建（構）筑物長大結構取消后澆帶的技術探索

朱崎穎

摘要：對于建（構）筑物的長大結構或是大體積砼結構，因砼凝固水化熱產生的溫差收縮及自身干縮等變形原因使結構內部出現拉應力，如設計或是施工不當則使結構出現危害性裂縫。以往，通常采取設置后澆帶等方案解決上述問題。但設置后澆帶影響了結構整體性或難以滿足特殊的使用功能要求，故有些建筑對結構提出了無縫要求。本文依托工程實例，簡述添加UEA膨脹劑對砼收縮進行補償而取消后澆帶的設計理論、施工工藝及技術措施，以期能夠對其它結構取消后澆帶的施工起到些許借鑒作用。

Abstract： For long structures or large-volume concrete structures of buildings （structures）， tensile stresses appear inside the structure due to deformation such as temperature difference shrinkage and self-shrinkage due to heat of solidification and hydration of the concrete， such as improper design or construction. It will cause harmful cracks in the structure. In the past， the above problems were usually solved by installing a post-casting belt. However， the setting of post-casting belts affects the structural integrity or it is difficult to meet the special functional requirements， so some buildings put forward seamless requirements for the structure. Based on engineering examples， this article briefly describes the design theory， construction technology and technical measures of adding UEA expansion agent to compensate for the shrinkage of the concrete and canceling the post-casting belt， in order to be able to play a reference role in the construction of the post-casting belt cancellation of other structures.

關鍵詞：長大結構;裂隙控制;結構拉應力分析;取消后澆帶;UEA膨脹劑

Key words： long and large structure;crack control;structural tensile stress analysis;post-casting zone cancellation;UEA expansion agent

中圖分類號：TU7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）14-0182-03

0? 引言

在現代的工業與民用建筑之中，隨著結構形式的日趨復雜，建筑規模的也日趨龐大，設計成大體積砼及長大結構的也增長迅速。大體積及長大的砼結構的裂縫控制為建筑行業內存在的技術難題，雖然國內外機構及院校對此問題進行了長期的研究，文獻研究成果頗多，但因促使大體積及長大結構裂縫產生的影響因素復雜及繁多，故在工程實踐中仍然沒用成熟的技術方法來確保100%的進行裂縫控制。在南寧軌道·壹號城項目長大結構施工時，采取了摻入UEA膨脹劑，以對結構的收縮進行補償，取了良好的裂縫控制效果，以期對相類似項目裂縫控制起到參考作用。

1? 項目概況

南寧軌道·壹號城6#、7#、8#、9#樓及地下室工程總建筑面積132280.04m2，地上面積93907m2，地下面積38373.04m2。6#～9#樓基礎為筏板基礎，主體結構為剪力墻結構，層高2.9m，總高度99.8m。地下室及裙樓基礎為獨立基礎，主體為框架結構，負二層層高4.2m/5.2m，負一層層高4m。地下室最大長度為190m，最大寬度為170m。

本項目地下結構具有斷面尺寸大、長度長等特點。為避免結構出現收縮開裂，地下室結構在縱橫向均設置了多處收縮后澆帶，確保一次澆注的構件長度不超過規范要求的40m。

本項目所在地下水位較高，地下二層車庫底板處于地下水位以下，故地下結構一旦出現裂縫，則造成結構滲水，影響結構的正常使用，甚至滲水使鋼筋銹蝕，而影響建筑的結構安全。故本項目對地下室結構物及后澆帶裂縫控制要求非常高。地下室結構的裂縫控制為本項目地下結構施工的重難點。

2? 長大結構防裂縫施工技術方案的研究

為了控制長大結構產生裂縫，項目技術人員對長大結構產生裂縫進行了理論分析，以指導現場施工。

砼結構出現裂縫的主要原因在于砼早期凝固過程的溫差收縮及本身的干縮，對于建筑的長大結構而言，如果一次澆注成型，溫度收縮及干縮變形使砼產生沿結構縱向的拉應力，因受地基約束的影響，其應力如圖1（b）所示。其中引起結構裂縫的最大拉應力σmax出現在結構中部。

傳統的處理措施是在結構物中部設置后澆帶，分節段澆筑長大結構，使砼結構完成大部分早期收縮后再澆注后澆帶，其設計思路為以放為主。當后澆帶采用不收縮或是微膨脹砼澆筑后，結構應力如圖1（c）所示，σmax出現在節段的結構中部，其數值大幅減少。

