高層建筑地下室的優(yōu)化設(shè)計

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一、工程概況

　　上海濱江凱旋門，總建筑面積20610m²，為大底盤、多塔結(jié)構(gòu)，其中地下室建筑面積36340m²，結(jié)構(gòu)最大長約378m，最大寬約154m，中間設(shè)置一道伸縮縫。地下室分為二個區(qū)：Ⅰ區(qū)結(jié)構(gòu)最大長約208m，最大寬約154m，Ⅱ區(qū)結(jié)構(gòu)最大長約170m，最大寬約80m。地下室局部為6級防空地下室。人防區(qū)底板厚0.8m，側(cè)墻厚0.5m，頂板厚0.25m；非人防區(qū)底板厚0.6m，側(cè)墻厚0.4m，頂板厚0.2m。主樓筏板厚度分別為1.5m、2.0m。地下室混凝土設(shè)計強(qiáng)度等級為C35，混凝土抗?jié)B等級為S8。按照設(shè)計規(guī)范，本工程地下室結(jié)構(gòu)屬于超長大面積混凝土結(jié)構(gòu)工程，所以針對本工程實際情況，采取了多種技術(shù)措施來防止由于結(jié)構(gòu)超長引起的裂縫。

　　二、超長混凝土結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計要點

　　結(jié)構(gòu)溫度、收縮應(yīng)力是由于結(jié)構(gòu)變形受約束而產(chǎn)生的。在理論上只要材料的強(qiáng)度不小于最大約束應(yīng)力，則任意長度結(jié)構(gòu)不設(shè)伸縮縫亦不會開裂。由于混凝土材料的抗拉強(qiáng)度很低，韌性差，以及在結(jié)硬過程中產(chǎn)生收縮，理論和實踐均證明，若不采取措施，難以滿足混凝土規(guī)范對結(jié)構(gòu)裂縫的要求。因此，為防止出現(xiàn)上述情況，該超長地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計采取以下措施防止由于結(jié)構(gòu)超長引起的裂縫。

　　1.設(shè)置后澆帶

　?。?）間距。結(jié)合建筑物長度、氣候環(huán)境特點綜合考慮，后澆帶間距一般控制在30～40m左右，因建筑原因無法設(shè)置后澆帶時，增設(shè)膨脹加強(qiáng)帶。

　?。?）位置。小跨梁開間或受力較小的部位，一般設(shè)置在梁跨1/3處。平面布置時梁的布置平行于后澆帶，以免梁截斷太多。視具體情況可沿平面曲折通過。

　?。?）寬度。綜合考慮，本工程后澆帶寬度取為800mm。

　　（4）鋼筋。后澆帶部位的構(gòu)件鋼筋不截斷，且增設(shè)不少于原配鋼筋20%的附加鋼筋， 深入后澆帶兩側(cè)各1000mm，這樣可避免梁鋼筋全部截斷后造成的鋼筋搭、焊接困難。

　?。?）澆筑時間。為最大限度減少混凝土施工過程的溫度及收縮應(yīng)力，后澆帶的保留時間應(yīng)不少于六個月，且澆筑時的溫度宜低于主體混凝土澆筑時的溫度。

　?。?）混凝土。采用C40的微膨脹混凝土澆筑（應(yīng)保證水中養(yǎng)護(hù)14天的混凝土限制膨脹率大于等于0.035%）。

　?。?）斷面形式。一般避免留直縫，對于板可留斜縫；對于梁及基礎(chǔ)，可留企口縫。

　?。?）地下室有防水要求，在新老混凝土之間設(shè)置鋼板止水帶，以防止?jié)B漏。

　　2.設(shè)置膨脹加強(qiáng)帶

　　本工程地下室體型復(fù)雜，上部結(jié)構(gòu)在地下室內(nèi)柱網(wǎng)排列也不均勻，所以部分區(qū)域后澆帶間距無法保證，為此，在這些區(qū)域增設(shè)膨脹加強(qiáng)帶并結(jié)合跳倉法施工。膨脹加強(qiáng)帶混凝土采用C40的微膨脹混凝土澆筑（應(yīng)保證水中養(yǎng)護(hù)14天的混凝土限制膨脹率大于等于0.035%），在其兩側(cè)架設(shè)密孔鐵絲網(wǎng)，以防止兩側(cè)混凝土流入膨脹加強(qiáng)帶，膨脹加強(qiáng)帶鋼筋增加作法同后澆帶。

　　3.采用低水化熱的水泥配置混凝土并適量加入粉煤灰

　　混凝土內(nèi)外部溫差過大會產(chǎn)生裂縫，主要是由水泥水化熱引起的。地下室超長大體積混凝土基礎(chǔ)中，混凝土強(qiáng)度級別較高，水泥用量大，因此混凝土在初凝過程中會有大量水化熱產(chǎn)生。混凝土是熱的不良導(dǎo)體，又由于地下室底板及筏板幾何尺寸巨大，這些熱量不易及時排出而積聚，導(dǎo)致了其內(nèi)部溫度迅速升高（最高時可達(dá)70～80℃）；相反，在構(gòu)件表面，則由于散熱條件良好，溫度保持較低水平。這樣就出現(xiàn)了內(nèi)外溫差，這種相對的“內(nèi)脹外縮”使混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)它超過混凝土拉伸極限時，裂縫就產(chǎn)生了。

　　粉煤灰水泥系在硅酸鹽水泥中摻入占水泥重量20%～40%的粉煤灰組合而成。其有如下特性：早期強(qiáng)度較低，后期強(qiáng)度增長較快；水化熱較小；耐凍性差；耐硫酸鹽腐蝕及耐水性較好；抗炭化能力差；抗?jié)B性較好；干縮性較??；抗裂性較好。

