超長大鋼筋混凝土結構WEA無縫設計的施工方法

1、一、前言后澆縫是一種擴大伸縮間距和取消結構中永久伸縮縫的有效措施，它是施工期間保留的臨時性溫度收縮變形縫，保留一定時間后，再進行填充封閉，后澆成連續(xù)整體的無伸縮縫結構，這是一種“抗放兼?zhèn)洌苑艦橹鳌钡脑O計原則。因為普通水泥混凝土存在收縮開裂問題，后澆縫的設置就是把大部分約束應力釋放，然后以膨脹混凝土填縫，以抗衡殘余收縮應力。這種設計已列入規(guī)范而廣泛使用。然而，后澆縫的清理與鑿毛也給填縫施工帶來一定麻煩，延長工期，有時影響總體結構的設計。能否取消后澆縫？自中國建筑材料科學研究院研制成功混凝土膨脹劑后，在結構自防水方面取得重大突破，補償收縮混凝土防水工法列為國家級工法（YJGF2292）。經工程實

2、踐，“取消伸縮縫的設計新方法”不但在地下、水工結構上應用，而且在上部樓面、屋面應用。二、無縫設計的含義和理論依據所謂“無縫設計”是個相對概念，根據結構情況，可無縫或少縫。它不包括沉降縫。它指的是釋放收縮應力的后澆縫。其設計思路是“抗放兼?zhèn)洌钥篂橹鳌钡脑瓌t。也即用WEA補償收縮混凝土作為結構材料，在硬化過程中產生的膨脹作用，由于鋼筋和鄰位約束，在結構中建立少量預壓應力C。考慮結構強度的安全，膨脹不能太大，且在硬化14d基本結束。經研究，WEA替代水泥量8%10%范圍內，對強度不影響，其膨脹率=（23）×10-4，在配盤率=0.2%0.8%時a0.7MPa預壓應力，這一預壓應力大致可以

3、補償混凝土在硬化過程中產生溫差和干縮的拉應力；從而防止收縮裂縫，或把裂縫控制在無害裂縫范圍內?；谶@一“抗”原理，采用WEA混凝土時，后澆縫的間距可延長至60m是安全。比規(guī)范20m40m增長一倍左右，這是無縫設計的“少縫”含義。已成功應用于結構設計中。隨著我國建筑長大化和多功能的發(fā)展，鋼筋混凝土結構超長100m以上，水平面積超1萬m2以上比比皆是。樓層數十層，設置后澆縫以防止結構收縮開裂成為必要措施。然而，它給結構設計和施工帶來一定麻煩，工期延長，模板周轉、降水和施工管理費用都增加，能否取消后澆縫？這具有技術經濟意義。工民建的整體式基礎，箱形基礎的底板，車間混凝土地面、地下隧道涵管等結構的底板

4、和墻體的特點是，其厚度（高度）遠遠小于長、寬方向尺寸，當H/L，板在溫度收縮變形作用下，離開端部區(qū)域，全截面受拉應力較均勻。在地基約束下，將出現水平法向力x；從工程實踐可知，x是設計主要控制應力，是經常引起垂直裂縫的主要應力，其最大值max在截面的中點x=0，見圖1圖1 長墻的主要應力圖當法向應力max超過混凝土抗拉強度（Rt），在中部出現第一條垂直裂縫，一分為二，每塊板的水平應力重新分布。如xRt，則形成第二批裂縫。這種裂縫的有序排列經常在工程中見到。為防止這種有序裂縫的出現，工程中靠設置后澆帶來釋放這收縮應力。這是控制裂縫的主要措施之一。從以下法向應力公式可見1max = - ET（1-

5、）L cosh2CX1/2式中= ；其中，Cx水平阻力，H板厚，E混凝土彈性模量。 HE后澆縫只在較短的間距（L）范圍對削減溫度收縮應力（max）起顯著作用，超過一定長度，即使設后澆縫也沒有意義。按理論計算，削減max有效間距為20m60m。下面談到的膨脹加強帶間距應設在此范圍內。研究表明，WEA混凝土在硬化過程中產生膨脹作用，在鋼筋和鄰位約束下，鋼筋受拉，而混凝土受壓，當鋼筋拉應力與混凝土壓應力平衡時，則Ac·c = AS·ES·2而配筋率= As/(AsAc)所以 As/Ac = /（1）則c =·ES·2/（1）式中c混凝土預壓應力（MP

