超長混凝土結構后澆帶抗裂作用影響因素分析

王 瑋

(太原美運家園房地產開發有限公司，山西 太原 030400)

超長混凝土結構后澆帶抗裂作用影響因素分析

王 瑋

(太原美運家園房地產開發有限公司，山西 太原 030400)

介紹了超長混凝土結構后澆帶的原理，并對橫穿后澆帶的鋼筋、后澆帶設置形式、處理方式、建筑結構類型等影響后澆帶抗裂作用的因素進行了分析，為后澆帶的進一步研究奠定了理論基礎。

超長混凝土結構，后澆帶，裂縫，澆筑

0 引言

隨著國民經濟的不斷發展與施工技術水平的日漸提高，混凝土結構在實際工程中的應用范圍越來越廣，隨著結構材料所能達到的強度不斷提高及新型材料的不斷開發創新，新的結構形式不斷涌現，例如大跨度、超高層及超長混凝土結構等。本文針對超長混凝土結構施工后澆帶做了簡單分析。

超長混凝土結構的特征：

1)超長混凝土的規模使得混凝土連續澆筑量較大；

2)澆筑混凝土的強度等級較高，易造成混凝土水化熱大，引起結構溫度收縮變形較大；

3)控制裂縫的難度大。

由超長混凝土結構的特征可見，此類結構極易出現裂縫，裂縫對結構的承載力與正常使用都有直接影響，對結構而言，若嚴格按照規范要求設置變形縫，難免帶來以下問題：

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，當結構遭遇地震時，變形縫梁端的結構變形可能大于結構的變形縫的寬度，造成結構發生碰撞。

因此，對于不合適設縫的超長混凝土結構，需要有更合理的抗裂措施。實際工程中，后澆帶因其不設縫而得到廣泛應用。同時由于后澆帶方法研究尚不成熟，工程實踐經驗遠超理論研究，造成既未達到控制裂縫的目的，又形成大量混凝土裂縫的問題。美國規范也規定要采取必要措施，來應對結構可能遇到的開裂問題[1]。

1 后澆帶原理

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

1)沉降后澆帶。

設置沉降后澆帶用以消除或降低因基礎差異造成的結構不均勻沉降，以及主體結構與裙房之間由于結構類型與基礎變形造成的沉降差；

2)溫度后澆帶。

設置溫度后澆帶，能夠使得結構閉合前的溫差變化引起的結構變形得到釋放，避免開裂；

3)收縮后澆帶。

設置收縮后澆帶使得結構閉合前的應力集中得到充分釋放，避免結構后澆帶處閉合后的開裂。

設置后澆帶的基本思路是“抗放兼施，先放后抗”[4]。溫度應力對現澆混凝土一次澆筑規模比較敏感，而超長混凝土結構因尺寸較大相比一般結構的溫度應力影響尤為顯著。因此，為避免超長混凝土結構設置伸縮縫帶來的不便，獲得結構整體性，必須消除因溫差變化引起結構開裂對結構的不利影響。考慮到結構的最大溫差、收縮與沉降均集中發展在施工期間，在結構投入使用后，溫差與收縮變形的影響相對較小，因此，結構由于溫差與收縮變形引起的結構開裂多發生在早期，即施工期間。為消除或減小由于溫差與收縮變形引起的結構早期裂縫，可采取兩階段法，即第一階段將超長混凝土結構劃分為若干段，分段施工，段與段之間留出一定寬度的距離，使得各段內的混凝土的溫度應力與收縮變形得到充分釋放，在第二階段將各獨立施工段澆筑成整體，共同抵抗結構第二次澆筑的混凝土的溫度應力與收縮變形，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置變形縫的同時達到避免結構開裂，影響其抗裂作用的因素主要可以分為以下四個方面：橫穿后澆帶的鋼筋、后澆帶的設置形式、后澆帶的處理方式以及建筑結構類型[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，梁腹縱向附加鋼筋亦有可能穿過后澆帶兩類。

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。當后澆帶處的鋼筋為完全斷開時，鋼筋受到結構變形的約束，使得后澆帶兩側的結構變形不能完全得到釋放，削弱后澆帶作用；當縱向鋼筋全部斷開時，后澆帶把結構分為左右兩個相互獨立結構，結構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度均遠大于混凝土，因此通過設置合理數量的梁腹縱向附加鋼筋就能達到控制溫度收縮裂縫的作用，實現結構抗裂。

2.2 后澆帶設置形式

1)后澆帶寬度。

后澆帶寬度不僅對結構應力釋放產生影響，同時對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，但是在實際工程中，為了施工便利，避免后澆帶寬度過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，規范且便利起見，工程中后澆帶的寬度常取1 000 mm，文獻[8]對后澆帶寬度亦做了具體規定。

