超长地下室结构无缝设计

 【摘要】：随着我国建设事业的发展,建筑物使用功能的需要,钢筋混凝土房屋超长结构越来越多,现在地下室建筑长度、宽度几百米情况时常出现,超长地下室无缝设计在我国以及有了较大成功案例。本文依据就苏州南门路面粉厂地块定销商品房(北区)地下车库结构设计,对超长结构必须考虑在施工期间及投入使用后如何减少或控制裂缝进行分析及介绍,为其它项目提供一些参考。

【关键词】超长地下室;无缝设计;裂缝控制

超长结构系指结构单元长度超过了《混凝土结构设计规范》所规定的钢筋混凝土结构伸缩缝、沉降缝最大间距的结构，结构设置伸缩缝、沉降缝是基于混凝土干燥收缩、热胀冷缩和地基不均匀沉降而引起结构变形破坏，而主要是考虑长期热胀冷缩的影响，考虑混凝土干缩和施工期间水泥水化热影响常采用施工后浇带等措施。混凝土结构在施工过程中和使用过程中或多或少出现不同程度、不同形式的裂缝已是普遍现象，结构物裂缝是不可避免的，大量的工程实例证明，结构留缝与否，并不是决定结构变形开裂与否的唯一条件。结构裂缝与很多因素有关。结构裂缝分为两大类，一类是由于荷载引起的裂缝，另一类是由于变形引起的裂缝，很多结构裂缝无法用荷载原因去解释，只能用变形去解释。变形作用包括温度、湿度、水泥水化热、地基变形等。综上所述地下室结构产生裂缝有以下几个主要原因: ( 1) 地基不均匀沉降导致混凝土开裂; ( 2) 混凝土强度不足不满足设计要求导致混凝能开裂; ( 3) 混凝土收缩产生的裂缝; ( 4) 温度变化引起的混凝土裂缝。前面两项在混凝土结构设计中严格按规范条文执行，能够较好的控制混凝土裂缝的产生; 本文主要介绍后两项在实际工程的解决方法。近些年，随着新材料的运用和计算机分析手段的不断进步，国内已经有了多个超长不设缝混凝土结构工程的成功案例。本文在对地下室裂缝产生的原因进行分析的基础上，结合苏州南门路面粉厂地块定销商品房( 北区) 地下车库结构设计工程，对超长地下室结构的无缝设计进行相关探讨。

　　1 工程概况

　　工程位于苏州市。为政府开发的动迁回迁安置小区，设一层地下室，地下室与周边高层住宅楼通过混凝土通道相连接，其主要功能为停车库，战时转为人防地下室，其地下室建筑面积约 2 万平方米。地下室长约201m，宽约 160m。顶板与底板均采用梁板结构形式，顶板厚250mm，底板厚有 400mm( 人防部分 450mm) ，外墙厚 300mm，顶板上部覆土厚度1 米; 砼强度等级: 墙、柱、梁、板均为 C30，砼抗渗等级均为 p6 级。
地下室平面简图：

　　2 地下室混凝土结构裂缝产生原因

　　2． 1 温度引起的混凝土裂缝，是地下室墙体裂缝出现的主要原因之一
( 1) 水泥水化热影响。水泥在水化过程中产生了大量的热量，因而使混凝土内部的温度升高，当混凝土内部与表面温差过大时，就会产生温度应力和温度变形。温度应力与温差成正比，温差越大，温度应力越大，当温度应力超过混凝土内外的约束力时，就会产生裂缝。
( 2) 外界气温变化的影响。大体积混凝土在施工阶段引起的温度温差以及昼夜、浇筑温度和散热温度三者的叠加。混凝土抗拉强度是抗压强度的 1/20 ～1/10，由于原材料不均匀，水灰比不稳定及运输和浇筑过程中的离析现象，在同一块混凝土中其抗拉强度又是不均匀的，存在着许多抗拉能力低，易于出现裂缝的薄弱部位。
2． 2 混凝土收缩引起的裂缝
收缩裂缝主要由下面三种收缩引起: 硬化收缩与外界湿度变化无关，塑性收缩量大，在混凝土表面上特别是在养护不良的部位，出现龟裂，裂缝无规则。干缩: 即混凝土内水分不断蒸发，引起体积显着收缩，其收缩量占总体积收缩量的 80% ～90%，水泥石在干燥和水湿的环境中要产生干缩和湿胀现象，混凝土结构的干缩是非常复杂的变形过程，影响因素很多。

