试论钢筋混凝土结构施工及无缝设计控制
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摘要：本文结合工程实际情况，施工过程中在混凝土中掺加SY-G高效膨胀抗裂剂，配制补偿收缩混凝土，利用膨胀加强带取代后浇带，有效控制混凝土裂缝，提高混凝土结构的耐久性，加快施工速度。
关键词：建筑工程；无缝施工；膨胀加强带；自防水
1、工程概况
某枢纽站工程采用框架结构，设使用年限50年，地下一层。地下室基础尺寸最长为144.5m，最宽为55.8m。地计下室底板厚为400mm，地下室底板及侧壁的混凝土采用C35，抗渗等级为P8。
2、施工难点
本工程地下室底板和侧墙中的混凝土均为超长钢筋混凝土结构，施工技术要求较高，除必须满足强度、刚度、整体性和耐久性外，还存在裂缝控制及结构自防水问题。如何控制水泥水化过程释放的水化热所产生的温度应力和混凝土干缩应力的共同作用，导致钢筋混凝土结构的开裂，破坏结构防水封闭性及耐久性，将成为技术控制的关键。
根据《混凝土结构设计规范》规定，现浇钢筋混凝土伸缩缝的最大间距为20m～30m，后浇带处混凝土40d～60d后再浇筑，后浇缝的留置、清理、支模等工序繁多，时间跨度长 ， 施工成本高 ， 且难以保证混凝土整体质量，处理不好易成为渗漏的隐患。大量工程实践证明，留缝并不能较好地解决混凝土构造物的开裂问题。当前钢筋混凝土结构裂缝普遍存在，应采取合理措施，有效避免混凝土自身体积变形等因素造成的结构开裂，提高构筑物的耐久性，延长使用寿命。
3、后浇带施工和使用膨胀加强带连续
施工综合效益对比分析现对使用后浇带施工和使用膨胀加强带连续施工两种方法的综合效益进行对比分析 ：
3.1设置后浇带的弊端
①影响工程质量。后浇带的浇筑，至少要历经6周以上，有时甚至是直至结构封顶后。在这样长的时间里，后浇带将不可避免地落进各种垃圾杂物，钢筋易出现锈蚀。②施工进度延长。按照规范规定，后浇带至少需42天以后，才能用膨胀混凝土回填。③工艺繁杂。后浇带贯穿于整个地下、地上结构，所到之处遇梁断梁，遇板断板，给施工带来很多不便，模板支撑、处理工艺繁琐。④增加水费。后浇带不封闭，地下室降水就不能停止，增加大量的降水费用。⑤新老混凝土结合。后浇带混凝土与先浇混凝土间隔数月，新老混凝土的结合非常薄弱，一旦处理不好将严重影响结构的整体性和安全性。
提高了工程质量，确保建筑结构的整体性和安全性。大大缩短了工期，加快了施工进度 ；简化施工工艺，减少后浇带处理给施工带来的麻烦和隐患 ；节省降水费用、人员工资和施工管理费用，取消后浇带两侧应设的止水带 ；建筑物提前投入使用，可为业主带来直接和间接经济效益。
4、补偿收缩混凝土结构自防水技术
“超长钢筋混凝土无缝设计施工方法”是中国建筑材料科学研究院开发的一项应用技术，它是利用混凝土膨胀剂的膨胀性能，通过掺量的变化，调整膨胀量对整体混凝土结构不同部位的收缩进行补偿，即根据工程结构不同部位的收缩情况，采用膨胀加强带的方法将整体结构分成若干块。然后，用具有不同膨胀性能的混凝土去填充，施工时可连续施工也可间歇施工，应用灵活方便，确保工程整体性。
4.1无缝设计的应力分析
