建（构）筑物长大结构取消后浇带的技术探索

朱崎颖

摘要：对于建（构）筑物的长大结构或是大体积砼结构，因砼凝固水化热产生的温差收缩及自身干缩等变形原因使结构内部出现拉应力，如设计或是施工不当则使结构出现危害性裂缝。以往，通常采取设置后浇带等方案解决上述问题。但设置后浇带影响了结构整体性或难以满足特殊的使用功能要求，故有些建筑对结构提出了无缝要求。本文依托工程实例，简述添加UEA膨胀剂对砼收缩进行补偿而取消后浇带的设计理论、施工工艺及技术措施，以期能够对其它结构取消后浇带的施工起到些许借鉴作用。

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.

關键词：长大结构;裂隙控制;结构拉应力分析;取消后浇带;UEA膨胀剂

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

中图分类号：TU7                                           文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）14-0182-03

0  引言

在现代的工业与民用建筑之中，随着结构形式的日趋复杂，建筑规模的也日趋庞大，设计成大体积砼及长大结构的也增长迅速。大体积及长大的砼结构的裂缝控制为建筑行业内存在的技术难题，虽然国内外机构及院校对此问题进行了长期的研究，文献研究成果颇多，但因促使大体积及长大结构裂缝产生的影响因素复杂及繁多，故在工程实践中仍然没用成熟的技术方法来确保100%的进行裂缝控制。在南宁轨道·壹号城项目长大结构施工时，采取了掺入UEA膨胀剂，以对结构的收缩进行补偿，取了良好的裂缝控制效果，以期对相类似项目裂缝控制起到参考作用。

1  项目概况

南宁轨道·壹号城6#、7#、8#、9#楼及地下室工程总建筑面积132280.04m2，地上面积93907m2，地下面积38373.04m2。6#～9#楼基础为筏板基础，主体结构为剪力墙结构，层高2.9m，总高度99.8m。地下室及裙楼基础为独立基础，主体为框架结构，负二层层高4.2m/5.2m，负一层层高4m。地下室最大长度为190m，最大宽度为170m。

本项目地下结构具有断面尺寸大、长度长等特点。为避免结构出现收缩开裂，地下室结构在纵横向均设置了多处收缩后浇带，确保一次浇注的构件长度不超过规范要求的40m。

本项目所在地下水位较高，地下二层车库底板处于地下水位以下，故地下结构一旦出现裂缝，则造成结构渗水，影响结构的正常使用，甚至渗水使钢筋锈蚀，而影响建筑的结构安全。故本项目对地下室结构物及后浇带裂缝控制要求非常高。地下室结构的裂缝控制为本项目地下结构施工的重难点。

2  长大结构防裂缝施工技术方案的研究

为了控制长大结构产生裂缝，项目技术人员对长大结构产生裂缝进行了理论分析，以指导现场施工。

砼结构出现裂缝的主要原因在于砼早期凝固过程的温差收缩及本身的干缩，对于建筑的长大结构而言，如果一次浇注成型，温度收缩及干缩变形使砼产生沿结构纵向的拉应力，因受地基约束的影响，其应力如图1（b）所示。其中引起结构裂缝的最大拉应力σmax出现在结构中部。

传统的处理措施是在结构物中部设置后浇带，分节段浇筑长大结构，使砼结构完成大部分早期收缩后再浇注后浇带，其设计思路为以放为主。当后浇带采用不收缩或是微膨胀砼浇筑后，结构应力如图1（c）所示，σmax出现在节段的结构中部，其数值大幅减少。

随着技术的进步，在后浇带砼中掺入膨胀剂，使后浇带两侧的砼获得一定预压应力。则其应力如图1（d）所示。从图中可见，此技术措施在图1（c）的基础上将σmax值再次减少。

后浇带的设置能够大幅降低砼收缩拉应力，虽能在很大程度上减少了裂缝的出现。但由图1可知，后浇带并不能完全消除收缩应力，且裂缝的出现受多种复杂因素的影响，设置后浇带后还是出现有害裂缝的案例非常多。

