超长钢筋混凝土结构无缝设计施工新工法doc文档格式.docx
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本文遵从这—习惯，所讲到的后浇带即指临时性伸缩缝。
施工缝是在混凝土施工间隙所形成的一种施工冷缝，包括水平施工缝，垂直施工缝和斜施工缝。
施工缝在施工中应尽量避免出现，—旦出现则应进行处理。
如水平缝可以做企口或阶梯形等，地下工程也可使用钢板止水带或橡胶止水带的办法处理，然后用1：
2膨胀砂浆与新浇混凝土连结。
垂直缝、斜缝也应凿毛、清理，然后用1：
2膨胀砂浆与新混凝土连结。
膨胀加强带（简称加强带或膨胀带）是我们在“超长钢筋混凝土结构设计和施工方法”专利技术中提出的—个新概念，是为取消后浇带，实现超长结构连续施工，而人为采取的措施，是一个“假缝”，具有特定的含义。
本文将对加强带的原理、性能及应用做详细介绍。
二、无缝抗裂设计的提出
在上世纪七十年代以前，对于—些超长钢筋混凝土结构，通常采用永久性伸缩缝来解决收缩开裂的问题。
七十年代以来，后浇缝技术的出现特别是填充性膨胀混凝土在后浇带施工中的成功应用（以1977年毛主席纪念堂工程为典型代表），成为—种扩大伸缩间距和取消结构中永久伸缩缝的有效措施。
后浇缝—般在两侧混凝土浇灌40-60天收缩基本完成后回填，使结构成为—种连续整体的无伸缩缝混凝土结构。
这是—种“抗放兼施，以放为主”的设计原则，是针对普通水泥混凝土存在的收缩开裂问题，以设置后浇带的办法释放大部分收缩应力，然后以膨胀混凝土填缝，抗衡残余收缩应力。
这种设计已列入规范而广泛采用。
然而，后浇带的凿毛与清理及填缝等给混凝土整体施工带来很多麻烦，填缝不好，还常常成为开裂和渗漏隐患，并且延长工期，有时还影响总体结构的设计。
能否取消后浇缝，这是工程界向我们提出的新课题。
中国建材院于八十年后期研究成功U型膨胀剂（UEA）、复合膨胀剂（CEA）和铝酸钙膨胀剂（AEA），九十年代以来又发展了多功能复合高效膨胀剂UEA—H、CEA—B、UEA—M等，在混凝土结构自防水方面取得重大突破，1992年《补偿收缩混凝土防水工法》列为国家级工法（YJGF22—92），已在全国实施。
并被JGJ/T178-2009《补偿收缩混凝土应用技术规程》收录。
在此基础上，根据膨胀混凝土补偿收缩原理，我们在1990年探索取消后浇带的科研工作，首先在理论上搞清楚，后在工程上从小到大实践。
经过几年的探索与实践，该技术在一些典型工程中应用取得成功，并受到建筑工程界的广泛关注。
我们于1993年正式向国家专利局申报了发明专利申请“超长钢筋混凝土结构无缝设计施工方法”，期间技术成果不断完善，1999年5月12日国家知识产权局正式授予该技术国家发明专利权，同年获部级科技进步二等奖。
至今，北京大部分民用与工业设计院和主要施工单位均采用了这一无缝抗裂施工方法，中南、华东、华南、西北、西南、东北地区的大型设计和施工单位也采用了这一新技术。
到目前为止，该专利技术已在北京当代商城、西客站工程、青岛中银大厦、武汉百盛国际配售中心、长沙平和堂大厦、深圳贤成大厦、珠海口岸广场、中科院高能所板式楼等全国一百项以上重大工程中进行成功实施，取得良好的技术经济和社会效益。
其应用范围不但在地下、水工结构，而且在上部楼面、墙体和屋面。
三、无缝抗裂设计的应力分析
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”。
即用掺膨胀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σc，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抗裂施工，其限制膨胀率（ε2）的设定至为重要。
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。
经大量研究与工程实践，高效UEA或CSA替代水泥8％，对强度无影响，对中强混凝土限制膨胀率一般设计在ε2＝1-3×
10-4，对高强混凝土限制膨胀率一般设计在ε2＝0.5-1.5×
