【摘 要】根据裂缝产生原因，提出‘抗与放’的裂缝控制原则，结合结构设计、施工工艺、养护等多方面进行控制，防止混凝土结构裂缝产生。
【关键词】混凝土结构；施工技术；裂缝控制；配合比
1.引言
改革开放以来，我国城市建设取得了巨大成就，各类商业及民用建筑规模日趋宏大，大型混凝土结构被广泛应用于建筑工程中。由于混凝土自身特性、配合比及施工等因素影响，混凝土结构往往容易产生裂缝。对于多数轻微细小的裂缝， 不会对工程结构的承载能力、使用功能和耐久性产生大的影响，当可见裂缝较宽较深时，通常会影响到结构的抗渗性能，导致水分和有害物质渗入，诱发钢筋锈蚀或加速混凝土的自然老化，从而损害工程结构的承载能力、使用功能和耐久性。因此，大型地下室混凝土结构在施工时，应采取多种措施综合应对，预防、避免裂缝产生。
2.工程概况
某高层商住楼地下室建筑面积为17308 m2，南北长206.5m，东西长82.9m。地下室底板埋深-5.700m，顶板面标高为-1.600m，覆土1.3m，地下室上部为3 幢11 层住宅楼，工程设计按6 度抗震要求设防考虑。该工程基础采用桩筏基础，地下室底板厚600mm，顶板厚250mm，地下室混凝土用量16000 m3，采用泵送混凝土，混凝土强度等级为C35，抗渗指标为S8。超长、大面积是本地下室工程结构的重要特征，因此其混凝土结构裂缝控制也就成为设计与施工的重点与难点。
3.超长混凝土结构裂缝产生的原因分析与控制思路
3.1 混凝土结构结构裂缝产生因素分析
混凝土结构在施工和使用过程中不可避免地经常出现不同程度、不同类型的裂缝，这些裂缝大多是因荷载及温度变化而引起的，主要包括以下几种：
1）混凝土受约束产生裂缝：混凝土在受到内部一和外部约束时会产生拉应力，出现裂缝。
2）受拉产生裂缝：由于混凝土的抗压强度远大于其抗拉强度。大体积混凝土内部产生的拉应力超过其极限抗拉强度时将产生裂缝。
3）温度上升引起的裂缝：水泥水化热是引起大体积混凝土中的温度变化的主要因素。由于混凝土表面散热条件较好，热量容易释放，因而温度上升较少；而混凝土内部由于散热条件较差，使温度上升较多而形成内约束。其结果使得混凝土内部产生压应力、面层产生拉应力。当该拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土表面就产生了温度裂缝。
4）降温产生的裂缝：混凝土浇筑后经过一段时间，水泥水化热基本上已释放，混凝土从较高温度逐渐降温，引起混凝土收缩，同时由于混凝土中多余水分蒸发、碳化等引起的体积收缩变形，受到地基和结构边界条件的约束，不能自由变形，导致产生拉应力，当拉应力超过混凝土抗拉强度时，则从约束面开始向上开裂形成裂缝。
3.2 结构裂缝的控制思路
在超长结构控制温度裂缝方面，根据温度应力与长度非线性关系，应用“抗与放”原则，具体思路如下：
1）“放”的方法是减少约束体与被约束体之间相互制约，以设置永久性伸缩的方法，将超长的现浇混凝土结构分成若干段，以释放大部分变形，减少约束应力。
2）“抗”的方法是采取措施减少被约束体与约束体之间的相对温差，改善配筋，减少混凝土收缩，提高混凝土抗拉强度。间设置临时伸缩的后浇带，把结构分成若干段，这样可以有效削弱温度收缩应力。在施工后期，将若干段浇筑成一整个，以承受约束应力。
4.地下室超长混凝土结构设计
根据“抗、放”的控制思路，本工程采取了以下针对性措施，具体如下：
4.1 结构设计及构造措施
为控制混凝土裂缝，本工程在设计与构造方面采取了以下措施：
1）地下室底板、外墙、顶板裂缝计算均按0.2mm 控制计算。对于外墙，由于受到底板的较大约束，造成约束力上小下大，外墙下部1/2 高度内配筋加密为Φ14@150。
2）在地下室外墙与柱子相连部位，由于两者截面和配筋率相差大，往往在相连部位产生较大的应力集中而导致开裂，为分散此处应力，而增加了水平构造。
3）另外±0.00 与地下室顶板标高相差1.60m，且顶板上覆土1.3m，对控制顶板的温度差及释放南北方向的应力起到一定的有利作用。
4）本工程地下室部分设置了8 道沉降后浇带及伸缩后浇带（伸缩后浇带混凝土的浇捣时间视实际情况定，但最小时间差不应小于60d，沉降后浇带须在主体结顶后浇筑），将地下室共分成了21 块，主楼长度达71m，设伸缩缝一道，以减少混凝土浇筑过程中的收缩裂缝和因沉降产生的变形裂缝。