“无缝设计”是相对的，根据工程结构具体情况，可无缝或少缝。这里的“缝”指的是释放收缩应力的后浇带或永久伸缩缝，不包括沉降缝。其设计思路是“抗放兼施，以抗为主”。即以掺SY-G高效膨胀抗裂剂的补偿收缩混凝土，作为结构材料，其在水化硬化过程中产生膨胀作用，该膨胀由于受到钢筋和邻位的约束，能在结构中建立一定的预压应力δc，由此来抵抗收缩变形时产生的拉应力，防止混凝土开裂。膨胀混凝土用于超长结构无缝施工，其限制膨胀ε2设计和设定非常重要。ε2偏小则补偿收缩能力不足，无缝施工难以实现 ；ε2过大，对混凝土强度有明显影响。经大量试验研究与工程实践证明，SY-G替代混凝土中的胶凝材料8%～12%，对强度无影响，限制膨胀率适宜，ε2=（2～3）×10-4，在配筋率μ=0.2%～0.8%的条件下，可在结构中建立0.2MPa～0.7MPa预压应力，这一预压应力值可以抵消混凝土在硬化过程中，因温度和干缩产生的拉应力，从而防止混凝土收缩开裂。基于这一“抗”的原理，采用SY-G后浇缝的间距延长至60m是安全的，比规范 20m～30m增加1倍左右。
4.2无缝设计的变形分析
我国著名的裂缝专家王铁梦教授通过对结构物应力―应变分析与计算，求得了平均伸缩缝间距（或裂缝间距），计算公式如下：
公式中 ：H―底板厚度或侧墙高度（mm）；E―混凝土弹性模量（MPa）；Cx―基础的水平阻力系数 N/mm5，配筋混凝土1.0×1.5N/mm5；α―混凝土的线性膨胀系数，取1.0×10-5；T―为综合温差，普通混凝土T=T1+T2，膨胀混凝土=T1+T2-T5（T1―混凝土因水泥水化热而引起的温升值、T2―混凝土的收缩当量温差、T5―膨胀混凝土的膨胀当量温差）；αT―约束体与被约束体的相对自由温差变形（mm）；SK―混凝土的极限拉伸值；arcosh―双曲余弦函数的反函数。
该公式是用极限变形计算伸缩缝间距。由公式可见，温差或收缩很重要，一般总是αT大于 SK。它们的差距越大，伸缩缝间距越小 ；差距越小，伸缩缝间距越大。如设法使约束程度下降，即可增大伸缩缝的间距。如 Cx0，则L∞，即在理论上建筑物任意长度均可取消伸缩缝。这就需要降低温差或减小混凝土收缩，提高混凝土的极限拉伸 SK。然而，提高混凝土的 SK是十分困难的，只有设法降低混凝土的水化热和收缩，即控制裂缝原则是αT≤ SK，这是“抗”的办法。工程实践表明，在混凝土中掺入适量的 SY-G，由于混凝土的膨胀可补偿混凝土的冷缩和干缩，可显著地减少αT，延长伸缩缝的间距。
5、混凝土裂缝控制措施
根据大量工程实践经验，地下结构可以使用掺 SY-G高性能膨胀抗裂剂的补偿收缩混凝土，通过设置膨胀加强带，建立“以抗为主，抗放结合”的裂缝控制体系，达到裂缝控制及结构自防水目的。
选用“连续式”膨胀加强带，即整体混凝土连续浇筑，到膨胀加强带位置时更换混凝土配合比，膨胀加强带两侧为软接茬，不留施工缝（如图 1）。膨胀加强带设置宽度为2m，带的两侧分别架设密孔铁丝网，并用短筋加固，防止不同配合比的混凝土流入加强带内。施工时，带外先用 C35小膨胀混凝土（掺 8%SY-G）浇注 ；浇至加强带时，改用C40 大膨胀混凝土（掺 12% SY-G），浇完后再用小膨胀混凝土浇另一侧底板，如此循环下去，可连续浇筑 150m 左右的超长结构。
本工程用膨胀加强带划分施工区段，采用分段连续作业的方法施工。混凝土的浇筑沿纵向每区段内采用“一个坡度、循序推进、一次到顶”的连续浇筑方法，混凝土自然流淌形成一个斜坡。这种方法能较好地适应泵送工艺，避免泵管的经常拆除冲洗和接长，提高泵送效率，保证及时接茬，避免冷缝的出现。
6、结语
在我国《钢筋混凝土裂缝控制指南》中提出：应采取“防、放、抗”的综合措施，设计、材料和施工相结合的裂缝控制方法，其对混凝土材料的选择和配合比，除达到设计的强度、抗渗等级外，还应具有抵抗裂缝的功能。设膨胀加强带方式属于“抗”，后浇式膨胀加强带方式属于“放”，改变结构的约束是“防”。本工程超长地下室的无缝设计施工正是体现了“抗、放、防”三者的结合。SY-G 高效膨胀抗裂剂可有效补偿混凝土的收缩，防止有害裂缝的产生，并大幅度提高混凝土的抗渗性2～3倍。通过无缝设计施工，不但可以解决结构整体防水，而且可以加快施工速度。