因设置后浇带，使得工期延长，工程费用增加。且后浇带的施工处理和质量控制难度大，稍不注意，其本身就形成结构隐患。故考虑到本项目的具体情况及业主对结构防渗漏的高要求，我们提出了取消后浇带的建议，这无疑具有较强的技术经济意义。

根据吴中伟院士的砼冷缩和干缩联合补偿理论：

ε-S-SY≤SP+CT   （1）

在砼中掺入膨胀剂，使式（1）成立，即在砼结构内整体、均匀地产生预压应力，以补偿砼在凝固过程中因温差及干缩等产生的拉应力，从而避免长大结构构件出现收缩裂缝，或是将裂缝控制在无害范围内，最终达到无缝或是少缝的目的。

3  掺入UEA膨胀剂后结构应力分析

本项目拟于砼中掺入适量UEA膨胀剂，使砼产生膨胀补偿收缩，达到取消后浇带的目的。以往施工单位简单地按图1（b）所示的拉应力分布情况在结构中间段掺入最大量的UEA膨胀剂，然后向两端依次减少。其实这种做法是错误的，因在自由变形情况下，结构物的收缩变形沿纵向是均匀分布的，当结构物受地基约束而不能自由变形，但结构与地基之间产生了相对运动的趋势，地基对结构物产生反力（类似于静摩擦力），此时收缩力及地基反力的合力方为图1（b）所示。当掺入砼的膨胀剂补偿收缩后，结构物无变形，即结构物与地基间不产生相对运动的趋势，则地基对结构物也不产生反力，则膨胀剂应是沿结构物纵向均匀掺入。

4  取消后浇带的理论计算及分析

先进行式（1）各参数值的计算，根据计算结果分析裂缝控制情况，以进行膨胀剂掺入量的设计。

4.1 砼极限延伸率SP

SP=0.5Rf（1+ρ/d）×10-4  （2）

式中：SP—构件砼的弹性延伸率;ρ—构件全断面配筋率，×100;d—全断面主筋加权平均直径（cm）;Rf—構件砼的抗拉强度标准（MPa）。

分析式（2）可知，设计配筋采取小直径钢筋、加密间距有助于控制裂缝。

以本项目地下室的500mm×1000mm纵向框架梁为例。框架梁采用C35砼，其设计抗拉强度Rf=2.2N/mm2。主筋为14根直径d=25mm螺纹钢。断面配筋率ρ=（3.14×（0.025/2）2×14）/（0.5×1）=1.37%。则得：

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 砼徐变CT

本项目砼徐变按砼极限延伸率SP的0.5倍考虑，其值偏于保守，则得：

CT=0.5SP=0.5×1.7×10-4=0.85×10-4

4.3 砼的干缩量S

砼干缩变形量按下式计算。

S=ε0Y×M1×M2…M10（3）

式中：ε0Y—在标准状态下砼的干缩率极限值，取值3.24×10-4;M1M2…M10是与砼所用材料、配合比、配筋率及施工工艺等相关的调整系数。

本项目采用PO32.5普通硅酸盐水泥。根据本项目实际情况，调整系数取值：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 温度差冷缩值SY

SY=αR（T2-T1）         （4）

式中：α—为砼温升线膨胀系数;T2—构件在砼凝固后及使用寿命期内的最高温度（℃），T1—构件在砼凝固后及使用寿命期内的最低温度（℃），按使用过程中环境最低温度，取值10℃;R—约束系数，即结构变形受外界其它结构约束的影响程度，根据本项目的实际情况，取值0.6。

最高温度T2主要来源于季度性最高温度及砼凝固时在砼内产生的最高温度，计算时取两者的高值。本项目季节最高温按40℃，砼凝固时在砼内部产生的最高温经理论计算，为58℃，故T2取值58℃。则得：