4.2 混凝土配合比设计
就裂缝控制而言，混凝土的配合比至关重要。结合以往工程实践可知，选用低水化热水泥并填加外加剂，可有效控制裂缝的产生，具体措施如下：
1）水泥和骨料的选择：根据水化热绝对温升计算公式可知，减少水泥用量可降低水化热。为降低水化温升、减小体积变形，减少出现裂缝，在满足设计要求的前提下，选用中热硅酸盐水泥和低热矿渣水泥。地下室部分混凝土等级为C35， 采用P.O42.5R 级矿渣硅酸盐水泥，水泥热量Q=334kJ/kg。骨料选择连续级配骨料，增大混凝土的密实度。粗骨料含泥量控制≤0.5%，细骨料选用细度模数为2.02～2.4的中砂，含泥量≤0.5%。混凝土坍落度140～150mm，容重2450kg/m3，采用机械振捣和泵送施工。
2）配合比设计：根据工程的特点和设计要求、气候条件，掺人粉煤灰的影响以及施工现场的生产管理状况，采用不同技术指标，由实验室试配确定配合比。
3）外加剂：在混凝土中掺人活性材料粉煤灰，可改善混凝土的粘塑性，代替部分水泥，减少混凝土的用水量和水泥用量，从而降低水化热；还可减少混凝土中的孔隙，提高混凝土的密实性和强度，提高抗裂性。但同时应注意到掺人粉煤灰的混凝土早期抗拉强度及早期极限拉伸有小量的降低，但后期强度不受影响。
此外，根据大体积混凝土的强度特性，对早期抗裂要求较高的工程，粉煤灰的掺量应限制在较小的范围内。鉴于此，本工程混凝土中粉煤灰的掺人量控制在水泥用量的20%左右。
为使施工现场的混凝土具有足够的塌落度，在地下室底板、墙板、顶板混凝土中还掺加了HPM-2高效缓凝减水剂以进一步降低水泥用量。缓凝型减水剂还有抑制水泥水化作用，可降低水化温升，有利于防裂。另外还可延迟水化热释放速度，热峰也有所降低；可以缓凝，在大体积混凝土中可以避免冷接缝，提高工作性及流动性，有利于泵送。减水剂掺量2.2%（根据厂家实验数据定），约减水泥用量20%。
4）掺加其他材料：为了增加混凝土的韧性，提高混凝土的抗拉能力，在施工中还加入防裂抗渗聚丙烯（PP）改性纤维，掺加量为0.9kg/m3。
4.3 施工过程中的裂缝控制措施
混凝土在凝结过程中产生的收缩受到约束后产生收缩应力，当其大于昆凝土的抗拉强度时就会产生裂缝。为了有效控制其中有害裂缝（宽度﹥0.2mm）的展开，本工程在施工中采取了以下几种措施：
1）温度控制措施：混凝土浇注安排在夜间进行，以便降低混凝土的初始温度，防止其在浇筑过程中过早硬化和出现裂纹。混凝土从低处向高处水平分层连续浇筑，浇筑时采用“一个坡度，分层浇注，一次到顶”的方法进行施工，使之合理分层。混凝土浇筑时不留施工冷缝，加强振捣使其形成密实的均匀体，减少收缩，浇捣后及时排除表面泌水，提高混凝土的极限拉伸强度。浇筑混凝土时采用WD2 型测温仪测温，采用测温技术指导混凝土动态养护。
2）混凝土的养护措施：通过测温监控和蓄水养护防止混凝土于裂，控制内外最大温差为21℃，（小于规范要求的25℃），且养护期不少于14d。
3）改善施工工艺：在施工中采取以下措施，以确保混凝土的质量。对浇筑后的混凝土进行二次振捣，排除混凝土因泌水在粗骨料、水平钢筋下部生成的水分和空隙，提高混凝土与钢筋的握裹力，防止因混凝土沉落而出现的裂缝，减少内部微裂，增加混凝土密实度，使混凝土的抗压强度提高10%～20%，从而提高抗裂性，采用二次投料的砂浆裹石搅拌工艺，二次投料法是先将水、水泥、砂子投入搅拌机，拌合30s 成为水泥砂浆，然后再投粗骨料拌合60s，这时骨料与水泥已充分拌合均匀。采用这种方法，因砂浆中无粗胶料，便于拌合，粗骨料投入后，易被砂浆均匀包裹，可有效地防止水分向石子与水泥砂浆界面的集中；硬化后的界面过渡层的结构致密，粘结加强，从而提高了混凝土强度。
5.结语
综上所述，超长地下室混凝土结构裂缝的根据成因可分为两大类：荷载引起的裂缝及变形引起的裂缝。本工程在裂缝控制方面从结构设计方案及构造措施、混凝土的配合比、添加外加剂以及施工监测几方面进行控制，取得了良好的效果。2006 年5 月竣工使用至今，经过观测地下室顶板、底板均无明显裂缝，墙板经检测有微小裂缝，但宽度仅0.15mm，能满足规范及正常使用要求。
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