10-4，在配筋率μ＝0.2%-0.8％下，可在结构中建立0.2-0.7MPa预压应力，这一预压应力大致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，或把裂缝控制在无害裂缝范围内（小于0.1mm）。
基于这一“抗”的原理，采用补偿收缩混凝土，后浇缝的间距延长至60m是安全的，比规范20—40m增加一倍左右。
这是无缝设计概念中的“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以上者越来越多。
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很多麻烦，工期延长，模板周转、降水和施工管理费都增加，能够取消后浇缝，实现超长结构连续施工，具有重大的技术经济意义。
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、涵管等结构的底板和墙体的特点是，其厚度（高度）H远小于长、宽方向尺寸L，当H／L＜0.2时，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σx；
从工程实践可知，σx是设计主要控制应力，是引起垂直裂缝的主要应力，其σmax出现在截面的中点x＝0处（图1）。
y
x
图1长墙的主要应力图
当法向应力σmax超过混凝土抗拉强度R，在中部出现第一垂直裂缝，将板一分为二，每块板的水平应力重新分布σx，如σx＞Rt，则形成第二批裂缝……，这种裂缝有序性常可在工程中见到。
为防止这种有序裂缝的出现，工业与民用建筑中以设置后浇缝作为释放收缩应力和控制裂缝的主要措施之一。
从以下法向应力公式可见：
式中,
Cx——水平阻力系数；
H——板厚；
E——混凝土弹模。
后浇缝只在较短的间距（L）范围对削减温度收缩应力（EαT）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，削减有效间距为20—60m。
下面谈到的膨胀加强带间距应设置在此范围内。
研究表明，膨胀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·
σc＝As·
σs＝As·
Es·
ε2
设μ＝As／Ac
则σc＝μj·
ε2
（1）
式中：
σc——混凝土预压应力，MPa；
As——钢筋截面积；
μ——配筋率，％；
Ac——混凝土截面积；
Es——钢筋弹性模量。
MPa；
ε2——混凝土的限制膨胀率（也即钢筋伸长率）％。
由
（1）式可见，σc与ε2成正比关系，而限制膨胀率ε2随UEA（CSA）掺量增加而增加，所以，我们通过调整UEA（CSA）掺量，可使混凝土获得不同的预压应力。
根据水平法向力σx分布曲线，我们设想在σmax地方给与较大的膨胀应力σc，而在两侧给与较小的膨胀应力（图2），全面地补偿结构的收缩应力，控制有序裂缝的出现。
图2膨胀应力σc补偿收缩应力σx示意图
四、无缝抗裂设计的应变分析
根据我国著名的水泥混凝土专家、中国工程院资深院士吴中伟教授关于膨胀混凝土的基本理论和观点，防止混凝土开裂，有如下判据：
∣ε2-（St+Sd-CT）∣≦Sk
式中，ε2—限制膨胀率
St—干缩率
Sd—干缩率
CT—受拉徐变率，徐变CT对补偿收缩防止开裂是有利因素。
Sk—极限延伸率
满足上述判据，就不必设伸缩缝，否则应设伸缩缝。
当不掺膨胀剂时，规范规定约30m设一道伸缩缝，以避免收缩应变从自由端沿长向积累，引起中段开裂。
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：
式中：
H——底板厚度或侧墙每次施工高度（mm）
E——混凝土的弹性模量（MPa）
Cx——基础的水平阻力系数（N／mm3）
α——混凝土的线膨胀系数，为1.0x10-5
arcosh——双曲余弦函数的反函数
Sk——配筋混凝土的极限拉伸
T为综合温差，普通混凝土T＝Tl+T2，膨胀混凝土T=Tl+T2-T3
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
T3—膨胀混凝土的膨胀当量温差