　　選擇粉煤灰水泥在技術(shù)上有兩點好處：一是減少內(nèi)部水化熱的產(chǎn)生（因為減少了水泥用量）；二是減少混凝土的“干縮”量，這樣從整體上對裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展起到了預(yù)防和抑制作用。

　　4.加大碎石骨料用量

　　碎石骨料表面粗糙與水泥的膠結(jié)良好，同樣配比的混凝土其強(qiáng)度較卵石混凝土高，并可降低水化熱，收縮變形小，從而裂縫也小。在滿足施工泵送要求的情況下，加大碎石骨料用量，降低水泥用量，減小混凝土的水化熱，能更好地保證混凝土的質(zhì)量。

　　5.降低水灰比

　　確定設(shè)計配合比階段，采取降低水灰比的措施。采取該措施的目的在于減少用水量，降低混凝土的收縮。同時建議施工單位在混凝土澆筑階段，采用二次振搗的工藝，即在混凝土初凝前進(jìn)行二次振搗，避免混凝土因沉降收縮而引起的裂縫。

　　6.摻加膨脹劑

　　從廣義來看，摻加膨脹劑的混凝土是一種補(bǔ)償收縮的混凝土，這就要求對混凝土結(jié)構(gòu)的早期收縮裂縫要進(jìn)行控制，其思路為“以抗為主”的原則，利用補(bǔ)償收縮混凝土在硬化過程產(chǎn)生的膨脹作用，在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生少量預(yù)壓應(yīng)力用來補(bǔ)償混凝土在硬化過程中產(chǎn)生的溫度和收縮拉應(yīng)力，從而防止收縮裂縫或把裂縫控制在無害裂縫范圍內(nèi)。

　　本工程地下室所有混凝土均添加UEA-H 高抗裂膨脹劑，并要求保證水中養(yǎng)護(hù)14天的混凝土限制膨脹率大于等于0.025%。膨脹劑通過水化反應(yīng)，使混凝土產(chǎn)生適量膨脹，在鋼筋和鄰位的限制下，在混凝土中建立0.3～0.5MPa的預(yù)壓應(yīng)力，可大致抵消混凝土干縮及溫度收縮時產(chǎn)生的拉應(yīng)力，防止混凝土開裂。同時膨脹劑水化時生成的膨脹結(jié)晶使混凝土的抗?jié)B能力大大提高，從而實現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)抗裂與抗?jié)B的目的，提高了結(jié)構(gòu)的整體抗裂性能和抗?jié)B標(biāo)號。

　　7.設(shè)水平暗梁

　　由于墻體受施工和環(huán)境溫度、濕度等因素影響較大，容易出現(xiàn)豎向收縮裂縫，混凝土強(qiáng)度等級越高，開裂幾率越大。本工程設(shè)計時在計算滿足的前提下適當(dāng)提高了墻體的水平鋼筋配筋率，水平鋼筋的間距小于等于150mm，即采取細(xì)而密的配筋原則。由于墻體受底板或頂板的約束較大，混凝土脹縮不一致，所以設(shè)計圖紙中在墻體中部及端部各設(shè)一道水平暗梁，用來控制墻體有害裂縫的出現(xiàn)。

　　8.增設(shè)構(gòu)造鋼筋

　　由于墻與柱的配筋率相差較大，混凝土脹縮變形與限制條件有關(guān)，又由于應(yīng)力集中原因，在離柱子1～2m的墻體上易出現(xiàn)豎向收縮裂縫。設(shè)計要求在墻柱連接處設(shè)水平附加筋，附加筋的長度為2000mm，插入柱子中200mm，插入墻體中1800mm，該處配筋率相應(yīng)提高10%～15%。這樣，有利于分散墻柱間的應(yīng)力集中，避免豎向裂縫的出現(xiàn)。

　　9.加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)

　　摻UEA-H混凝土的養(yǎng)護(hù)是保證工程質(zhì)量的最重要的措施之一，要派專人負(fù)責(zé)養(yǎng)護(hù)工作，混凝土終凝后2小時即開始養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期不少于14天。

　?。?）地下室混凝土采取蓄水養(yǎng)護(hù)；樓板混凝土板表面必須覆蓋二層草袋，并以每天澆水2～3次方式養(yǎng)護(hù)，或采取蓄水10cm深的方式養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)期內(nèi)應(yīng)保持混凝土內(nèi)外溫差不大于25℃。

　?。?）墻體養(yǎng)護(hù)一般可以延長模板的拆除時間3～5天，然后再派專人澆水養(yǎng)護(hù)。

　　三、結(jié)語

　　超長大面積混凝土必須嚴(yán)格按有關(guān)技術(shù)規(guī)范要求組織施工，分區(qū)澆灌為好。本工程施工時，本地的商品混凝土攪拌站還無法做限制膨脹率試驗（該試驗是在上海完成），所以應(yīng)對與施工過程中監(jiān)理如何控制混凝土限制膨脹率指標(biāo)予以相當(dāng)重視。

　　在實際設(shè)計、施工過程中，應(yīng)把超長地下室混凝土的裂縫控制看作一個系統(tǒng)工程。不應(yīng)該片面強(qiáng)調(diào)材料等單一因素的作用，而應(yīng)把合理的材料選擇與嚴(yán)密的設(shè)計方案、科學(xué)的混凝土配合比、嚴(yán)格施工組織和完善的工藝措施相結(jié)合，才能確保混凝土的施工質(zhì)量，達(dá)到混凝土結(jié)構(gòu)抗裂防水的目的。

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