張鐵君， 茅立明

(1.寧波市工程設(shè)計研究院，浙江 寧波 315012；2.浙江綠城東方建筑設(shè)計有限公司，浙江 寧波 315400)

0 引言

隨著城市建設(shè)的不斷深入發(fā)展，各類超高、超長、超寬建筑物也在全國各個城市不斷出現(xiàn)，為滿足建筑要求，這些建筑通常避免設(shè)置伸縮縫來防止因留縫產(chǎn)生的防水問題。然而，根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010—2002)規(guī)定，混凝土結(jié)構(gòu)長度超過55m時，需要設(shè)置伸縮縫，防止因混凝土收縮及降溫作用產(chǎn)生結(jié)構(gòu)裂縫。隨著經(jīng)驗的累積和新技術(shù)的使用，通過采取各種有效技術(shù)措施，控制混凝土收縮，突破規(guī)范規(guī)定的設(shè)置伸縮縫最大允許間距距離，進(jìn)行超大超長型結(jié)構(gòu)設(shè)計也成為現(xiàn)實。本文根據(jù)寧波某超長型地下結(jié)構(gòu)來分析其設(shè)計方法和控制要點。

1 工程概況

寧波某住宅小區(qū)由15座高層住宅樓及部分沿街多層商鋪組成，上部住宅為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，商鋪為框架結(jié)構(gòu)，整個小區(qū)下設(shè)置單層地下室。地下室建筑面積為35 107m2，東西最長處為153m，南北最長為235m，建設(shè)單位要求該地下室頂板不能設(shè)置伸縮縫，屬于超長地下室。設(shè)計完成時間為2008年5月，工程開工時間為2008年7月，至2009年11月中間驗收，發(fā)現(xiàn)地下室僅局部出現(xiàn)細(xì)小裂縫，按裂縫的形狀及分布規(guī)律主要可分為兩類。第一類為地下室側(cè)壁墻體以及頂板局部出現(xiàn)的不規(guī)則、不連續(xù)的細(xì)小裂縫，無滲漏現(xiàn)象。第二類為外墻豎向裂縫，裂縫具有中間寬、兩頭尖的特點，有小部分裂縫有滲水現(xiàn)象。經(jīng)過分析排除沉降開裂的因素后，上述裂縫產(chǎn)生的主要原因是混凝土收縮變形和溫度應(yīng)力。

于同年年底根據(jù)裂縫的程度采取封閉或灌漿處理，至今尚未發(fā)現(xiàn)滲漏情況和任何肉眼可見的裂縫。

現(xiàn)結(jié)合裂縫產(chǎn)生原因，對這類超大、超長型地下混凝土結(jié)構(gòu)在設(shè)計和施工時應(yīng)注意的問題進(jìn)行分析。

圖1 小區(qū)地下車庫平面圖

2 裂縫成因分析

裂縫是固體材料中某種不連續(xù)現(xiàn)象的表現(xiàn)，分為微觀裂縫和宏觀裂縫兩種。微觀裂縫通常指肉眼看不見的裂縫以0.05mm為界；宏觀裂縫則指大于0.05mm的裂縫。產(chǎn)生原因有：1)因外荷載的直接應(yīng)力和結(jié)構(gòu)的次應(yīng)力引起的；2)結(jié)構(gòu)受混凝土收縮、溫差變化、徐變、不均勻沉降等因素引起的。根據(jù)本工程裂縫不連續(xù)表現(xiàn)，排除不均勻沉降因素，屬于因混凝土收縮和溫度應(yīng)力引起的非荷載裂縫。非荷載裂縫只有在結(jié)構(gòu)變形、受到約束、強度不足這3種要素同時存在才會產(chǎn)生。根據(jù)受力機理，解決辦法有以下3種：1)減小變形；2)解除或減小約束；3)提高材料的抗裂性能。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 結(jié)構(gòu)布置

