超长地下室结构无缝设计

随着材料科学和计算机分析手段的不断进步，对于超长不设缝的混凝土结构工程，我国已有很多成功的案例。本文将结合湖南宁乡水木天成住宅小区的地下室结构设计，对地下室裂缝产生的原因进行分析，对超长地下室结构的无缝设计进行相关探讨，进而对超长地下室结构裂缝控制的一些有效设计及施工措施进行介绍，希望为今后类似工程的设计提供参考。


因为防水问题的存在，对地下室不设缝结构的要求更高。我国《混凝土结构设计规范》（gb50010）规定了设置伸缩缝的最大间距，同时还规定，当采取了一定的措施之后，在一定程度上可以超过国家规范所规定的最大限度值。近些年，随着材料科学和计算机分析手段的不断进步，国内已经有了多个超长不设缝混凝土结构工程的成功案例。本文在对地下室裂缝产生的原因进行分析的基础上，结合具体的工程，对超长地下室结构的无缝设计进行相关探讨。
工程位于湖南宁乡县，为某房产公司开发的住宅小区，设一层地下室，其建筑面积约14400m2，地下室长约191m，宽约110m，底板板厚300mm，外墙厚350mm，砼强度等级：墙、柱为c35;梁、板为c30，砼抗渗等级均为p6级。地下室平面详下图：
图一 地下室结构平面图
1裂缝成因分析
在建筑工程中，超长地下室外墙与底板裂缝的形成，是由多种因素所影响带来的收缩应力造成的。从已建成的建筑来观察，超长地下室底板裂缝呈现出：裂缝与地下室底板的长向垂直，同时，按一定的间距沿着长向分布的规律。本文将从收缩应力的角度对超长地下室底板及外墙裂缝产生的原理进行相应的分析。
超长地下室底板及外墙处在收缩变形的作用之下时，混凝土会产生从两端至中心的位移趋势；这一趋势的产生，必然会受到地基土对其的约束，所以，底板的全载面会产生水平法向应力。通过工程实践可知，砼水平法向应力是造成底板垂直裂缝的主要应力，是设计的主要控制应力。同时，地基土对底板的约束作用，是沿着底板长向连续式的进行约束，所以，由端部至中心，混凝土底板载面上的水平法向应力，将随着地基土的约束而累积并增大，其最大值出现在底板截面的中心位置。当最大法向应力大于混凝土底板的抗拉强度时，底板中心位置将产生第一批垂直裂缝。底板开裂之后，每块底板的水平法向应力又将按相同原理进行分布，并产生下一批裂缝，如此继续下去。2 补偿收缩砼抗裂原理
混凝土结构出现裂缝一般直接由砼干缩及温差引起，当地下室底板和外墙均采用普通砼时，干缩及温差均较大，容易产生裂缝。对于超长地下室砼结构，如果采用传统的施工方法，每隔30~40设置一条后浇带来解决砼的开裂问题，会导致施工工期延长，后浇带的清理及浇捣也非常麻烦，处理不好极易导致地下室渗漏，此外，后浇带不封闭，则需一直进行施工降水，也会导致工程费用增加。
3 无缝设计中采取的设计及施工措施
通过以上分析，本工程超长地下室的设计，即地下室砼采用膨胀混凝土，混凝土中掺入适量膨胀剂，同时每隔30m左右设置一条膨胀加强带，加强带内采用膨胀砼，膨胀剂掺量适当提高；此外，结合上部主楼设置膨胀后浇带，后浇带除上部主楼周边设置外，沿长度方向设置三条，沿宽度方向设置两条。膨胀后浇带及加强带具体做法如下：
1膨胀后浇带
当前超长地下室混凝土结构的设计中，设置后浇带是常用的方法。它的主要作用是，将混凝土早期的收缩应力释放出来，减少混凝土的变形。后浇带设置间距通常在30~40m之间，设置于梁跨的三分之一位置，且应避免将其设置于大跨处。其宽度通常在800～1000 mm之间，本工程采用800mm。后浇带内纵向受力钢筋处理方法一般有以下几种：
