王 瑋

(太原美運家園房地產(chǎn)開發(fā)有限公司，山西 太原 030400)

超長混凝土結(jié)構(gòu)后澆帶抗裂作用影響因素分析

王 瑋

(太原美運家園房地產(chǎn)開發(fā)有限公司，山西 太原 030400)

介紹了超長混凝土結(jié)構(gòu)后澆帶的原理，并對橫穿后澆帶的鋼筋、后澆帶設(shè)置形式、處理方式、建筑結(jié)構(gòu)類型等影響后澆帶抗裂作用的因素進(jìn)行了分析，為后澆帶的進(jìn)一步研究奠定了理論基礎(chǔ)。

超長混凝土結(jié)構(gòu)，后澆帶，裂縫，澆筑

0 引言

隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展與施工技術(shù)水平的日漸提高，混凝土結(jié)構(gòu)在實際工程中的應(yīng)用范圍越來越廣，隨著結(jié)構(gòu)材料所能達(dá)到的強度不斷提高及新型材料的不斷開發(fā)創(chuàng)新，新的結(jié)構(gòu)形式不斷涌現(xiàn)，例如大跨度、超高層及超長混凝土結(jié)構(gòu)等。本文針對超長混凝土結(jié)構(gòu)施工后澆帶做了簡單分析。

超長混凝土結(jié)構(gòu)的特征：

1)超長混凝土的規(guī)模使得混凝土連續(xù)澆筑量較大；

2)澆筑混凝土的強度等級較高，易造成混凝土水化熱大，引起結(jié)構(gòu)溫度收縮變形較大；

3)控制裂縫的難度大。

由超長混凝土結(jié)構(gòu)的特征可見，此類結(jié)構(gòu)極易出現(xiàn)裂縫，裂縫對結(jié)構(gòu)的承載力與正常使用都有直接影響，對結(jié)構(gòu)而言，若嚴(yán)格按照規(guī)范要求設(shè)置變形縫，難免帶來以下問題：

1)變形縫處的間距太小，使得在縫間的施工難度加大；

2)變形縫的寬度較小，當(dāng)結(jié)構(gòu)遭遇地震時，變形縫梁端的結(jié)構(gòu)變形可能大于結(jié)構(gòu)的變形縫的寬度，造成結(jié)構(gòu)發(fā)生碰撞。

因此，對于不合適設(shè)縫的超長混凝土結(jié)構(gòu)，需要有更合理的抗裂措施。實際工程中，后澆帶因其不設(shè)縫而得到廣泛應(yīng)用。同時由于后澆帶方法研究尚不成熟，工程實踐經(jīng)驗遠(yuǎn)超理論研究，造成既未達(dá)到控制裂縫的目的，又形成大量混凝土裂縫的問題。美國規(guī)范也規(guī)定要采取必要措施，來應(yīng)對結(jié)構(gòu)可能遇到的開裂問題[1]。

1 后澆帶原理

后澆帶可視為短暫的施工縫，存在時間較短[2]，按照設(shè)縫用途相應(yīng)的可分為三類[3]：

1)沉降后澆帶。

設(shè)置沉降后澆帶用以消除或降低因基礎(chǔ)差異造成的結(jié)構(gòu)不均勻沉降，以及主體結(jié)構(gòu)與裙房之間由于結(jié)構(gòu)類型與基礎(chǔ)變形造成的沉降差；

2)溫度后澆帶。

設(shè)置溫度后澆帶，能夠使得結(jié)構(gòu)閉合前的溫差變化引起的結(jié)構(gòu)變形得到釋放，避免開裂；

3)收縮后澆帶。

設(shè)置收縮后澆帶使得結(jié)構(gòu)閉合前的應(yīng)力集中得到充分釋放，避免結(jié)構(gòu)后澆帶處閉合后的開裂。

設(shè)置后澆帶的基本思路是“抗放兼施，先放后抗”[4]。溫度應(yīng)力對現(xiàn)澆混凝土一次澆筑規(guī)模比較敏感，而超長混凝土結(jié)構(gòu)因尺寸較大相比一般結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力影響尤為顯著。因此，為避免超長混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)置伸縮縫帶來的不便，獲得結(jié)構(gòu)整體性，必須消除因溫差變化引起結(jié)構(gòu)開裂對結(jié)構(gòu)的不利影響?？紤]到結(jié)構(gòu)的最大溫差、收縮與沉降均集中發(fā)展在施工期間，在結(jié)構(gòu)投入使用后，溫差與收縮變形的影響相對較小，因此，結(jié)構(gòu)由于溫差與收縮變形引起的結(jié)構(gòu)開裂多發(fā)生在早期，即施工期間。為消除或減小由于溫差與收縮變形引起的結(jié)構(gòu)早期裂縫，可采取兩階段法，即第一階段將超長混凝土結(jié)構(gòu)劃分為若干段，分段施工，段與段之間留出一定寬度的距離，使得各段內(nèi)的混凝土的溫度應(yīng)力與收縮變形得到充分釋放，在第二階段將各獨立施工段澆筑成整體，共同抵抗結(jié)構(gòu)第二次澆筑的混凝土的溫度應(yīng)力與收縮變形，這就是后澆帶的施工原理。

