1、1试论地下空间结构中裂缝控制【摘要】大型地下空间工程因混凝土结构超长、面积超大、温差及混凝土收缩引起的应力较大，常常导致结构开裂，出现渗漏水，影响工程的正常使用。结合北京奥林匹克公园大型地下空间（商业）工程，从温度及收缩应力产生的机理出发，介绍了防止超长混凝土结构产生裂缝的技术措施。 【关键词】地下空间；超长；混凝土结构裂缝控制；后浇带预应力 Abstract : Large underground space engineering because of long, large, concrete structure caused by temperature and shrinkage s
2、tress is larger, often leading to cracking, seepage water leakage, affecting the normal use of engineering. Combined with the large underground space of Beijing Olympic Park ( commercial ) project, the generation mechanism of the shrinkage and temperature stress, introduces the technical measures to
3、 prevent the long cracks in concrete structure. keyword : underground space; long; control of the crack of concrete structure prestressed; post-pouring belt 中图分类号：TL372+.3 文献标识码：A 文章编号：2095-22104（2013）1-0020-03 1 工程概况 某地下空间（商业）工程，总面积 25 万 m2，在施工中标段工程的建筑面积 17.3 万 m2，南北向长 405 m，东西向宽 205 m，占地总面积 85 470
4、 m2，基坑深 19.89 m。防水等级一级，设防水位地面以下 23 m，水位高、水压大。设计要求结构自防水，基础、外墙和地下一层顶板均为抗渗混凝土，抗渗等级 S12。 205 m405 m 的结构中仅设置了两道结构缝，将工程分为 205 m126 m、205 m141.8 m、205 m136.1 m 的三块地下整体结构，均属超长超大混凝土结构。外墙厚 500 mm，地下一层顶板厚 400 mm。 2 裂缝产生原因和控制原则 众所周知，混凝土抗拉能力较弱，而在施工和使用过程中，温度升降、收缩及约束作用几乎不可避免，所以混凝土工程比较容易出现裂缝，而这个问题在超长混凝土结构中更为突出。 根据温
5、度及收缩应力的本质以及工程中处理裂缝的经验，工程界现已总结出“抗”与“放”的裂缝控制原则。 “抗”就是使结构材料具有足够的抗拉强度和极限拉伸来抵抗约束内力；其主要方法是选用高强材料，施加预应力，使用膨胀剂，掺加纤维以改善混凝土抗拉强度等。 “放”就是使材料和结构具有较大的变形能力，减小构件间的相互约束，从而避免在结构中产生过大的内力；其主要方法是设置伸缩缝、后浇带，设置滑动层，减小构件尺寸以减小约束等。 33 控制裂缝的主要措施 3.1 防止混凝土早期裂缝 3.1.1 合理选择原材料 施工中宜采用低热的水泥品种；尽量避免使用细度过细的水泥，因为细度太细的水泥水化快，水化收量大，易开裂。粗骨料应
6、尽可能接近中间级配；细骨料以采用中、粗砂为宜。这样每立方米混凝土可减少了用水量，水泥用量也可相应减少，从而降低了混凝土的温升和减少混凝土的收缩。砂、石料的含泥量必须严格控制，超过规定，会增加混凝土的收缩，引起混凝土抗拉强度降低，对混凝土的抗裂十分不利，一般石子的含泥量控制在小于 1、砂子含泥量控制在小于 1.5。 3.1.2 防止混凝土表层水分过早挥发。 由于混凝土加入泵送剂后，缓凝时间长，如按常规操作，待混凝土初凝后，再用抹子压光的老办法，表面水分已在 56 h 内挥发，裂缝已经形成。为此，可以在振捣完成后，边收浆抹面，同时立即覆盖塑料薄膜，可将塑料薄膜卷成卷，后退法施工。由于塑料膜不透气，