（1）梁板钢筋都断开之后再搭接，此种方法会导致梁钢筋焊接、搭接处理困难，质量很难保证，易造成结构隐患；
（2）梁板钢筋都不断开，施工方便，但钢筋会约束混凝土的收缩，进而影响后浇带的效果；
（3）梁钢筋不断，板钢筋断开，这样能大量减小钢筋全部不断对混凝土收缩形成的约束，同时避免梁钢筋全部焊接、搭接的困难。后浇带经过跨的梁板配筋适当加大。
2膨胀加强带
由于后浇带部分不可以和主体一起施工，给施工带来了：钢筋裁断之后需要焊接、搭接；后浇带两侧要设可靠的支撑；影响模板的周转、延长工期、使得施工和降水变得更加复杂，如果处理不当很容易留下隐患；后浇带混凝土的凿毛和清理麻烦等问题。本工程每隔30m左右设置一道膨胀加强带，带宽2m，两侧设密孔铁丝网，加强带外侧为普通膨胀砼，到加强带时改用大膨胀混凝土，设置加强带可以连续浇捣超长砼结构。此外，在加强带部位设置了附加钢筋。
3 设计措施
在设计时，应当注意以下几点：①材料选用：应按《混凝土膨胀剂》和《混凝土外加剂应用技术规范》的规定选择膨胀剂，其具体掺量应通过实验确定。②构造措施：合理提高超长地下室墙、板受力钢筋配筋率，墙、板受力钢筋应以细且密的原则设计，由于墙体的养护和施工易受外界温差的影响，很容易产生竖向的裂缝，所以，应以细且密的原则设计墙体水平筋。墙体水平构造筋之间的间距最好小于150mm，并应适当控制其配筋率，另外，墙的中部应当加密水平筋之间的间距。③混凝土的收缩率和其强度的等级成正比，所以，不能用等级太高的混凝土浇筑地下室，通常不能超过c40。地下室通常都选择自防水混凝土，应注意地下室底板及外墙的防水施工，设置多道防护线，在地下室的防渗漏方面也是很重要的。
4 施工措施
（1）底板混凝土可选择90d或60d强度，来减少水泥的用量，降低混凝土的早期水化热。
（2）确保膨胀剂的掺量准确。
（3）如果施工条件充足，浇筑完混凝土之后，在其顶部可设水管慢淋对墙体进行养护，有良好的效果。
（4）混凝土的振捣和布料应当按照施工规范进行，以保证混凝土振捣匀质、密实。
（5）在完成地下室施工后，应当及时覆土回填，同时尽快做好墙体的围护结构。
（7）在工程建设中，超长地下室的混凝土养护工作是非常重要的，只有采取保湿养护膨胀混凝土的方法，才能更好将其膨胀效应发挥出来。墙体模板不仅能够限制混凝土的膨胀，还能够起到保湿保温的作用，有利于混凝土内预压力的形成。延迟拆模的期限，对于防止地下室侧墙裂缝的出现非常重要，墙体通常在第5到7天后拆模，并且用麻片贴于墙壁，同时淋水养护，保湿养护应当在10到14天之间；不能在混凝土浇筑的1到2天就进行拆模，因为，此时混凝土的水化热温度正升到最高；如果此时拆模，将会造成墙体散热过快，加大墙体内外温度差，进而使得墙体产生裂缝。
小结：
本工程控制地下室裂缝可分为“堵”和“疏”两种方法。以“堵”为主，控制裂缝的产生，对施工图进行优化，严格控制混凝土配合比，对混凝土的浇捣及养护严格把关；以“疏”为辅，在地下室适当部位设置后浇带，尽量减小混凝土约束应力的积聚，以达到控制裂缝发展的目的。本工程已完工一段时间，尚未发现贯穿墙体的裂缝，达到了设计目的。希望本工程的设计及施工技术措施能对超长地下室结构无缝设计有所帮助。