6、a）；Ac混凝土截面積；As鋼筋截面積；ES鋼筋彈性模量（MPa）；配筋率（%）；2混凝土限制膨脹率（即鋼筋伸長率）%。從上式可見，c與2成正比關系，而限制膨脹率隨WEA摻量增加而增加，所以，我們可以通過調整膨脹劑的摻量，可使混凝土獲得不同的預壓應力。根據水平法向應力分布曲線，在max處給予較大的膨脹應力，而在兩側給予較小的膨脹應力，見圖2，以便結構的收縮應力得到大小適宜的補償，從而控制有序裂縫的出現。圖2 膨脹應力c補償收縮應力c示意圖三、無縫設計方法在工程中，如何實現圖2的補償收縮應力曲線呢？請參圖3。圖3 有防水要求的WEA無縫設計示意圖（立面）在應力集中的max處，高膨脹加強帶，其寬度

7、2m3m，帶的兩側架設密孔鐵絲網，并用立筋加固，目的是防止混凝土流入加強帶。施工時，帶外側用小膨脹混凝土，澆筑到加強帶時，用大膨脹混凝土，到加強帶另一側時，又改為小膨脹混凝土澆筑。如此循環(huán)下去，可連續(xù)澆筑100m150m超長結構。由于混凝土供應或施工力量達不到連續(xù)作業(yè)要求時，可采用圖4的“間歇式無縫施工法”，加強帶一側改為臺階式。施工縫鑿毛清洗干凈，用大膨脹混凝土澆入加強帶，隨后用小膨脹混凝土澆注帶外地段。對于無防水要求的樓板，考慮可允許出現小于裂縫，不影響結構安全?？刹捎萌鐖D5的取消后澆縫的設計方法。與圖3區(qū)別在于加強帶兩側采用摻8%10%WEA的無收縮混凝土，加強帶本身用大膨脹混凝土。此方

8、法不影響模板周轉，加快樓面施工進度。由于樓板厚度小，加強帶兩側可用模板隔離。圖4 “間歇式”底板無縫設計示意圖（立面）圖5 樓板無縫設計例圖（水平面）對于墻體的加強帶，參見圖3。由于墻體薄，面積大，養(yǎng)護困難，受到風速和大氣溫度影響大，容易出現收縮裂縫。因此，我們傾向采用后澆加強帶（2m3m寬）即分段澆注摻8%10%WEA混凝土，養(yǎng)護14后，用大膨脹混凝土回填。此方法與傳統(tǒng)后澆帶設計一樣，要設鋼片止水帶（見圖6），所不同之處，后澆加強帶的寬度為2m3m，回填用大膨脹混凝土，回填縫時間為14d，比傳統(tǒng)后澆縫縮短30多d。圖6 寺體的后澆加強帶設計示意圖（立面）四、無縫設計的注意事項由于鋼筋混凝土結

9、構長大化和復雜化，取消后澆縫的無縫設計發(fā)布根據結構特點靈活運用，沉降縫不能取消，對于具有沉降性質的后澆縫也不能取消。WEA加強帶的性質是以較大膨脹應力補償溫差（包括干縮）收縮應力集中的地方，所以，它可以取消后澆縫。加強帶的間距可控制在40m60m。實踐表明，對受大氣溫度和風速影響較小、保溫保濕養(yǎng)護可操作性好的地下室、水池、隧道等防水結構的底板和高層建筑的樓板，可采用圖3的無縫設計，對于邊墻，由于薄而暴露面大，立面養(yǎng)護困難，易受風速和溫差影響，我們傾向于用圖6的后澆加強帶，這種設計比較保險。、關于剪力墻的配筋構造設計。注意問題是：1.當柱子剪力墻連在一起時，由于柱子的截面和配筋率都比墻體大得多，往往在相連部位出現過大的應力集中而開裂。為分散應力，應該在此處增加水平筋（810）200，其長100cm，20cm插入柱子中，80cm插入墻體中。%0.25%。工程實踐表明，由于墻體一般拆模早，養(yǎng)護困難，受溫度影響大，水分蒸發(fā)速率大，容易開裂。為了控制溫差和干縮引起的垂直裂縫，墻體的水平構造筋的配筋率不應小于0.5%，并使用螺紋鋼筋，鋼筋間距不宜過大，采用10mm16mm鋼筋和150mm間距是比較合理的。墻體厚度為30cm50cm。從