本工程高層建筑物的周邊分布及南北兩側(cè)設(shè)置人防防護(hù)單元，導(dǎo)致地下室周邊混凝土墻構(gòu)件較為密集，尤其是南北兩側(cè)，從而形成了該地下室結(jié)構(gòu)兩端的抗側(cè)剛度大的先天不足。王鐵夢教授對混凝土裂縫控制提出了“放”和“抗”的觀點，這是對裂縫控制最本質(zhì)的闡述?！胺拧本褪墙档蛯Y(jié)構(gòu)的約束程度，使產(chǎn)生的約束應(yīng)力小于當(dāng)時混凝土的抗拉強度，防止裂縫產(chǎn)生；“抗”是提高混凝土結(jié)構(gòu)本身的防御裂縫出現(xiàn)的能力，或提高結(jié)構(gòu)的抗裂能力，控制肉眼可見裂縫的出現(xiàn)或使裂縫細(xì)小而分散，將裂縫控制在無害范圍。在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，針對地下室超長，超大的特點，進(jìn)行多方面的考慮，結(jié)合“抗”與“放”思路，合理地減少了裂縫的產(chǎn)生：

1)地下室混凝土強度等級不宜過高，如果混凝土強度等級過高，水泥用量多，混凝土硬化過程中的水化熱高，收縮大，容易引起裂縫，故在設(shè)計中采用強度等級為C35、抗?jié)B等級為P6的混凝土。在地下室混凝土中摻入膨脹劑，應(yīng)保證該砼水中14 d的限制膨脹率≥0.015%，水中14 d空氣中28 d的限制干縮率≤0.030%。同時摻入一定比例的改性聚丙纖維(不少于0.9 kg/m3)，以提高混凝土的整體連續(xù)性和均勻性，改善混凝土的脆性，提高混凝土的抗裂性能。

2)確定合理的結(jié)構(gòu)布置、合理的配筋率及構(gòu)造處理。地下室底板及頂板考慮到經(jīng)濟(jì)性采用拉通鋼筋與附加鋼筋相結(jié)合間隔布置的方法。地下室外墻單側(cè)水平筋的配筋率控制不小于0.25%，水平筋間距控制不大于150mm。在地下室外墻墻體高度水平中線部位上下500mm的范圍內(nèi)，水平筋間距控制不大于100mm。地下室外墻在柱與其他墻體交接的部位設(shè)置附加水平鋼筋，伸出柱或其他墻體兩側(cè)各1 500mm。

3)后澆帶設(shè)置。通常無縫設(shè)計的超長地下室均會采用設(shè)置后澆帶，一般工程采用間隔30～40m設(shè)置后澆帶的方法防止混凝土開裂，后澆帶的作用主要是釋放后澆帶封閉前這段時間內(nèi)混凝土硬化過程中的收縮變形，減少或控制混凝土的初始裂縫。因此后澆帶的設(shè)置必須充分考慮混凝土的早期收縮量及結(jié)構(gòu)縱向的抗側(cè)剛度大小來確定后澆帶間距，同時還必須對后澆帶寬度及鋼筋構(gòu)造加以重視。針對目前實際工程中后澆帶鋼筋的構(gòu)造比較混亂，有將板筋截斷梁筋不斷的，也有后澆帶鋼筋全部不斷的，甚至還有在后澆帶范圍內(nèi)增設(shè)加強筋的。究竟應(yīng)采用何種構(gòu)造方式為好，文獻(xiàn)[2]中對此進(jìn)行了深入的分析，認(rèn)為后澆帶完全脫開最為有利，但由于結(jié)構(gòu)其他方面條件的限制往往難以做到，當(dāng)鋼筋部分貫通時，穿越后澆帶的鋼筋面積越大，對結(jié)構(gòu)越不利；后澆帶寬度越大，對結(jié)構(gòu)越有利；鋼筋合力點位置越低對結(jié)構(gòu)越有利。因此，我們在設(shè)計過程中做到以下原則：后澆帶盡量設(shè)置在跨度小的開間及該跨1/3的位置。盡量減少穿越后澆帶的連續(xù)鋼筋總量，對于板內(nèi)及梁側(cè)鋼筋，由于便于焊接且允許采用搭接方案，均采用斷開處理。對允許進(jìn)行搭接處理的梁側(cè)與梁面縱向鋼筋盡量截斷，只保留梁底鋼筋貫通，在澆搗后澆帶砼并形成強度之前必須有充足支撐。對于非沉降后澆帶留設(shè)時間不少于3個月。采用C40微膨脹混凝土進(jìn)行澆筑，應(yīng)保證該砼水中14 d的限制膨脹率大于等于0.025%，水中14 d空氣中28 d的限制干縮率≤0.030%。