2)后澆帶設置間距。

后澆帶的設置間距應與結構應力釋放能力相關，而結構釋放應力的能力與結構變形能力有關，因此結構體系、結構抗側剛度及后澆帶閉合前的變形對后澆帶的間距起控制作用。由于后澆帶的設置受到結構剛度等因素的影響，因此很難給定一個同時滿足不同結構類型的后澆帶間距的數值，合理后澆帶間距必須考慮結構類型，按照經驗對所有結構統一后澆帶間距的做法不可取。

3)后澆帶設置位置。

后澆帶的設置必將使得結構的整體性遭到破壞，同時對結構抗震性能亦有所影響，為盡可能減小設置后澆帶對結構帶來的影響，對后澆帶的設置位置就提出了較高的要求，使得后澆帶設置處結構受力較小，同時應滿足施工要求。實際工程中，避開結構彎矩與剪力較大的位置，后澆帶通常設置在靠近支座的1/3跨度處，最大程度的降低設置后澆帶對結構性能的影響。

4)后澆帶接縫形式。

為了提高后澆帶界面結合處混凝土的粘結性，后澆帶的接縫通常被設置為不同的類型，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，以設置成平直縫為宜；不同高度的梁應該采用不同的接縫形式，當梁高比較低(≤600 mm)時，以設置成階梯縫為宜，當梁高超出一定限制(>600 mm)時，以設置成企口縫或者V形縫為宜。

2.3 后澆帶的處理方式

1)后澆帶封閉時間。

混凝土在澆筑后的水化熱釋放的規律是先逐步增大，達到峰值后逐漸降低[9]，澆筑一年后，混凝土因失水而導致收縮變形達到穩定，此后結構不會產生裂縫。顯而易見后澆帶處閉合時間越晚，結構因溫差變化與收縮變形造成的應力集中釋放的就越充分，結構出現裂縫的幾率就會越小，同時結構交付時間越晚，都使得結構造價提高，對經濟性不利，需平衡考慮，因此后澆帶閉合時間為3個月左右。

2)后澆帶混凝土等級。

后澆帶處混凝土澆筑的時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，為結構后澆帶處的整體性，一般是選用比兩側混凝土高一個等級的混凝土澆筑后澆帶。

3)后澆帶施工技術。

后澆帶使得結構混凝土不能一次澆筑，后澆的混凝土澆筑時，舊混凝土已經硬化，必將對結構整體性有所影響，因此，需采取措施，保證新舊混凝土的接縫處的粘結強度，實際工程中的做法首先要對接縫處舊混凝土進行清洗、打毛，對后澆帶處新混凝土進行灑水養護，以保證新舊混凝土的粘結。

2.4 建筑結構類型

建筑物的結構體系不同，其變形能力亦有所差距，而對溫度差異與收縮變形的敏感程度亦不同。桿件結構的抗側剛度比較小，屬于柔性結構，對結構約束比較弱，對溫度差異與收縮變形的敏感程度比較小，而剪力墻結構的抗震剛度較大，屬于剛性結構，兩種類型的結構因溫度和混凝土收縮所引起的應力必然會有所差異。

3 研究中存在的問題

實際工程中后澆帶的應用要領先其理論研究，由于技術措施差異和養護等理論的欠缺造成大量混凝土開裂，目前對后澆帶研究主要存在以下問題：

1)未考慮結構體系及結構變形能力的影響，造成目前對后澆帶的間距設置多依據經驗判斷，因此差異懸殊；

2)盲目通過提高后澆帶處混凝土強度解決混凝土澆筑時間差帶來的問題，缺乏理論基礎與實際例證；

3)超長混凝土結構設置后澆帶對結構整體性與抗震性能的影響尚無基礎研究數據。

4 結語

1)解釋超長混凝土結構這種新型結構出現的背景與特征；2)對影響后澆帶抗裂作用的四個因素進行詳細分析；3)針對已有研究，提出目前研究尚存在的問題。

[1] ACI Committee 224，Control of cracking in concrete structure[S].

[2] 王鐵夢.建筑物的裂縫控制[M].上海:上海科技出版社，1987.

[3] 周 星，李 峰，周 巖.淺談后澆帶結構及其施工[J].甘肅科技，2003,19(11):92-93.

[4] 王鐵夢.工程結構裂縫控制[M].北京:中國建筑工業出版社，1997.

[5] Mats Emborg，Stig Bemander.Assessment of risk of thermal cracking in hardening concrete[J].Journal of Structural Engineering Oct,1994(5)：2893-2912.

[6] D Pettersson,S Thelandersson.Crack development in concrete structures due to imposed strains[J].Material and Structures,2001(34):7-20.

[7] Stig Bernander.Avoidance of thermal concrete at early ages state of the art report on practical measure to avoiding early age thermal cracking in concrete structure,1998.

[8 ] 11G101-1，混凝土結構施工圖平面整體表示方法制圖規則和構造詳圖[S].

[9] 王鐵夢.工程結構裂縫控制“抗與放”的理論及其在“跳倉”設施施工的應用[M].北京:中國建筑工業出版社，2007.

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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