根据裂缝平均间距计算公式可见，
当
h
而
这样
（2）式就变为∣St+Sd-ε2∣≦Sk，[L]→∞
比较可见，王铁梦的裂缝间距计算公式在极限状态下其本质同吴中伟的防止混凝土开裂的判据公式完全一致，当∣αT∣→Sk即ε2-St-Sd＜0，且∣ε2-St-Sd∣>
sk时，混凝土开裂，裂缝间距可由王铁梦公式求得；
当∣αT∣≦Sk即∣ε2-St-Sd∣≦Sk时混凝土不开裂。
五、无缝抗裂设计的实用化计算
在吴中伟院士和王铁梦教授学术思想指导下，通过对各种条件下混凝土膨胀和收缩的研究，用数理统计回归分析方法，建立了膨胀混凝土膨胀与收缩的拟合数学解析式，使用膨胀混凝土的抗裂性能够针对构件的结构尺寸和具体的施工条件进行计算，为设计和使用膨胀混凝土提供科学依据。
1、膨胀混凝土补偿收缩模式
水泥基材料抗拉强度低、韧性差，当干燥失水或环境温度变化使混凝土产生收缩时，很容易出现裂缝。
经多年研究和实践，膨胀混凝土被认为是一种解决混凝土开裂的理想材料。
膨胀混凝土在钢筋和邻位限制下，膨胀能做功产生预压应力，可抵消部分或全部限制收缩所产生的拉应力，并推迟了收缩的产生过程，抗拉强度在此期间能获得增长，当混凝土开始收缩时，其抗拉强度已增长到足以抵抗收缩引起的拉应力，从而防止或减少收缩裂缝的出现。
膨胀混凝土补偿收缩模式图如（图3）。
图3膨胀混凝土补偿收缩曲线
从上图看出，要想对膨胀混凝土进行补偿收缩能力的设计，最重要的是计算混凝土的限制膨胀率ε2和收缩率S。
如果ε2大于S，混凝土中将有压应力存在；
ε2小于S，若其差值的绝对值小于混凝土的极限伸缩率Sk，混凝土中虽有拉应力尚不致使混凝土出现裂缝，若其差值的绝对值大于Sk时，内部拉应力超过其抗拉强度，混凝土出现裂缝。
因此，研究限制膨胀率ε2、收缩率S和极限延伸率Sk的大小，以及各种外部因素对这些参数的影响规律，是对膨胀混凝土的补偿收缩能力进行计算的关键。
2、限制收缩率S
限制收缩率S包括干缩率Sd和冷缩率St、，即
S＝Sd十St
根据大量研究，并经回归分析，得出膨胀混凝土干缩率Sd的拟合方式和冷缩率St计算式分别为
所以
t为龄期（天）
R为混凝土限制干缩率与自由干缩率之比，根据统计资料R取值—般在0.6-0.8之间。
β1、β2、β3、β4、β5为偏离标准条件的修正系数，其中β1为环境相对温度影响系数；
β2为构件尺寸影响系数；
β3为养护方法影响系数；
β4为掺和料影响系数；
β5为混凝土强度等级影响系数。
其取值范围已根据大量数据统计结果而确定，针对工程具体情况取值。
α为混凝土热膨胀系数，为1.0x10-5
T1为混凝土水化引起的温升（0C），可根据施工条件预定式设定。
T2为气温变化温差（0C），可根据施工环境预计。
3、限制膨胀率ε2
根据大量研究，并经回归分析，得出膨胀混凝土限制膨胀率ε2的拟合公式为
式中t为龄期（天）
α1、α2、α3、α4、α5、α6、α7、α8、α9为偏离标准条件的修正系数，其中α1为膨胀剂品种影响系数，α2为膨胀水泥品种影响系数，α3为混凝土强度等级影响系数，α4为膨胀剂掺量影响系数，α4为水泥用量影响系数，α5为水泥用量影响系数，α6为配筋率影响系数，α7为粗集料影响系数，α8为水灰比影响系数，α9为养护制度影响系数。
其取值范围已根据大量数据统计结果而确定，针对工程具体情况和设计要求确定。
4、极限延伸率
配筋混凝土的极限延伸率
Rf为混凝土抗拉强度标准值
p＝配筋率×
l00
d为钢筋直径（cm）
如前所述，徐变对补偿收缩防止开裂是有利因素，它可使普通混凝土的长期极限拉伸增加一倍左右，即提高了混凝土的极限变形能力。
因此，在计算混凝土的抗裂性能时，即混凝土的极限拉伸在考虑徐变的情况下，增加了50％。
故混凝土考虑徐变后的极限延伸率Sk为：
Sk＝Sk’（1+0.5）
通过以上的分析计算，我们可以针对具体工程参数和施工条件，对膨胀混凝土进行定量设计和计算，将计算所得的ε2、S、Sk等带入上述抗裂判据公式，使之满足抗裂判据条件，即可实现无缝施工而不开裂。
六、无缝抗裂设计施工方法
根据以上分析，在一定条件下（满足抗裂判据公式）进行无缝设计是可行的，那么，在工程设计中，如何根据收缩应力曲线（图2）进行相应的补偿呢?
