì)點(diǎn)變形不均勻而產(chǎn)生的相互約束。

箱形結(jié)構(gòu)的混凝土澆筑一般在正溫下進(jìn)行，冬期施工階段或冬季房屋不采暖，其結(jié)構(gòu)混凝土的溫度與周圍環(huán)境介質(zhì)溫度相同，地上部分空氣介質(zhì)溫度相同，地下部分與土壤的溫度相同，則結(jié)構(gòu)溫度分布沿其高度分布是不均勻的，地面以上結(jié)構(gòu)溫度分布可視為相同，等于室外氣溫均勻分布；地面以下結(jié)構(gòu)溫度與地下土體溫度分布相同，隨深度增加而溫度升高，隨深度增加而溫度梯度逐漸減小，至某一深度土壤溫度為零，即為冰凍線深度。再往下結(jié)構(gòu)處于正溫，土壤溫度逐漸提高，無論季節(jié)如何變化，冰凍線以下的結(jié)構(gòu)永遠(yuǎn)保持正溫。由此可見，從室外地面開始結(jié)構(gòu)溫度有一折點(diǎn)，結(jié)構(gòu)混凝土自身溫度由于溫度的提高，其收縮變形逐漸減小，變形大的質(zhì)點(diǎn)受到變形小的質(zhì)點(diǎn)的約束，在混凝土中沿結(jié)構(gòu)高度產(chǎn)生不同的約束變形和約束應(yīng)力。

2.1 最大約束面處約束應(yīng)力最大，裂縫首先由此產(chǎn)生

地上結(jié)構(gòu)從地面開始向上所處溫度相同，在地面處發(fā)生溫度突變，因此地面上部質(zhì)點(diǎn)的溫度變形必然受到下部質(zhì)點(diǎn)的約束，該約束面上的質(zhì)點(diǎn)與相鄰質(zhì)點(diǎn)的溫度梯度最大約束應(yīng)力也最大，因此結(jié)構(gòu)裂縫首先在最大約束而處產(chǎn)生，并向上下兩個(gè)方向開展。

一般地下或半地下箱形結(jié)構(gòu)埋置于冰凍線以下，外約束引起的最大約束應(yīng)力不大，因此箱形結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土底板裂縫較少，若施工階段地下結(jié)構(gòu)四周未回填，內(nèi)約束的最大約束而下移，則底板可能產(chǎn)生裂縫。

2.2 模箍作用和邊緣效應(yīng)

從結(jié)構(gòu)實(shí)際產(chǎn)生的裂縫位置可見，裂縫并不完全從最大約束面開始，而是距離最大約束面一定距離開始向上和向下發(fā)展，這是因?yàn)樵诹芽p形成中，裂縫處必然產(chǎn)生劇烈的變形，這種變形又必然受到約束體的約束作用，推遲了裂縫的產(chǎn)生并限制了裂縫的開展。但這種模箍作用的影響范圍不大，阻裂長度很小，而隨遠(yuǎn)離最大約束面迅速衰減。

箱形開口結(jié)構(gòu)是上部為自由端的箱形結(jié)構(gòu)，而自由端的環(huán)向拉力有所增加，所以煙囪、水塔、容器等結(jié)構(gòu)的上部區(qū)域常常出現(xiàn)上寬下窄的豎向裂縫。這種邊緣效應(yīng)的影響隨遠(yuǎn)離自由端而迅速衰減，若邊緣效應(yīng)與溫度應(yīng)力疊加，會(huì)增加裂縫產(chǎn)生的可能性。

3 溫度裂縫解決方法

3.1 板底設(shè)置滑動(dòng)層，減小外約束

箱形結(jié)構(gòu)底板下設(shè)置滑動(dòng)層，從而減小地基對底板的約束，減小約束應(yīng)力。滑動(dòng)層材料日前多使用瀝青材料或砂墊層，為防止涂刷熱瀝青給下道工序造成施工困難，可在熱瀝青上增設(shè)一層油氈。

3.2 減小溫差

混凝土澆筑溫度與結(jié)構(gòu)越冬溫度之差是決定結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力大小的主要因素，為此混凝土澆筑應(yīng)盡量避開炎熱天氣，宜在春秋季節(jié)進(jìn)行。降低混凝土拌合物的溫度并加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，以降低混凝土的成型溫度，也是減小混凝土溫差的一種方法。

混凝土組分材料的預(yù)冷卻，不僅可降低混凝土的澆筑溫度，還可減小混凝土內(nèi)部最高溫度，并減小最高溫度與冬季最低越冬溫度之差，從而將混凝土內(nèi)部溫度控制在允許范圍內(nèi)，以避免裂縫產(chǎn)生。

預(yù)冷混凝土最簡單的方法是冷卻拌合水，如仍不能有效地降低混凝上的澆筑溫度，還可在暑天對粗細(xì)骨料進(jìn)行遮陽覆蓋，亦可在拌合前對粗骨料噴淋冷卻水降溫。

3.3 設(shè)置后澆縫

后澆縫是指在施工期間保留一定時(shí)間的臨時(shí)溫度收縮變形縫。其間距一般為20～30m。寬度為70～100cm，并與施工縫相結(jié)合，可有效地減小由混凝土硬化收縮、干縮及部分溫度收縮引起的應(yīng)力。后澆縫保留時(shí)間一般不少于40d，后澆縫宜使用補(bǔ)償收縮混凝土。

3.4 合理布置分布鋼筋

合理布置分布鋼筋。可以減輕混凝土的收縮和限制裂縫開展，提高混凝土的極限拉伸，當(dāng)鋼筋直徑較小、間距較密時(shí)，對提高混凝土的抗裂性能效果很好。

3.5 施工過程中的保溫和保濕

越冬箱形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)必須注意保溫和保濕，前者是保證結(jié)構(gòu)有較小的溫差，后者是防止混凝土的干縮。對入冬前己完成頂蓋的結(jié)構(gòu)，除四周回填保溫外，頂蓋上部也要用保溫材料覆蓋，特別要注意半地下及地上結(jié)構(gòu)的墻體地面以上部分的保溫，結(jié)構(gòu)的入口應(yīng)封閉。防止冷風(fēng)侵入，結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)注意保濕使其處于潮濕環(huán)境之中。

4 結(jié)語

寒冷地區(qū)越冬箱形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)溫度裂縫是一個(gè)不易解決的問題。到目前為止，尚沒有一個(gè)能徹底解決溫度裂縫的好方法。本文對其成因分析、解決方法僅為初探，還需在未來的實(shí)踐中進(jìn)一步分析，以期得到更好的解決方法。

[1]綦書慧，翟 焱.箱形結(jié)構(gòu)混凝土越冬溫度裂縫與防護(hù)[J].煤炭技術(shù)，2001-01-25.

[2]趙亮.地下箱形結(jié)構(gòu)混凝土裂縫的控制與修補(bǔ)[J].鐵道建筑，1999-12-20.