超长大钢筋混凝土结构WEA无缝设计的施工方法

1、一、前言后浇缝是一种扩大伸缩间距和取消结构中永久伸缩缝的有效措施，它是施工期间保留的临时性温度收缩变形缝，保留一定时间后，再进行填充封闭，后浇成连续整体的无伸缩缝结构，这是一种“抗放兼备，以放为主”的设计原则。因为普通水泥混凝土存在收缩开裂问题，后浇缝的设置就是把大部分约束应力释放，然后以膨胀混凝土填缝，以抗衡残余收缩应力。这种设计已列入规范而广泛使用。然而，后浇缝的清理与凿毛也给填缝施工带来一定麻烦，延长工期，有时影响总体结构的设计。能否取消后浇缝？自中国建筑材料科学研究院研制成功混凝土膨胀剂后，在结构自防水方面取得重大突破，补偿收缩混凝土防水工法列为国家级工法（YJGF2292）。经工程实

2、践，“取消伸缩缝的设计新方法”不但在地下、水工结构上应用，而且在上部楼面、屋面应用。二、无缝设计的含义和理论依据所谓“无缝设计”是个相对概念，根据结构情况，可无缝或少缝。它不包括沉降缝。它指的是释放收缩应力的后浇缝。其设计思路是“抗放兼备，以抗为主”的原则。也即用WEA补偿收缩混凝土作为结构材料，在硬化过程中产生的膨胀作用，由于钢筋和邻位约束，在结构中建立少量预压应力C。考虑结构强度的安全，膨胀不能太大，且在硬化14d基本结束。经研究，WEA替代水泥量8%10%范围内，对强度不影响，其膨胀率=（23）×10-4，在配盘率=0.2%0.8%时a0.7MPa预压应力，这一预压应力大致可以

3、补偿混凝土在硬化过程中产生温差和干缩的拉应力；从而防止收缩裂缝，或把裂缝控制在无害裂缝范围内。基于这一“抗”原理，采用WEA混凝土时，后浇缝的间距可延长至60m是安全。比规范20m40m增长一倍左右，这是无缝设计的“少缝”含义。已成功应用于结构设计中。随着我国建筑长大化和多功能的发展，钢筋混凝土结构超长100m以上，水平面积超1万m2以上比比皆是。楼层数十层，设置后浇缝以防止结构收缩开裂成为必要措施。然而，它给结构设计和施工带来一定麻烦，工期延长，模板周转、降水和施工管理费用都增加，能否取消后浇缝？这具有技术经济意义。工民建的整体式基础，箱形基础的底板，车间混凝土地面、地下隧道涵管等结构的底板

4、和墙体的特点是，其厚度（高度）远远小于长、宽方向尺寸，当H/L，板在温度收缩变形作用下，离开端部区域，全截面受拉应力较均匀。在地基约束下，将出现水平法向力x；从工程实践可知，x是设计主要控制应力，是经常引起垂直裂缝的主要应力，其最大值max在截面的中点x=0，见图1图1 长墙的主要应力图当法向应力max超过混凝土抗拉强度（Rt），在中部出现第一条垂直裂缝，一分为二，每块板的水平应力重新分布。如xRt，则形成第二批裂缝。这种裂缝的有序排列经常在工程中见到。为防止这种有序裂缝的出现，工程中靠设置后浇带来释放这收缩应力。这是控制裂缝的主要措施之一。从以下法向应力公式可见1max = - ET（1-

5、）L cosh2CX1/2式中= ；其中，Cx水平阻力，H板厚，E混凝土弹性模量。 HE后浇缝只在较短的间距（L）范围对削减温度收缩应力（max）起显著作用，超过一定长度，即使设后浇缝也没有意义。按理论计算，削减max有效间距为20m60m。下面谈到的膨胀加强带间距应设在此范围内。研究表明，WEA混凝土在硬化过程中产生膨胀作用，在钢筋和邻位约束下，钢筋受拉，而混凝土受压，当钢筋拉应力与混凝土压应力平衡时，则Ac·c = AS·ES·2而配筋率= As/(AsAc)所以 As/Ac = /（1）则c =·ES·2/（1）式中c混凝土预压应力（MP