2 后澆帶的影響因素分析

后澆帶的目的是在不設(shè)置變形縫的同時達(dá)到避免結(jié)構(gòu)開裂，影響其抗裂作用的因素主要可以分為以下四個方面：橫穿后澆帶的鋼筋、后澆帶的設(shè)置形式、后澆帶的處理方式以及建筑結(jié)構(gòu)類型[5-7]。

2.1 橫穿后澆帶的鋼筋

后澆帶處斷開的不僅是混凝土，鋼筋也相應(yīng)斷開，而樓板的鋼筋布置為縱橫雙向布置，因此必然有鋼筋橫穿后澆帶，同時，梁腹縱向附加鋼筋亦有可能穿過后澆帶兩類。

樓板鋼筋的布置為雙層布置后澆帶處的鋼筋分為上下兩排，因此，鋼筋的主要斷開方式有上排鋼筋斷開下排鋼筋貫通、上排鋼筋貫通下排鋼筋斷開、上排和下排鋼筋全部斷開三種。當(dāng)后澆帶處的鋼筋為完全斷開時，鋼筋受到結(jié)構(gòu)變形的約束，使得后澆帶兩側(cè)的結(jié)構(gòu)變形不能完全得到釋放，削弱后澆帶作用；當(dāng)縱向鋼筋全部斷開時，后澆帶把結(jié)構(gòu)分為左右兩個相互獨立結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的溫差變形不受約束，能夠得到充分釋放，因此，通常將后澆帶處鋼筋全部斷開。

鋼筋的變形能力與強度均遠(yuǎn)大于混凝土，因此通過設(shè)置合理數(shù)量的梁腹縱向附加鋼筋就能達(dá)到控制溫度收縮裂縫的作用，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)抗裂。

2.2 后澆帶設(shè)置形式

1)后澆帶寬度。

后澆帶寬度不僅對結(jié)構(gòu)應(yīng)力釋放產(chǎn)生影響，同時對施工的便利程度亦有一定的影響，后澆帶的理論寬度比較小，但是在實際工程中，為了施工便利，避免后澆帶寬度過窄使得混凝土澆筑成為難題，引起后澆帶處混凝土的二次開裂，規(guī)范且便利起見，工程中后澆帶的寬度常取1 000 mm，文獻(xiàn)[8]對后澆帶寬度亦做了具體規(guī)定。

2)后澆帶設(shè)置間距。

后澆帶的設(shè)置間距應(yīng)與結(jié)構(gòu)應(yīng)力釋放能力相關(guān)，而結(jié)構(gòu)釋放應(yīng)力的能力與結(jié)構(gòu)變形能力有關(guān)，因此結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度及后澆帶閉合前的變形對后澆帶的間距起控制作用。由于后澆帶的設(shè)置受到結(jié)構(gòu)剛度等因素的影響，因此很難給定一個同時滿足不同結(jié)構(gòu)類型的后澆帶間距的數(shù)值，合理后澆帶間距必須考慮結(jié)構(gòu)類型，按照經(jīng)驗對所有結(jié)構(gòu)統(tǒng)一后澆帶間距的做法不可取。

3)后澆帶設(shè)置位置。

后澆帶的設(shè)置必將使得結(jié)構(gòu)的整體性遭到破壞，同時對結(jié)構(gòu)抗震性能亦有所影響，為盡可能減小設(shè)置后澆帶對結(jié)構(gòu)帶來的影響，對后澆帶的設(shè)置位置就提出了較高的要求，使得后澆帶設(shè)置處結(jié)構(gòu)受力較小，同時應(yīng)滿足施工要求。實際工程中，避開結(jié)構(gòu)彎矩與剪力較大的位置，后澆帶通常設(shè)置在靠近支座的1/3跨度處，最大程度的降低設(shè)置后澆帶對結(jié)構(gòu)性能的影響。