参见（图4）的无缝设计示意图。
图4有防水要求的无缝抗裂设计示意图（立面）
在应力集中的σmax处（按传统方法留后浇带处），设膨胀加强带，其宽度2m，带的两侧铺设密孔铁丝网，并用立筋（由8＠50-100）加固，防止混凝土流入加强带，带内混凝土强度等级比两侧高5MPa。
施工时，带外用掺8%-10％CSA的小膨胀混凝土[膨胀率约（1-2）×
10-4]，灌注到加强带时，掺10%-12％CSA的大膨胀混凝土[膨胀率约（1.5%-3%）×
10-4]，其强度等级比两侧高5MPa。
到另一侧时，又改为浇注掺8%-10％CSA混凝土。
如此循环下去，可连续浇注100-150m超长结构。
在混凝土供应或施工力量达不到连续作业要求时，可采用（图5）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后，用掺10％-12％CSA的混凝土浇入加强带，随后用小膨胀混凝土浇注带外区段。
图5“间歇式”底板无缝抗裂设计示意图（立面）
图6墙体的后浇加强带设计示意图
对于无防水要求的楼板，考虑可允许出现小于0.3mm的裂缝，不影响结构安全。
可采用如（图6）的取消后浇缝的设计方法。
与（图4）区别在于加强带两侧采用掺6％-8％CSA的无收缩混凝土[膨胀率约（1-1.5）×
10-4]，加强带本身用10％-12％CSA大膨胀混凝土。
此方法不影响模板周转，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。
对于墙体的加强带，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（2m宽），即分段浇注掺8％-10％CSA混凝土，14d后，用掺10％-12％CSA混凝土回填。
图7楼板无缝抗裂设计例图（水平面）
此方法与传统后浇带设计一样，要设钢片止水带（图7）。
所不同之处，后浇加强带的宽度为2m，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多天。
七、无缝抗裂设计应注意的问题
1、由于钢筋混凝土结构长大化和复杂化，取消后浇缝的无缝设计必须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。
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40—60m。
2、超长结构的无缝设计，宜根据工程不同部位的结构特点具体分析实施。
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4）的无缝抗裂设计。
而边墙由于尺寸薄而暴露面大，且立面养护困难，易受风速和温差影响，建议用（图6）的墙体后浇加强带设计。
3、针对某些特殊部位，补偿收缩混凝土的抗裂防渗功能需要与水平构造钢筋的设计相配合，共同承担抗衡收缩应力的作用。
①关于剪力墙的配筋构造设计，注意问题是：
当柱子与剪力墙连在一起时，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φ（8—10）＠200，其长200cm，横穿柱子两侧深入墙体中。
墙体易裂原因是多方面的，但我们发现墙体受力钢筋过多，而作为抗裂的水平构造筋偏少，按规范剪力墙最小配筋率为0.2%-0.25%。
②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，采用由10-16mm钢筋和100-150mm间距是比较合理的。
墙体厚度为30-50cm。
从而提高混凝土的极限拉伸及抗拉强度可有效提高混凝土抗裂性。
我们认为，超长钢筋结构补偿收缩混凝土的抗裂防渗功能要与水平构造钢筋的设计相适应，共同抗衡收缩应力才能凑效。
超长钢筋混凝土作结构自防水，可省去外防水作业。
因此，适当增加水平构造钢筋和墙的厚度在技术经济上是合理的。
八、无缝设计实施的细节控制
1、原材料质量控制
①CSA符合《JC476-2001》规定的品质标准。
