1、1钢筋混凝土地下空间结构的防渗漏设计分析摘要：在钢筋混凝土的地下空间结构设计中，由裂缝引起的渗漏问题是必须要考虑的。通过对裂缝的成因及设计中的控制裂缝的方法，做到对裂缝的预防和控制。 关键词：裂缝成因；裂缝控制；设计措施 中图分类号：TU984 文献标识码：A 文章编号： 1 地下混凝土结构裂缝的成因 钢筋混凝土结构在受力状态下出现裂缝是一种普遍存在的现象，如混凝土因荷载作用下的拉应力或是温度收缩引起的拉应力等而出现的裂缝等。一般来说，在普通的钢筋混凝土结构中要求完全避免出现裂缝，是不现实也是完全没有必要的。钢筋混凝土结构出现裂缝是不可避免的，在保证结构安全和耐久性的前提下，裂缝是人们可接受的
2、材料特征钢筋混凝土结构在受力时，只有产生一定量的形变，才能发挥钢筋的作用。混凝土的受拉形变往往伴随着裂缝的产生，当裂缝宽度控制在不影响结构件的受力性能、使用性和耐久性时，这些裂缝是正常的结构裂缝，无须处理；而过大宽度的裂缝，就会影响到结构的安全、适用和耐久性，这种裂缝可称为破坏性裂缝。破坏性裂缝一旦出现，必须进行相应的处理。针对地下空间结构的防渗漏的功能要求，有关钢筋混凝土地下结构设计的规范、规程对裂缝控制有具体的规定。结构裂缝产生的原因很复2杂，根据国内外的调查资料，引起裂缝有两大类原因，一种由外荷载（如静、动荷载）的直接应力和结构次应力引起的裂缝，其机率约 20%；一种是结构因温度、膨胀、
3、收缩、徐变和不均匀沉降等因素由变形变化引起的裂缝，其机率约 80% 裂缝发生与材料、设计、施工和维护有关。 2 地下空间结构设计中的裂缝控制 王铁梦先生将设计构造上的措施归纳为两大类：“抗”与“放” 。“抗”的原则是通过提高混凝土结构的抗拉强度和极限拉伸，来抵抗混凝土干缩和温度变形；“放”的原则是通过创造混凝土结构自由变形的条件，来释放混凝土干缩和温度变形。两大原则并不对立，可以“抗拉兼施” 在结构设计上， “抗”的原则通常体现在对混凝土构件进行适当增加的配筋。在同样配筋率的条件下，尽可能用细直径的钢筋，使钢筋的间距密一些，增加混凝土结构的极限拉伸，从而抵抗混凝土干缩和温度变形 放 的原则通常
4、体现在留设变形缝上，可设置伸缩缝、收缩后浇带、沉降后浇带等。 根据给水排水工程构筑物结构设计规范(GB 500692002)要求，裂缝控制通过抗裂度验算、裂缝开展宽度验算和构造措施来实现。对轴心受拉或小偏心受拉构件，应按不出现裂缝控制进行抗裂度验算。此时，构件的抗裂性能主要由混凝土抗拉强度和构件受拉截面大小决定。对受弯或大偏心受拉（压）构件，应按限制裂缝宽度控制，在水池设计中以此类工况最多。 3规范推荐的裂缝宽度验算公式如下： 式中，max 为最大裂缝宽度,mm； 为裂缝间受拉钢筋不均匀系数，0.41.0；sq 为纵向受拉钢筋应力， N/mm2； Es 为钢筋弹性模量， N/ mm2； c 为
5、混凝土保护层厚度， mm； d 为纵向受拉钢筋直径， mm；te 为按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率；v为纵向受拉钢筋表面系数；1、2 为按受弯或大偏心受拉（压）情况所采用的系数；ftk 为混凝土轴向抗拉强标准值，N/mm.2。 设计时，一般先根据强度计算结果初步确定配筋，然后进行裂缝宽度验算。在地下室与水接触的结构中，最大裂缝宽度一般应控制在 0.2mm 或 0.25mm 运用上述公式进行验算时，可归纳出一些在相同配筋率下有利于裂缝控制的因素。例如，采用直径较细的钢筋，或较高抗拉强度的混凝土等。 3 控制裂缝发生及发展的设计中的措施 3.1 荷载作用裂缝的控制 荷载作用裂缝的
6、控制，就是要求在设计时对结构各部位可能产生最大拉应力的截面进行计算分析，使之满足裂缝控制的要求。应在结构设计的基础资料的收集使用中做到完整、准确。这是因为：地下水位和土层情况的不同，会使地下室外墙的设计水土压力产生很大变化；基础持力层的不同可能直接影响基础结构形式和沉降变形情况；气象资料，决定了温（湿）度应力计算的可靠性。 在掌握了全面可靠的荷载作用基础资料后，就需要对结构建立正确4的计算模型和选择合理的荷载组合，以确保其内力及变形的计算值与工程的实际工作情况一致。一般而言，此设计阶段的主要问题如下： 3.1.1 基础梁、板计算时采用的地基假定是否合理。目前，计算地基反力的三种假定（地基反力直
