超長地下室混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的控制措施
【摘要】本文根據(jù)具體工程設(shè)計和施工管理實踐和體會,充分分析了超長地下室混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的原因,重點介紹了對超長混凝土結(jié)構(gòu)如何有效控制裂縫的具體設(shè)計及施工措施。
【關(guān)鍵詞】超長地下室;混凝土結(jié)構(gòu);裂縫;控制措施
建筑工程中,特別是超長地下室混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫較為普遍,裂縫的類型也很多,但按成因基本可歸結(jié)為由外荷和變形引起的兩大類裂縫。隨著建筑向大型化和多功能發(fā)展,而城市土地資源稀缺,向地下及空中發(fā)展成為必然趨勢,超長(即超過溫度伸縮縫間距)地下室不斷出現(xiàn),混凝土強度等級的提高,施工中泵送混凝土工藝的應(yīng)用,使超長混凝土結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的各種裂縫有逐漸增多的趨勢。根據(jù)作者多年的工作經(jīng)驗和體會,就超長地下室產(chǎn)生裂縫的類型和原因進(jìn)行細(xì)致分析,并就如何避免產(chǎn)生這些裂縫提出一些具體措施,為設(shè)計和施工人員提供參考。
一、超長地下室混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的原因分析
在超長地下室結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生裂縫的主要有以下幾種:沉降不均產(chǎn)生的裂縫、非結(jié)構(gòu)變形產(chǎn)生的裂縫、施工產(chǎn)生的裂縫等。
1.設(shè)計方面原因
在設(shè)計過程中很多設(shè)計師都很嚴(yán)格按照承載能力的極限狀態(tài)設(shè)計,但對混凝土結(jié)構(gòu)適用性設(shè)計重視不夠,結(jié)構(gòu)適用性設(shè)計包括正常使用極限狀態(tài)設(shè)計和性能化設(shè)計,正常使用極限狀態(tài)設(shè)計是為了確保結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生超過正常使用狀態(tài)的變形、裂縫及耐久性、振動以及其它影響使用的極限狀態(tài)重視不夠。裂縫產(chǎn)生的原因主要是變形作用,如溫度變形、收縮變形、基礎(chǔ)不均勻沉降變形等多因素,統(tǒng)稱為變形作用引起的裂縫問題,此類裂縫幾乎占全部裂縫的80%以上。當(dāng)這種溫度應(yīng)力超過混凝土內(nèi)外的約束力時,就會產(chǎn)生裂縫。
混凝土結(jié)構(gòu)的適用性設(shè)計應(yīng)包括三項設(shè)計目標(biāo):
。1)在構(gòu)件變形的計算時,考慮特定情況的不利因素;
。2)保障建筑的做法、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、裝飾裝修及設(shè)備設(shè)施等不出現(xiàn)明顯的損傷;
。3)非荷載作用的影響。
上述三個方面是造成混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的主要原因。
2.材料方面原因
混凝土中水泥用量越大,含水量越高,表現(xiàn)為水泥漿量或含膠漿量越大,坍落度大,收縮越大。水灰比越大,收縮越大;炷敛鹉_^早表面早期會大量失水。高強度混凝土徐變小,應(yīng)力松弛低,脆性高并容易引起開裂。暴露面越大,包羅面越小,收縮越大。水泥品種不同收縮大小不同,故應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)厚度及特點選擇水泥品種。砂巖作骨料時收縮大幅度增加,應(yīng)避免使用。粗細(xì)骨料中含泥量越大收縮越大。早期養(yǎng)護(hù)時間越長,收縮越小。骨料粒徑越粗,收縮越小,骨料粒徑越細(xì),砂率越高,收縮越大。水泥活性越高,顆粒越細(xì)比表面積越大,收縮越大。超細(xì)摻合料具有相同性質(zhì)。大摻量高性能混凝土的早期塑性收縮和自生收縮較大,易引起開裂。外加劑摻合料選擇不當(dāng)可增大收縮。中低強度混凝土盡可能采用普通減水劑和中效減水劑,也可用摻量較少的聚羧酸高效減水劑,它的收縮較小,減水效果較好。不宜采用吸水率大的骨料及摻合料(骨料可以預(yù)先濕潤)。注意水泥凈漿收縮遠(yuǎn)大于砂漿,砂漿收縮遠(yuǎn)大于混凝土,嚴(yán)格控制混凝土的均勻性。
3.環(huán)境方面原因
風(fēng)速較大,收縮越大,注意高空現(xiàn)澆混凝土的收縮問題。養(yǎng)護(hù)時盡量采用噴霧,效果較好。環(huán)境溫度越高,收縮越大;停工暴露時間越長收縮越大。封閉或開敞環(huán)境中的裂縫程度取決于環(huán)境溫濕度變化。及時回填土對混凝土的裂縫控制及防水都十分重要。環(huán)境濕度越大,收縮越小,環(huán)境溫度越高,越干燥,收縮越大。
4.施工方面原因
由于施工方法不當(dāng),控制措施不到位,養(yǎng)護(hù)不及時養(yǎng)護(hù)時間不夠,以及施工擾動都會造成混凝土裂縫。在澆筑時入模溫度較低,水化溫升,里表溫差及降溫速率大。收縮和環(huán)境降溫同時發(fā)生,對工程更為不利。振搗時,特別是在梁板(或墻板)交接處,超振引起離析和大量泌水。泌水量大,表面含水量高,表面失水過快,早期收縮越大,表面容易產(chǎn)生裂縫。樓板澆筑后立即噴霧,二次壓光,覆蓋塑料薄膜,加強潮濕養(yǎng)護(hù)對控制早期塑性裂縫很有益處。