②水泥、砂子、石子、水符合有关规定标准。
③砼配合比经试验确定。
其中CSA的掺量要严格按照要求进行，并由专人负责，计量准确。
2、砼的浇注与养护
按施工方的施工方案进行，并按其国家的有关规定进行施工。
另外，强调以下几点：
①搅拌均匀，控制出机混凝土坍落度在18～20cm，入模在14～16cm为宜。
②振捣必须密实，不能漏振、欠振，也不能过振，更不能触及模板、钢筋等。
以防止③各部位混凝土一定要在初凝前搭接，坚决避免施工冷缝的出现。
万一出现施工冷缝，则要求在该处铺上一层2～3厘米掺CSA8%的1:
2砂浆，然后继续浇注。
④在混凝土初凝之后终凝之前应进行第二次抹面，以消除因水份蒸发而出现表面龟裂。
⑤掺CSA的混凝土养护是保证其质量的重要措施之一。
派专人负责养护，建议侧墙推迟拆模时间，松动模板螺丝，并向其缝隙灌水，拆模后及时挂草帘洒水养护，养护周期不少于14天。
3、某些部位的细部处理
①施工缝处理
在施工缝上继续浇注之前，应将施工缝处的混凝土表面凿毛，清除浮料及杂物，清洗干净并在该部位铺上一层2～3厘米厚的掺8%CSA1:
2的砂浆，然后在连续混凝土的浇注。
②施工缝外侧处理
⑴模板拆除后，施工缝外表面往往露出砂石的明显茬缝，这是易掺水的地方，为此在施工缝上、下各厘米沿缝凿毛，清洗干净，用内掺8%的CSA水泥浆，在表面刷水泥砂浆，并压实、收光、养护。
⑵蜂窝、麻面处理
将蜂窝处凿成“凹”型槽或“喇叭”型槽，用水清洗干净，若较大，则用掺CSA的豆石混凝土，然后按第⑴条方法修补完好。
为了保持该工程质量，混凝土施工质量，在混凝土施工过程中，我们愿与施工各方密切配合，各自提供优质产品，使本工程为优质样板工程。
九、结束语
超长钢筋混凝土结构无缝设计施工方法是以补偿收缩混凝土为结构材料，以加强带取代后浇缝实现连续浇筑施工的一种新技术。
对于底板和楼板可用“膨胀加强带”取代后浇缝。
对于边墙可用“后浇加强带”，间距30-40m分段浇筑墙体，等14d后再用CSA膨胀混凝土回填。
对于变截面大的墙柱之间，要增设水平加强筋，墙体水平配筋率宜大于0.5%,适当增加墙体厚度,以提高抗裂能力。
该新技术已在全国数百个重大工程应用，效果良好，其优点是简化施工程序，加快模板周转，整体防水好，缩短工期和节省工程费，受到各方欢迎。
我们愿与建设、设计、施工各方通力合作，让这一无缝设计新方法获得进一步的推广应用，以促进我国结构设计施工的技术进步。
参考文献
1．吴中伟，膨胀混凝土。
中国铁道出版社，1990
2．王铁梦，工程结构裂缝控制。
中国建工出版社，1997
3．游宝坤，主编建筑结构裂渗控制新技术。
中国建材出版社，1998
4．王栋民，超长钢筋混凝土结构无缝设计施工放法。
中国国家知识产权局国家发明专利ZL93117132.6,1999
无缝设计施工工程案例
日期
工程名称
建筑尺寸（m）
设计或施工单位
1994
郑州金元中心
100×
70
北京建筑设计院，中建二局二公司
1995
武汉百盛国际配售中心
171×
108
武汉建筑设计院，有色十五冶一公司
1996
嘉德公寓
91×
30
中国机械部设计院，北京中铁建筑公司
1997
北京金业大厦
90×
75
福建建筑设计院，中建一局二公司
力鸿花园
82×
24
凯帝克设计公司，城建四公司
1998
北京海龙大厦
114×
60
中建建筑设计院，中建一局二公司
厦门太古机场
150×
中国航天建筑设计院，中建四局一公司
北京胜古庄危改
35
中国建科院抗震所，中铁建筑公司
1999
厦门后石电厂海水氧化槽
115×
兵器部五洲设计院，山东电力建设一公司
北京西西8#地工程
40
北京国兴建筑设计公司，中铁建筑公司
北京小营商业广场
95×
101
清华大学建筑设计公司，田华集团五公司
河南省人民医院
137×
27
总后勤部建筑设计研究院，中建八局一公司
天津石化长丝工程
248×
90
中国纺织院和天津石化设计院，天津二建
2000
联想研发大厦
107×
80
机械部设计院，中铁八局
2001
北太平庄110KV变电站
68
北京市供
升级会员 