隨著技術的進步，在后澆帶砼中摻入膨脹劑，使后澆帶兩側的砼獲得一定預壓應力。則其應力如圖1（d）所示。從圖中可見，此技術措施在圖1（c）的基礎上將σmax值再次減少。

后澆帶的設置能夠大幅降低砼收縮拉應力，雖能在很大程度上減少了裂縫的出現。但由圖1可知，后澆帶并不能完全消除收縮應力，且裂縫的出現受多種復雜因素的影響，設置后澆帶后還是出現有害裂縫的案例非常多。

因設置后澆帶，使得工期延長，工程費用增加。且后澆帶的施工處理和質量控制難度大，稍不注意，其本身就形成結構隱患。故考慮到本項目的具體情況及業主對結構防滲漏的高要求，我們提出了取消后澆帶的建議，這無疑具有較強的技術經濟意義。

根據吳中偉院士的砼冷縮和干縮聯合補償理論：

ε-S-SY≤SP+CT? ?（1）

在砼中摻入膨脹劑，使式（1）成立，即在砼結構內整體、均勻地產生預壓應力，以補償砼在凝固過程中因溫差及干縮等產生的拉應力，從而避免長大結構構件出現收縮裂縫，或是將裂縫控制在無害范圍內，最終達到無縫或是少縫的目的。

3? 摻入UEA膨脹劑后結構應力分析

本項目擬于砼中摻入適量UEA膨脹劑，使砼產生膨脹補償收縮，達到取消后澆帶的目的。以往施工單位簡單地按圖1（b）所示的拉應力分布情況在結構中間段摻入最大量的UEA膨脹劑，然后向兩端依次減少。其實這種做法是錯誤的，因在自由變形情況下，結構物的收縮變形沿縱向是均勻分布的，當結構物受地基約束而不能自由變形，但結構與地基之間產生了相對運動的趨勢，地基對結構物產生反力（類似于靜摩擦力），此時收縮力及地基反力的合力方為圖1（b）所示。當摻入砼的膨脹劑補償收縮后，結構物無變形，即結構物與地基間不產生相對運動的趨勢，則地基對結構物也不產生反力，則膨脹劑應是沿結構物縱向均勻摻入。

4? 取消后澆帶的理論計算及分析

先進行式（1）各參數值的計算，根據計算結果分析裂縫控制情況，以進行膨脹劑摻入量的設計。

4.1 砼極限延伸率SP

SP=0.5Rf（1+ρ/d）×10-4? （2）

式中：SP—構件砼的彈性延伸率;ρ—構件全斷面配筋率，×100;d—全斷面主筋加權平均直徑（cm）;Rf—構件砼的抗拉強度標準（MPa）。

分析式（2）可知，設計配筋采取小直徑鋼筋、加密間距有助于控制裂縫。

以本項目地下室的500mm×1000mm縱向框架梁為例。框架梁采用C35砼，其設計抗拉強度Rf=2.2N/mm2。主筋為14根直徑d=25mm螺紋鋼。斷面配筋率ρ=（3.14×（0.025/2）2×14）/（0.5×1）=1.37%。則得：

Sk=0.5Rf（1+ρ/d）×10-4=0.5×2.2×（1+1.37/2.5）×10-4=1.7×10-4

4.2 砼徐變CT

本項目砼徐變按砼極限延伸率SP的0.5倍考慮，其值偏于保守，則得：

CT=0.5SP=0.5×1.7×10-4=0.85×10-4

4.3 砼的干縮量S

砼干縮變形量按下式計算。

S=ε0Y×M1×M2…M10（3）

式中：ε0Y—在標準狀態下砼的干縮率極限值，取值3.24×10-4;M1M2…M10是與砼所用材料、配合比、配筋率及施工工藝等相關的調整系數。

本項目采用PO32.5普通硅酸鹽水泥。根據本項目實際情況，調整系數取值：M1=1，M2=1，M3=1，M4=1.1，M5=1，M6=1.2，M7=0.77，M8=0.97，M9=1，M10=0.76。

所以S=3.24×10-4×1.1×1.2×0.77×0.97×0.76=2.43×10-4

4.4 溫度差冷縮值SY

SY=αR（T2-T1）? ? ? ? ?（4）

式中：α—為砼溫升線膨脹系數;T2—構件在砼凝固后及使用壽命期內的最高溫度（℃），T1—構件在砼凝固后及使用壽命期內的最低溫度（℃），按使用過程中環境最低溫度，取值10℃;R—約束系數，即結構變形受外界其它結構約束的影響程度，根據本項目的實際情況，取值0.6。