4)為了施工的方便，經(jīng)過后澆帶劃分的部分板塊超過40m，對于這類板塊設(shè)置連續(xù)式膨脹加強帶，膨脹加強帶帶寬2.0m，帶的兩側(cè)布置密孔鋼絲網(wǎng)，將帶內(nèi)混凝土與帶外混凝土分隔開，帶內(nèi)增設(shè)A6@150的水平溫度鋼筋，均勻布置在上下層鋼筋上，水平溫度鋼筋垂直于膨脹加強帶長度方向進(jìn)行分布，采用C40微膨脹混凝土進(jìn)行澆筑，應(yīng)保證該砼水中14 d的限制膨脹率≥0.025%，水中14 d空氣中28 d的限制干縮率≤0.030%。

3.2 施工要點

本工程地下室東西長153m，長度超過規(guī)范規(guī)定伸縮縫最大間距30m的要求，如果設(shè)置伸縮縫會對結(jié)構(gòu)耐久性、防水、施工及維修等帶來不便，因此，單一方面采取措施都不能達(dá)到理想的效果，通過從設(shè)計、施工、混凝土配合比、材料等方面進(jìn)行優(yōu)化，各環(huán)節(jié)緊密配合，才能取得良好的效果，提出以下的施工關(guān)鍵點：

1)編制合理的施工方案，并通過建設(shè)單位、設(shè)計單位和監(jiān)理單位的審核。對施工人員進(jìn)行有針對性的技術(shù)交底。

2)嚴(yán)格控制混凝土原材料質(zhì)量和技術(shù)指標(biāo)，外加劑供應(yīng)方應(yīng)提供詳細(xì)的實驗數(shù)據(jù)，實驗數(shù)據(jù)除滿足設(shè)計要求外還必須符合國家、地方相關(guān)規(guī)范規(guī)程的規(guī)定。

3)混凝土配合比設(shè)計應(yīng)盡量降低膠凝材料總量、降低水灰比、提高單位體積粗骨料的用量，采用低水化熱水泥。

4)在混凝土中摻入一定比例的改性聚丙纖維，有效地提高混凝土的阻裂能力、抗?jié)B性和抗拉強度，施工時應(yīng)確保纖維在混凝土中均勻分布，不得有結(jié)團(tuán)結(jié)塊情況。

5)混凝土澆搗成型時間應(yīng)盡量安排在春秋兩季，以減小季節(jié)性溫差影響；混凝土入模時應(yīng)低溫入模、低溫養(yǎng)護(hù)，使混凝土終凝溫度盡量降低，減少水化熱和收縮。

6)應(yīng)在澆筑完畢后12 h內(nèi)對混凝土加以覆蓋和澆水，混凝土硬化后，采用蓄水養(yǎng)護(hù)或用濕麻袋覆蓋，保持混凝土表面潮濕，養(yǎng)護(hù)時間不少于21 d；地下室抗?jié)B混凝土不得過早拆模，拆模時混凝土強度必須達(dá)到設(shè)計強度的80%，且不得少于14 d，并應(yīng)加強養(yǎng)護(hù)，拆模前應(yīng)使抗?jié)B混凝土一直保持濕潤，拆模后宜用濕麻袋緊貼墻體覆蓋，繼續(xù)澆水養(yǎng)護(hù)28 d以上，宜采用水管噴淋方式養(yǎng)護(hù)。當(dāng)日平均氣溫低于5℃時，不得澆水，可用塑料布覆蓋。

4 結(jié)語

超長混凝土結(jié)構(gòu)已廣泛應(yīng)用于商業(yè)及民用建筑，其非荷載裂縫通常由混凝土收縮及溫差變化造成，需要從結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料、混凝土配合比、施工等多方面綜合優(yōu)化考量，設(shè)計與施工密切配合，加強混凝土早期養(yǎng)護(hù)，防止裂縫產(chǎn)生。

[1]王鐵夢.工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，1997.

[2]全學(xué)友，孫會郎.后澆帶的設(shè)置方案對抗裂效果的影響[J].建筑結(jié)構(gòu)，2004(6).

[3]GB50010—2002，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].