二、超長地下室混凝土裂縫的控制方法
1.設(shè)置結(jié)構(gòu)溫度伸縮縫、沉降縫
根據(jù)現(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》,為避免結(jié)構(gòu)由于溫度收縮應(yīng)力引起的開裂,采取永久式伸縮的方法。伸縮縫允許間距為30~55m(室內(nèi)或土中長墻、剪力墻結(jié)構(gòu)及框架結(jié)構(gòu)),露天條件下為20~35m。規(guī)范的附注中又明確指出:如有充分依據(jù)和可靠措施時,上述規(guī)定可以增減。
2.后澆帶的有效作用
后澆帶是指現(xiàn)澆整體鋼筋砼結(jié)構(gòu)中,在施工期間保留的臨時性溫度和收縮變形縫,著重解決鋼筋砼結(jié)構(gòu)在強度增長過程中因溫度變化、砼收縮等產(chǎn)生的裂縫,以達(dá)到釋放大部分變形,減小約束力,避免出現(xiàn)貫通裂縫。后澆帶應(yīng)設(shè)在對結(jié)構(gòu)無嚴(yán)重影響的部位,即結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力相對較小的位置,通常每隔30-40一道,縫寬70-100CM。建議具體工程應(yīng)結(jié)合建筑物長度、氣候環(huán)境特點綜合考慮,一般應(yīng)控制在30m左右。填充封閉時間不宜過短,以能將總降溫及收縮變形進(jìn)行一半以上的時間為佳,從目前混凝土的收縮量來看,估計3~6個月方能取得明顯效果,最短不少于45d。
3.設(shè)置膨脹加強帶
由于普通混凝土存在收縮導(dǎo)致開裂破壞,結(jié)構(gòu)設(shè)計一般是以設(shè)置臨時性收縮變形縫的方法釋放大部分收縮應(yīng)力,經(jīng)過一段時間后再以較大膨脹量的混凝土回填此縫。膨脹加強帶的技術(shù)原理是在帶內(nèi)混凝土中摻加適量膨脹劑,通過水泥水化產(chǎn)物與膨脹劑的化學(xué)反應(yīng),使混凝土產(chǎn)生適量膨脹,在鋼筋和臨位混凝土的約束下,在鋼筋混凝土中產(chǎn)生一定的預(yù)壓應(yīng)力,使結(jié)構(gòu)的收縮拉應(yīng)力得到大小適宜的補償,從而達(dá)到防止混凝土結(jié)構(gòu)開裂破壞的目的。
4.增加鋼筋配置量及附加構(gòu)造配筋
混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計可采取增加鋼筋的配置量,減小鋼筋的間距和減小每排鋼筋的間距等措施,預(yù)防厚度較大構(gòu)件出現(xiàn)水化熱溫降裂縫。
構(gòu)造配筋應(yīng)細(xì)而密,樓板鋼筋宜采用φ8-φ12間距120-150mm,雙向?qū)。樓板中電纜線管置于截面中部,轉(zhuǎn)角區(qū)及應(yīng)力集中部位應(yīng)用鋼筋網(wǎng)片加強。構(gòu)造配筋直徑過大或過密則會增加混凝土自約束拉應(yīng)力,對于板墻,應(yīng)當(dāng)把水平構(gòu)造鋼筋配置垂直受力筋外邊。預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)加強非預(yù)應(yīng)力配筋,應(yīng)發(fā)展部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。大體積混凝土不宜采用預(yù)應(yīng)力方法控制溫度收縮應(yīng)力,遇有保護(hù)層過厚的結(jié)構(gòu)應(yīng)增設(shè)鋼筋網(wǎng)。
5.采用跳倉法施工
跳倉法是充分利用了混凝土在5到10天期間性能尚未穩(wěn)定和沒有徹底凝固前容易將內(nèi)應(yīng)力釋放出來的“抗與放”特性原理,它是將建筑物地基或大面積混凝土平面機構(gòu)劃分成若干個區(qū)域,按照“分塊規(guī)劃、隔塊施工、分層澆筑、整體成型”的原則施工,其模式和跳棋一樣,即隔一段澆一段。相鄰兩段間隔時間不少于七天,以避免混凝土施工初期部分激烈溫差及干燥作用,這樣就不用留后澆帶了。
跳倉法施工:底板分段長度不宜大于40m,側(cè)墻和頂板分段長度不宜大于16m。跳倉間隔施工的時間不宜小于7d,跳倉接縫處按施工縫的要求設(shè)置和處理。
三、結(jié)語
裂縫在超長混凝土結(jié)構(gòu)中較常見且日趨增多,由于該裂縫的危害性及規(guī)范的局限性,設(shè)計人員及施工人員均應(yīng)予以足夠重視。對超長地下室混凝土結(jié)構(gòu)裂縫采取“放”和“抗”相結(jié)合的措施是減輕超長混凝土結(jié)構(gòu)裂縫比較有效的途徑,但其中一些措施主要基于設(shè)計概念和定性分析,如何通過進(jìn)一步的定量計算及實驗驗證,尚需做深入工作,具體工程在采用時應(yīng)根據(jù)其各自特點,進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,制定出科學(xué)合理的技術(shù)保證措施,減少裂縫產(chǎn)生,確保工程質(zhì)量。
參考文獻(xiàn):
[1] 金明彥. 超長地下室側(cè)墻預(yù)應(yīng)力抗裂技術(shù)應(yīng)用研究[D]. 浙江大學(xué) 2008.