SY=1×10-5×0.6×（58-10）=2.88×10-4

4.5 构件裂缝控制情况分析

当ε=0时，即不对砼采取冷缩和干缩联合补偿措施的情况下：

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

由计算结果分析可知，在正常的施工、养护及使用条件下，500mm×1000mm纵向框架梁会产生裂缝。

4.6 掺入UEA膨胀剂

由前面计算可知，需在框架梁砼中需掺入UEA膨胀剂，补偿构件2.76×10-4（5.31×10-4-2.55×10-4）及以上的膨胀率方可确保框架梁不产生裂缝。

根据以往的研究成果，当UEA膨胀剂掺入量按代替水泥用量10～12%范围时，对砼强度无影响，并能使砼产生2～3×10-4的膨胀率。按插入法计算，使砼产生2.76×10-4的膨胀率，需掺入量为11.5%。本项目实际UEA膨胀剂掺入量为12%，既能在冷缩和干缩联合补偿完成的基础上还使结构产生少许预加应力，更利于结构的裂缝控制。

5  为控制裂缝采取的其它技术措施

5.1 降低砼凝固时砼内部水化热最高温升

引起砼构件温度差冷缩值SY主要来源于温差，最高温度往往为砼凝固时的水化热使砼内部的最高温升，由此看来，降低砼水化热的最高温升，无疑能够降低裂缝产生的风险。故本项目除了使用水化热低的水泥外，还在砼里掺入高质量的粉煤灰替代部分水泥（替代了18%的水泥用量，降低水化热18%左右），不仅可以减少水泥用量而降低水化热，粉煤灰的摻入还降低了拌合水，增强砼的和易性，还改善了砼本身抗渗性能。

此外还采用冰水拌合砼，砂石料堆场上搭建遮阳棚，砼运输时采取覆盖保温层等技术措施降低入仓砼的温度。经现场实测，施工时梁体内部水化热最高温升为48.6℃，可见上述技术措施的效果明显。

5.2 严格浇筑过程控制

通过严格控制施工工艺过程，确保砼浇筑质量，提高砼抗裂性能。砼浇筑采取了“斜向分层、循序推进、一次完成”的施工方案。采用2台输送泵从梁体中心开始，分别两端推进，每处输送泵配备3根振捣棒，分别在出料口、斜坡中部、斜坡底进行充分振捣。并在砼初凝前适时实施2次振捣，以降低砼内部孔隙，增强砼的密实度，进而提高强度和抗渗性。2次振捣的时机及振捣时间由经验丰富的砼工进行控制，以避免2次振捣发生在砼初凝后而破坏砼结构。

5.3 严控各工序施工时间，防止冷缝产生

为避免梁体出现浇筑冷缝，采取各工序施工时间“双控”措施。首先，将砼从出机至浇筑完成按两个时段实行时间控制，首先砼出机后需在2h内运输至现场;其次现场的砼需要2h内完成浇筑。上述任一时段超时，均清出场外。

且严格控制循环浇筑时覆盖间隔时长，次层砼覆盖上层的间隔时间不得超过3h。

6  结束语

①在项目竣工后，本项目基础底板没出现有害裂缝及渗水等现象，说明了本项目通过掺入UEA膨胀剂及加强施工工艺控制等综合技术措施科学合理，达到了取消后浇带的目的。

②钢筋砼结构日趋长大化和复杂化，需根据结构物的特点灵活进行取消后浇带的无缝设计，但严禁取消沉降缝，也不能取消有沉降性质的后浇带。

③对于大尺寸或是大体积的砼结构，砼保湿养护也是防止或控制裂缝的关键环节。需采取有效措施，控制结构内外温差及降温速率，提高抗裂能力。

参考文献：

[1]王梦铁.工程结构裂缝控制[M].北京：中国建筑出版社，1997.

[2]欧阳冬.某超长地下车站结构抗裂设计与研究[J].铁道勘测与设计，2011（3）.

[3]方开敏，宋光辉.超长结构抗裂设计及实例分析[J].工程建设，2009（6）.