最高溫度T2主要來源于季度性最高溫度及砼凝固時在砼內產生的最高溫度，計算時取兩者的高值。本項目季節最高溫按40℃，砼凝固時在砼內部產生的最高溫經理論計算，為58℃，故T2取值58℃。則得：

SY=1×10-5×0.6×（58-10）=2.88×10-4

4.5 構件裂縫控制情況分析

當ε=0時，即不對砼采取冷縮和干縮聯合補償措施的情況下：

ε-S-SY=0-2.43×10-4-2.88×10-4=5.31×10-4

SK+CT=1.7×10-4+0.85×10-4=2.55×10-4

由計算結果分析可知，在正常的施工、養護及使用條件下，500mm×1000mm縱向框架梁會產生裂縫。

4.6 摻入UEA膨脹劑

由前面計算可知，需在框架梁砼中需摻入UEA膨脹劑，補償構件2.76×10-4（5.31×10-4-2.55×10-4）及以上的膨脹率方可確保框架梁不產生裂縫。

根據以往的研究成果，當UEA膨脹劑摻入量按代替水泥用量10～12%范圍時，對砼強度無影響，并能使砼產生2～3×10-4的膨脹率。按插入法計算，使砼產生2.76×10-4的膨脹率，需摻入量為11.5%。本項目實際UEA膨脹劑摻入量為12%，既能在冷縮和干縮聯合補償完成的基礎上還使結構產生少許預加應力，更利于結構的裂縫控制。

5? 為控制裂縫采取的其它技術措施

5.1 降低砼凝固時砼內部水化熱最高溫升

引起砼構件溫度差冷縮值SY主要來源于溫差，最高溫度往往為砼凝固時的水化熱使砼內部的最高溫升，由此看來，降低砼水化熱的最高溫升，無疑能夠降低裂縫產生的風險。故本項目除了使用水化熱低的水泥外，還在砼里摻入高質量的粉煤灰替代部分水泥（替代了18%的水泥用量，降低水化熱18%左右），不僅可以減少水泥用量而降低水化熱，粉煤灰的摻入還降低了拌合水，增強砼的和易性，還改善了砼本身抗滲性能。

此外還采用冰水拌合砼，砂石料堆場上搭建遮陽棚，砼運輸時采取覆蓋保溫層等技術措施降低入倉砼的溫度。經現場實測，施工時梁體內部水化熱最高溫升為48.6℃，可見上述技術措施的效果明顯。

5.2 嚴格澆筑過程控制

通過嚴格控制施工工藝過程，確保砼澆筑質量，提高砼抗裂性能。砼澆筑采取了“斜向分層、循序推進、一次完成”的施工方案。采用2臺輸送泵從梁體中心開始，分別兩端推進，每處輸送泵配備3根振搗棒，分別在出料口、斜坡中部、斜坡底進行充分振搗。并在砼初凝前適時實施2次振搗，以降低砼內部孔隙，增強砼的密實度，進而提高強度和抗滲性。2次振搗的時機及振搗時間由經驗豐富的砼工進行控制，以避免2次振搗發生在砼初凝后而破壞砼結構。

5.3 嚴控各工序施工時間，防止冷縫產生

為避免梁體出現澆筑冷縫，采取各工序施工時間“雙控”措施。首先，將砼從出機至澆筑完成按兩個時段實行時間控制，首先砼出機后需在2h內運輸至現場;其次現場的砼需要2h內完成澆筑。上述任一時段超時，均清出場外。

且嚴格控制循環澆筑時覆蓋間隔時長，次層砼覆蓋上層的間隔時間不得超過3h。

6? 結束語

①在項目竣工后，本項目基礎底板沒出現有害裂縫及滲水等現象，說明了本項目通過摻入UEA膨脹劑及加強施工工藝控制等綜合技術措施科學合理，達到了取消后澆帶的目的。

②鋼筋砼結構日趨長大化和復雜化，需根據結構物的特點靈活進行取消后澆帶的無縫設計，但嚴禁取消沉降縫，也不能取消有沉降性質的后澆帶。

③對于大尺寸或是大體積的砼結構，砼保濕養護也是防止或控制裂縫的關鍵環節。需采取有效措施，控制結構內外溫差及降溫速率，提高抗裂能力。

參考文獻：

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[2]歐陽冬.某超長地下車站結構抗裂設計與研究[J].鐵道勘測與設計，2011（3）.

[3]方開敏，宋光輝.超長結構抗裂設計及實例分析[J].工程建設，2009（6）.