7、线分布假定、文克尔假定、半无限弹性体假定）的计算结果出入较大，所以，应根据各假定的适用条件，采用与实际情况最为接近的理论进行计算。 3.1.2 支座假定是否合理。地下室顶板、壁板、底板连接部位的支承条件决定了各构件的支座假定，采用合理的支座假定才能据此计算出正确的内力分布。 3.1.3 荷载最不利组合是否选择正确。一般比较容易疏漏的是施工、检修阶段的荷载组合。 3.1.4 极端温（湿）差出现的部位及取值是否有误等。设计时，一般应首先根据结构方案进行初步的荷载和内力计算。通过对计算结果的分析来进一步调整结构受力体系，尽量使地下结构的各部位都能做到结构合理、受力明确、经济可靠。然后对整体结构所有结
8、构件进行详细的力学计算，得到在各个起控制作用的工况下各控制断面的内力设计控制值。在截面配筋设计中，应区分各构件是否需进行裂缝控制设计，若需进行裂缝控制设计，则应根据其受力性质分别进行抗裂度验算或裂缝开展宽度验算。通过调整配筋率、钢筋规格、混凝土标号或构件截面尺寸，来达到裂缝控制。 3.2 混凝土收缩和温湿差造成裂缝的控制 由于混凝土干缩和温度效应的复杂性，不论是手算还是弹性有限元5分析的结果，与结构的时间情况均有较大的误差。计算结果可作为设计的参考，但不可以盲目依赖。结合以往的实际工程经验，在设计上采取构造措施，对控制混凝土结构的干缩和温度裂缝效果比较显著。此类裂缝的控制首先应根据规范规定，严
9、格掌握混凝土配比及其用料的品种规格和级配，同时对混凝土灌筑和养护提出设计要求。另外，对超长基础可采取设伸缩缝、掺添加剂和设加强带、后浇带等措施。 下面讨论超长基础的裂缝控制。根据现行规范要求，现浇钢筋混凝土在基底为土基时，应每隔 20m(地面式)或 30m（地下式或有保温措施）设一道伸缩缝，当为岩基时减为 15m 和 20m，当为装配整体式时可加长 5m10m 。按此构造，一般能解除中面季节温差产生的温度应力，并消减混凝土收缩的影响。 伸缩缝的设置将结构完全切断，然而在具体设计中，有时会由于功能使用而难以做到，从而采用完全或不完全收缩缝来替代。这样做实现了伸缩缝的部分功能，在实际应用中一般也是
10、有效的，但对于混凝土在温度作用下的伸展问题并未解决，而这有可能造成混凝土局部压碎的现象因此，采用收缩缝除了在构造上应将表面开槽嵌填密封胶外，更重要的是设缝位置应尽量避开构件的主要受压区和应力集中区。 3.3 材料质量和构造不良造成裂缝的控制 在现行规范中，对结构的材料作了相应的规定，设计时应注意遵守并针对具体项目提出更为明确和严格的要求。首先，浇筑混凝土不应使用过期水泥或由于受潮而结块的水泥，否则将由于水化不完全而降低混凝土的抗渗性和强度。其次，水灰比越大则混凝土中多余水分蒸发后形6成的毛细孔也就越多，这些孔隙是造成混凝土开裂的主要原因。砂石粒径不均匀、级配不良、粗骨料粒径过大且含量过高、含泥
11、量过高，都会降低混凝土的和易性和密实度，易使裂缝产生和发展。另外，混凝土中采用的外加剂也应满足一定的要求，以免影响混凝土的抗裂性。 在保证材料质量的同时，结构各部位的构造是否合理可靠，同样对控制裂缝至关重要。设计时,首先要通过合理的构造措施来保证结构实际受力状态与整体计算模型的一致性，然后针对各个构件、节点，都应按其在结构体系中的作用，分别采用相应的构造做法。合理、细致的细部构造设计，能起到控制裂缝的作用。对于影响到整个结构体系的问题，一定要从确定结构方案起，就考虑好相应的构造措施。理想的计算模型必须有可靠且可行的构造措施来保证，而当难以实施相应的构造措施时，应调整计算模型使之符合实际受力情况。 4 结束语 综上所述，从完整准确收集相关的基础资料开始，到采用合理的结构受力体系、准确细致的分析计算、全面可靠的结构截面设计与构造措施，直至最后的复核出图，对实现设计全过程的裂缝控制都非常重要。同时，设计中也要对材料的使用和施工养护提出明确要求，以避免由此引发裂缝。在设计中只有尽可能多地考虑到裂缝可能产生的因素，并通过各种措施消除隐患，才能最大限度地避免产生破坏性的裂缝。 参考文献： 1 张雄.混凝土结构裂缝防治技术M.北京：化学工业出版社，2007. 72 GB 50069 -2002 给水排水工程构筑物结构设计规范S .