　　3 超长大体积地下室混凝土结构裂缝的控制

　　我们根据对混凝土裂缝产生的原因分析，在超长地下室结构控制裂缝方面，主要从以下几方面进行:
3． 1 释放混凝土构件内应力
混凝土早期收缩量大，在超长混凝土地下室结构中合理设置“后浇带”，减少混凝土在硬化过程中的收缩应力，减少约束体与被约束体之间相互制约，以释放大部分变形，减少约束应力，防止墙板裂缝的有效方法。本工程每隔 30 ～ 40m 之间设置后浇带，带宽度为 800 ～1000mm，本工程采用 800mm，如上图所示。后浇带应在两侧混凝土的龄期不小于 60 天后再浇捣，后浇带混凝土强度等级采用比原设计混凝土强度等级高一个等级收缩补偿混凝土( 可采用 UEA 膨胀剂)。
3． 2 改善混凝土材料性能，减少因混凝土自身引起的收缩变形
优选水化热低的水泥，以降低水泥水化热所产生的热量，从而控制混凝土的温度，如矿渣硅酸盐水泥，不宜采用高强度等级或早强水泥;在保证强度前提下，尽量减少水泥用量，降低水灰比，严格控制集料的级配及其含泥量，选用合适的缓凝、减水等外加剂，以改善混凝土的性能，控制好混凝土塌落度。
3． 3 提高混凝土构件的抗拉强度
在本工程中采用 UEA 膨胀剂，用量为水泥用量的 10% ～ 12%，其膨胀率为( 2 ～3) ×10－ 4，在配筋率为 0． 2% ～ 0． 8% 时，可在结构中建立 0．2 ～0． 7MPa 预压应力，这一预压应力大致可以补偿混凝土在硬化过程中产生温差和干缩的拉应力，从而防止了收缩裂缝或者把裂缝控制在无害裂缝范围内( 小于 0． 1mm) ; 掺入适量抗渗防裂纤维; 在地下室构件配筋方面，地下室外墙水平钢筋为 14@ 150; 地下室顶板配筋为 12@ 150 双层双向拉通，配筋不足之处再附加钢筋; 地下室底板配筋非人防区域为 14@ 150 双层双向拉通，人防区域为 16@ 150 双层双向拉通。通过增强混凝土材料抗裂性能，配筋方面减小钢筋间距，适当提高配筋率，抵抗混凝土因温度变化及混凝土收缩产生的应力，保证混凝土不开裂。
3． 4 混凝土养护
( 1) 通过拆除模板后在其表面刷层养护剂的方法，可以控制混凝土内部湿度，同时通过浇水进行养护，可以达到确保水泥水化的充分，以减少裂缝的出现。
( 2) 采取延长拆模时间和外保温措施，使内外温差在一定范围内，通过减少混凝土结构内外温差，减水温度裂缝。
( 3) 在地下室主体施工完成后应及时将地下室顶板上部及四周进行回填土，减少因太阳对地下室顶板的暴晒及昼夜大幅温差原因，从而减少混凝土的侧板及顶板开裂。

　　4 结束语

　　地下室裂缝产生的原因相当复杂，特别是这种超长混凝土结构更容易产生因环境、各种材料等因素所导致裂缝。本文通过分析裂缝产生的原因，采取尽量释放混凝土自身产生应力，减少混凝土的收缩变形，增强混凝土构件的抗裂性能，加强对混凝土的养护，才能够有效的控制超长地下室结构的裂缝产生。希望本工程的设计及施工技术措施能对超长地下室结构无缝设计有所帮助。

　　参考文献
［1］陈斌． 混凝土配合比优化及结构早期裂缝防治研究［D］． 浙江大学，2005．
［2］李国胜． 建筑结构裂缝及加层加固疑难问题的处理，中国建筑工业出版社.