7、水分不易挥发，即使有空障也会形成高湿度小空间，对混凝土养护是有利的。 3.1.3 消除混凝土初凝后的扰动。 混凝土强度达到 l2Nmm2 前不得在其上踩踏或安装模板及支架。混凝土浇筑前，认真检查模板牢固程度。特别对跨度较大的部位应加密支撑。合理布置混凝土输送管，输送管支架杆必须支撑在模板上，消除对模板的扰动。混凝土表层盖了塑料薄膜，外上层再覆盖 12 层草袋保温，促使混凝土强度发展迅速。严格控制拆模时间。 43.2 合理配置纵向钢筋 合理的构造配筋可以延缓裂缝的产生，减小裂缝宽度。板的配筋宜细一点密一点，可以提高混凝土的极限拉应变。板受压区应连续通长配筋。本工程各层结构顶板的上铁 12300
8、mm，下铁 12150 mm。 3.3 合理设置后浇带 在超长混凝土结构施工中合理设置后浇带，可以释放混凝土的早期收缩，使结构在混凝土的早期收缩时处于非超长状态。后浇带基本留设在小跨梁开间或受力较小的部位，一 般可在梁跨 1/3 处。后浇带的设置虽然简单，但施工时也应予以充分重视，一旦处理不好，不仅无法达到预期效果，还会给结构留下安全隐患，并影响结构的防水性能。 本工程沿长向设置了两道伸缩缝，将工程分为三个单元。每个单元长向设三条后浇带，短向设两条后浇带，顶板与底板上下层对应，后浇带宽 800 mm。这样将每个单元分割成大小不等的 12 块。后浇带两侧采用快易收口网，防止主体结构混凝土流入后浇
9、带；浇筑前应将接缝表面清洗干净并涂刷优质水泥基渗透结晶型防水涂料，以确保结构防水效果。后浇带混凝土养护时间不少于 14 d。 3.4 采用 UEA 微膨胀一补偿收缩混凝土 UEA 是由铝酸或硫酸铝熟料加入明矾石、石膏，经研磨而成的高效合成膨胀剂，呈灰白色粉剂，比重为 2.85。其抗裂原理为：在混凝土中用UEA 以 10%12%等量取代水泥即可拌制成 UEA 补偿收缩混凝土。这使其5产生的膨胀能转为的预压应力存储在结构中，用以抵消结构中产生的大部分乃至全部拉应力。 本工程全部采取了掺加 UEA 的微膨胀一补偿收缩混凝土。膨胀剂选用天津豹鸣膨胀剂 UEA，膨胀率3.010-4，混凝土水中膨胀率2.
10、010-4。该高性能膨胀剂膨胀性能高，是普通膨胀剂的 3 倍，可实现调控膨胀速度，对补偿混凝土的收缩具有显著效果，而且绝湿条件下能够膨胀，尤其是难以养护的外墙及顶板部位。 3.5 采用预应力技术 使用预应力进行裂缝控制的原理是：在结构成型时预先在结构的超长方向建立一定数量的轴向预压应力及应变，以克服温差和收缩引起的收缩变形、全部或部分抵消由此产生 的拉应力，避免混凝土开裂或控制裂缝的宽度。预应力的施加弥补了混凝土抗拉强度低的缺点，将混凝土变成匀质的弹性体，这种弹性体能够承受温度及收缩应力。 无粘结预应力筋具有布置灵活、张拉锚固方便、强度高等特点，适用于超长结构的预应力施加。本工程在地下一层顶板
11、配置了纵、横双向无粘结预应力筋，在地下一层墙体配置横向无粘结预应力筋，均采用fptk1860 级 15.2 mm 低松弛钢绞线，预应力锚具张拉端采用单孔夹片锚具，固定端采用单束挤压锚具。在 40 m 以下时采用单端张拉，大于 40 m 时采用双端张拉。张拉端根据不同部位，分别在后浇带内、内墙和梁板穴模处进行张拉。 本工程无粘结预应力筋使用范围较大，地下一层梁、顶板、外墙中6均有使用。梁中的无粘结预应力按集团束方式，采用曲线布置；墙中的无粘结预应力筋分内外二排，竖向间距 500 mm，按单束方式，采用水平直线布置；板中的无粘结预应力筋双向间距 350 mm，按单束方式，采曲线布置。张拉端均采用单
12、孔锚具，分别在后浇带内和粱板墙表面张拉（图 2图 5） 。本工程共使用了约 600 t 无粘结预应力筋，10 000 余套锚具。 （图中：h 中：跨中预应力高度，紧贴下铁上皮绑扎；h 支：支座预应力高度，紧贴上铁下皮绑扎；h1、h2：反弯点高度；） 4 总结 本工程各层顶板及墙均为超长结构，一般情况下易出现裂缝，但采取了以上的综合措施，结构于 2006 年 l2 月施工完成，经历了 2007 年较冷的冬季，未见裂缝，说明设计及施工是成功的。 参考文献 1. 严孟孝. 浅议地下室顶板超长混凝土结构的裂缝控制J.福建建材.2008(03) 2. 王宁，柴万先. 超长混凝土结构地下室裂缝控制J.工程建设与设计.2010(01) 3. 张俊文. 浅谈超长混凝土结构温度裂缝的形成及控制措施J.科技情报开发与经济.2008(24) 74. 牛铮铮，张友恒. 改善超长混凝土结构开裂的技术措施J.河北理工学院学报.2007(02)