4)后澆帶接縫形式。

為了提高后澆帶界面結(jié)合處混凝土的粘結(jié)性，后澆帶的接縫通常被設(shè)置為不同的類型，主要形式有平直縫、階梯形、企口縫與V形縫等等。后澆帶接縫裂縫需要考慮支模方便，考慮到樓板厚度較小較薄，以設(shè)置成平直縫為宜；不同高度的梁應(yīng)該采用不同的接縫形式，當(dāng)梁高比較低(≤600 mm)時，以設(shè)置成階梯縫為宜，當(dāng)梁高超出一定限制(>600 mm)時，以設(shè)置成企口縫或者V形縫為宜。

2.3 后澆帶的處理方式

1)后澆帶封閉時間。

混凝土在澆筑后的水化熱釋放的規(guī)律是先逐步增大，達(dá)到峰值后逐漸降低[9]，澆筑一年后，混凝土因失水而導(dǎo)致收縮變形達(dá)到穩(wěn)定，此后結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生裂縫。顯而易見后澆帶處閉合時間越晚，結(jié)構(gòu)因溫差變化與收縮變形造成的應(yīng)力集中釋放的就越充分，結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的幾率就會越小，同時結(jié)構(gòu)交付時間越晚，都使得結(jié)構(gòu)造價提高，對經(jīng)濟性不利，需平衡考慮，因此后澆帶閉合時間為3個月左右。

2)后澆帶混凝土等級。

后澆帶處混凝土澆筑的時間差使得不能一次澆筑，因此新舊混凝土的特性必將有所差異，為結(jié)構(gòu)后澆帶處的整體性，一般是選用比兩側(cè)混凝土高一個等級的混凝土澆筑后澆帶。

3)后澆帶施工技術(shù)。

后澆帶使得結(jié)構(gòu)混凝土不能一次澆筑，后澆的混凝土澆筑時，舊混凝土已經(jīng)硬化，必將對結(jié)構(gòu)整體性有所影響，因此，需采取措施，保證新舊混凝土的接縫處的粘結(jié)強度，實際工程中的做法首先要對接縫處舊混凝土進(jìn)行清洗、打毛，對后澆帶處新混凝土進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，以保證新舊混凝土的粘結(jié)。

2.4 建筑結(jié)構(gòu)類型

建筑物的結(jié)構(gòu)體系不同，其變形能力亦有所差距，而對溫度差異與收縮變形的敏感程度亦不同。桿件結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度比較小，屬于柔性結(jié)構(gòu)，對結(jié)構(gòu)約束比較弱，對溫度差異與收縮變形的敏感程度比較小，而剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震剛度較大，屬于剛性結(jié)構(gòu)，兩種類型的結(jié)構(gòu)因溫度和混凝土收縮所引起的應(yīng)力必然會有所差異。

3 研究中存在的問題

實際工程中后澆帶的應(yīng)用要領(lǐng)先其理論研究，由于技術(shù)措施差異和養(yǎng)護(hù)等理論的欠缺造成大量混凝土開裂，目前對后澆帶研究主要存在以下問題：

1)未考慮結(jié)構(gòu)體系及結(jié)構(gòu)變形能力的影響，造成目前對后澆帶的間距設(shè)置多依據(jù)經(jīng)驗判斷，因此差異懸殊；

2)盲目通過提高后澆帶處混凝土強度解決混凝土澆筑時間差帶來的問題，缺乏理論基礎(chǔ)與實際例證；

3)超長混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)置后澆帶對結(jié)構(gòu)整體性與抗震性能的影響尚無基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語

1)解釋超長混凝土結(jié)構(gòu)這種新型結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的背景與特征；2)對影響后澆帶抗裂作用的四個因素進(jìn)行詳細(xì)分析；3)針對已有研究，提出目前研究尚存在的問題。

[1] ACI Committee 224，Control of cracking in concrete structure[S].

[2] 王鐵夢.建筑物的裂縫控制[M].上海:上?？萍汲霭嫔纾?987.

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Analysis of influencing factors on the cracking resistance of over-long concrete structure

Wang Wei

(TaiyuanMeiyunFamiltyReal-estateDevelopmentCo.,Ltd,Taiyuan030400,China)

The paper introduces the principle for the post-pouring belt of the super-concrete structure, and analyzes the factors affecting the anti-crack of the post-pouring belt of the reinforcement of crossing post-pouring belt, the allocation of the belt, and the architectural structural types, so as to lay the theoretic foundation for the research on the belt.

super-long concrete structure, post-pouring belt, crack, grouting

2015-08-23

王 瑋(1982- )，男，工程師

1009-6825(2015)31-0037-02

TU375

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