6、a）；Ac混凝土截面积；As钢筋截面积；ES钢筋弹性模量（MPa）；配筋率（%）；2混凝土限制膨胀率（即钢筋伸长率）%。从上式可见，c与2成正比关系，而限制膨胀率随WEA掺量增加而增加，所以，我们可以通过调整膨胀剂的掺量，可使混凝土获得不同的预压应力。根据水平法向应力分布曲线，在max处给予较大的膨胀应力，而在两侧给予较小的膨胀应力，见图2，以便结构的收缩应力得到大小适宜的补偿，从而控制有序裂缝的出现。图2 膨胀应力c补偿收缩应力c示意图三、无缝设计方法在工程中，如何实现图2的补偿收缩应力曲线呢？请参图3。图3 有防水要求的WEA无缝设计示意图（立面）在应力集中的max处，高膨胀加强带，其宽度

7、2m3m，带的两侧架设密孔铁丝网，并用立筋加固，目的是防止混凝土流入加强带。施工时，带外侧用小膨胀混凝土，浇筑到加强带时，用大膨胀混凝土，到加强带另一侧时，又改为小膨胀混凝土浇筑。如此循环下去，可连续浇筑100m150m超长结构。由于混凝土供应或施工力量达不到连续作业要求时，可采用图4的“间歇式无缝施工法”，加强带一侧改为台阶式。施工缝凿毛清洗干净，用大膨胀混凝土浇入加强带，随后用小膨胀混凝土浇注带外地段。对于无防水要求的楼板，考虑可允许出现小于裂缝，不影响结构安全。可采用如图5的取消后浇缝的设计方法。与图3区别在于加强带两侧采用掺8%10%WEA的无收缩混凝土，加强带本身用大膨胀混凝土。此方

8、法不影响模板周转，加快楼面施工进度。由于楼板厚度小，加强带两侧可用模板隔离。图4 “间歇式”底板无缝设计示意图（立面）图5 楼板无缝设计例图（水平面）对于墙体的加强带，参见图3。由于墙体薄，面积大，养护困难，受到风速和大气温度影响大，容易出现收缩裂缝。因此，我们倾向采用后浇加强带（2m3m宽）即分段浇注掺8%10%WEA混凝土，养护14后，用大膨胀混凝土回填。此方法与传统后浇带设计一样，要设钢片止水带（见图6），所不同之处，后浇加强带的宽度为2m3m，回填用大膨胀混凝土，回填缝时间为14d，比传统后浇缝缩短30多d。图6 寺体的后浇加强带设计示意图（立面）四、无缝设计的注意事项由于钢筋混凝土结

9、构长大化和复杂化，取消后浇缝的无缝设计发布根据结构特点灵活运用，沉降缝不能取消，对于具有沉降性质的后浇缝也不能取消。WEA加强带的性质是以较大膨胀应力补偿温差（包括干缩）收缩应力集中的地方，所以，它可以取消后浇缝。加强带的间距可控制在40m60m。实践表明，对受大气温度和风速影响较小、保温保湿养护可操作性好的地下室、水池、隧道等防水结构的底板和高层建筑的楼板，可采用图3的无缝设计，对于边墙，由于薄而暴露面大，立面养护困难，易受风速和温差影响，我们倾向于用图6的后浇加强带，这种设计比较保险。、关于剪力墙的配筋构造设计。注意问题是：1.当柱子剪力墙连在一起时，由于柱子的截面和配筋率都比墙体大得多，往往在相连部位出现过大的应力集中而开裂。为分散应力，应该在此处增加水平筋（810）200，其长100cm，20cm插入柱子中，80cm插入墙体中。%0.25%。工程实践表明，由于墙体一般拆模早，养护困难，受温度影响大，水分蒸发速率大，容易开裂。为了控制温差和干缩引起的垂直裂缝，墙体的水平构造筋的配筋率不应小于0.5%，并使用螺纹钢筋，钢筋间距不宜过大，采用10mm16mm钢筋和150mm间距是比较合理的。墙体厚度为30cm50cm。从