超长地下室混凝土结构裂缝控制设计

郭小龙

【摘 要】近年来,随着大型高层建筑群不断涌现,地下室结构也日趋复杂化。同时由于地下室结构多为超长混凝土结构,其具有随温度变化、热胀冷缩及混凝土本身收缩的特性，在结构收缩或膨胀变形时会导致裂缝的产生，因此，如何采用控制设计来预防裂缝的产生是十分有必要的。

【关键词】超长地下室；混凝土；裂缝；控制措施

中图分类号：TV331文献标识码： A

【 pick to 】 in recent years, with the large-scale high-rise buildings springing up, the basement structure is complicated. For super-long concrete structure due to the basement structure at the same time, it has itself with the temperature change, heat bilges cold shrink and concrete shrinkage characteristics, the structure will lead to the generation of cracks, shrinkage or expansion deformation, therefore, how to control designed to prevent the generation of cracks is very necessary.

【 key words 】 super-long basement; Concrete; Fracture; Control measures

一、超长地下室混凝土裂缝成因分析

超长地下室底板垂直顶板及侧板的裂缝形成主要是由各种因素带来的收缩应力所导致的。从已建的工程来看，超长地下室底板的收缩裂缝的分布基本上呈现这样一种规律：裂缝垂直于底板的长向。并且沿长向按一定间距分布。下面就从收缩应力角度分析超长地下室底板裂缝的成因。超长地下室底板在温度收缩变形作用下，混凝土会产生由两端向中心收缩运动的趋势，这一趋势必然受到地基土的约束，因此底板混凝土的全截面将出现拉应力，即水平法向应力。从工程实践可知，是设计主要控制应力，是引起混凝土板内垂直裂缝的主要应力。此外地基土对地下室底板的这种约束为沿底板长向的连续式约束，因此从端部向中心，混凝土截面上的水平法向应力将由于这种约束的不断积累而越来越大，因此。水平法向应力最大值出现在板截面的中点处。当其超过混凝土的抗拉强度，板中部将出现第一条垂直裂缝；混凝土板开裂后，每块板的水平裂缝将重新分布，最大应力将出现在每块板的中部，当最大应力大于抗拉强度又形成第二批裂缝，如此继续，直到最大应力小于抗拉强度。这种裂缝的有序排列经常在工程中见到。

二、超长地下室混凝土设计施工要点

2.1地下室底板和顶板的混凝土强度等级不宜过高，宜在C30～C35范围内选用，如果混凝土强度等级过高，水泥用量多，混凝土硬化过程中的水化热高，收缩大，容易引起裂缝。

2.2严格控制混凝土原材料质量和技术指标，尽可能采用低收缩高防裂混凝土，目前设计单位在设计时一般仅规定应采用低收缩混凝土，而对收缩限值未给出具体规定，施工单位在选用混凝土时就有了很大的灵活性，无法正确体现设计意图，故设计单位应在设计文件中明确给出最大收缩量要求。

2.3在满足混凝土膨胀量、强度及泵送工艺条件时，混凝土配合比设计应尽量降低胶凝材料总量、降低水灰比、提高单位体积粗骨料的用量，以控制混凝土后期收缩量。

2.4混凝土浇捣成型时间应尽量安排在春秋两季，以减小季节性温差影响；混凝土入模时应低温入模、低温养护，使混凝土终凝温度尽量降低，减少水化热和收缩。

2.5在混凝土中掺人一定比例的改性聚丙纤维，可有效的提高混凝土的阻裂能力、抗渗性和抗拉强度。

2.6当采用预应力张拉工艺时，应采用分段分批张拉，先中段后两端，在混凝土浇捣10天左右强度达到张拉部分预应力筋，可以有效防止早期裂缝的产生，还能有效减小预应力损失。

三、裂缝产生的原因

3.1干缩裂缝

硬化混凝土在约束条件下的干缩是楼板产生裂缝的一个比较常见的原因。水泥的水化或混凝土中水分的蒸发会引起混凝土干缩。一般认为，混凝土的收缩在一年内可完成20年收缩量的75～80％。水泥水化引起的收缩称为“自身收缩”，水化中水泥石损失水分引起的干缩可高达长度的1％，只是混凝土集料的内部约束作用使这干缩值减少到0.05％。混凝土凝结期间水分蒸发引起的干缩称为“塑性收缩”，塑性收缩构成混凝土干缩的主体，由于楼板表层混凝土水分蒸发的速度比内部快得多，表层混凝土的收缩受到下层相对不收缩的内部混凝土的约束引起拉应力，因此混凝土表层很容易产生塑性开裂。

3.2温度裂缝

温度裂缝多发生在大体积混凝土表面或温差变化较大地区的混凝土结构中。混凝土浇筑后,在硬化过程中,水泥水化产生大量的水化热，（当水泥用量在350～550 kg/m3，每立方米混凝土将释放出17500～27500kJ的热量，从而使混凝土内部温度升达70℃左右甚至更高）。由于混凝土的体积较大，大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，这样就形成内外的较大温差，较大的温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力（实践证明当混凝土本身温差达到25℃～26℃时，混凝土内便会产生大致在10MPa左右的拉应力）。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，混凝土表面就会产生裂缝，这种裂缝多发生在混凝土施工中后期。在混凝土的施工中当温差变化较大，或者是混凝土受到寒潮的袭击等，会导致混凝土表面温度急剧下降，而产生收缩，表面收缩的混凝土受内部混凝土的约束，将产生很大的拉应力而产生裂缝，这种裂缝通常只在混凝土表面较浅的范围内产生。

四、 裂缝控制措施

4.1采取良好的保温隔热措施。如高温季节浇筑时可以采用搭设遮阳板等辅助措施控制混凝土的温升，降低浇筑混凝土的温度；在寒冷季节，混凝土表面应设置保温措施，以防止寒潮袭击；在屋面设架空层，屋面保温隔热层和外围护墙选用保温隔热性能好的材料等。

4.2每隔30～40m设一条后浇带。将地下室底板和顶板板钢筋断开但梁筋则保持不断开，该法是以往大量工程中较多采用。但当梁截面较大且钢筋较多时，全部梁筋不切断将会约束混凝土收缩无法达到预期效果，因此对某些特殊部位采取了另一种方法：即梁上部钢筋腰筋及板墙钢筋切断后错开搭接，必要时先搭后补焊，梁下部钢筋不切断，并适当加大配筋。这样既可人为减小梁筋全不切断对混凝土收缩形成约束，又可避免梁筋全部切断后造成钢筋搭接和焊接困难。

4.3重视对于构造钢筋的配置，特别是楼面、墙板等薄壁构件更应注意构造钢筋直径和数量的选择。 在楼板配筋时考虑温度和收缩应力，将这部分配筋与受力钢筋叠加，沿长度方向中间1/3区域上部钢筋有50%钢筋拉通。合理的钢筋配置可以起到减轻混凝土收缩的程度，在相同的配筋率下，应选择细筋密布的办法。