超长钢筋混凝土结构无缝设计施工方法

摘要

本发明的超长钢筋砼结构无缝设计施工技术，是根据构筑物的收缩应力曲线，在收缩大的部位设置膨胀加强带，以较高掺量的膨胀剂或较大水泥用量的膨胀水泥配成大膨胀的砼(其限制膨胀率为4～6％)，以补偿混凝土的收缩应力通过特殊的施工方法，用膨胀加强带代替伸缩缝和后浇缝，实现连续浇注混凝土施工。

说明书

本发明涉及建筑施工技术，特别是现浇钢筋混凝土无缝设计施工技术。

对于连续式现浇钢筋混凝土超长结构，为了控制裂缝，设计上规定设置伸缩缝，施工时亦常采用后浇缝，用以释放混凝土内应力。如我国国家标准“混凝土结构设计规范”（GBJ10-89）对钢筋混凝土结构伸缩缝的最大间距有明确规定（见表1）。前苏联规范连续式结构的伸缩缝间距，处于室内和土中者40m。

钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距（m）

表1

结构类别室内或土中露天排架结构装配式10070框架结构装配式7550现浇式5535剪力墙结构装配式6540现浇式4530挡土墙、地下室墙壁等类结构装配式4030现浇式3020

露天者25m。前联邦德国钢筋混凝土结构规范DIN1045对于伸缩缝间距并无具体规定，但在设计实践中一般取30m。法国一些连续墙式结构设计采用30～40m的伸缩缝间距。美国和日本的设计人员通常根据自己的经验和计算确定合理的伸缩缝间距。采用伸缩缝和后浇缝，对裂缝控制颇为凑效，但缝的处理麻烦，施工复杂，结构整体性变差，工期延长。

本发明的任务是通过“膨胀加强带”的技术取消伸缩缝和后浇缝，砼连续施工一次成活。这种取消了伸缩缝和后浇缝的设计施工称之为“无缝设计施工法”。

本发明是根据构筑物的收缩应力曲线，在收缩大的部位设置膨胀加强带，以较高掺量的膨胀剂或较大水泥用量的膨胀水泥配成大膨胀的砼（其限制膨胀率为4～6%），以补偿砼的收缩应力。通过连续浇注用膨胀加强带代替原伸缩缝和后浇缝。

膨胀加强带的设置与构造，见附图1和附图2。附图1为有防水要求时无缝施工原理图，其中标有膨胀应力曲线1，铁丝网2，小膨胀率砼3，收缩应力曲线4，膨胀加强带5。附图2为无防水要求时无缝施工原理图，其中标有膨胀应力曲线1，铁丝网2，普通砼3，收缩应力曲线4，膨胀加强带5。对于连续式现浇钢筋混凝土结构，不要求防水的结构部位，每隔25～30m设置一条膨胀加强带。所述带宽2m，该带的两侧挂上密孔铁丝网，网的孔径为10mm，目的是阻止砼中的石子通过。该带中钢筋配筋率提高20%，该带中砼采用大膨胀率砼（可用膨胀水泥或膨胀剂配置而成），其限制膨胀率控制在4～6×10^-4的范围内，该带中砼强度不低于其两侧砼强度。

对无防水要求的结构，膨胀加强带两侧砼为普通砼;对有防水要求的结构，该带两侧为小膨胀率砼（补偿收缩砼），其限制膨胀率控制在2～4×10^-4。

施工时，先确定膨胀加强带的位置，并挂上铁丝网，混凝土从一边推进，浇到加强带时改用大膨胀砼，加强带浇毕，再改用原配比砼，如此连续浇注，不留伸缩缝或后浇缝，一次施工完毕。

本发明的理论依据阐述如下：

根据砼伸缩缝间距计算公式：

$>>>(>L>)>>=>1.5>>>>H>·>E>>>C>x>>>>·>ar>cosh>>>|>aT>|>>>|>aT>|>->>ϵ>p>>>>->->->>(>1>)>>>s>$

式中：H-砼板或墙的计算厚度或高度

ε_p-砼的极限拉伸，（×10^-4）

E-砼的弹性模量，（×10⁴MPa）

Cx-地基对砼的约束系数，（N/mm³）

α-砼线膨胀系数，（10×10^-6）

T-砼线膨胀系数，（10×10^-6）

T-综合温度（℃）

arcosh-双曲余弦的反函数

该公式用极限变形计算伸缩缝间距。由上式可见，当｜αT｜→εp时，arcosh→∞，完全无需伸缩缝。这就需要降低温度或收缩，或提高砼的极限拉伸εp。砼εp值的提高十分困难，故着眼于降低收缩和水化热温差，根据T＝εy/α，混凝土膨胀率εy为1×10^-4时，可降低温度T＝>－4)/(10×10^－6)>

以U型砼膨胀剂（UEA）为例。UEA是中国建筑材料科学研究院研制成功的一种膨胀剂，在水泥中内掺10～15%UEA，可获得不同预压应力、不同膨胀率的膨胀砼。

设砼结构物长100m，宽100m，厚2m。结构物浇在素砼面上，水平阻力系数Cx取1.0N/mm³，砼在14天时的弹模E＝1.5×10⁴，极限拉伸εp＝2.5×10^-4（考虑徐变）。砼中心最高温度60℃，环境平均温度30℃。普通砼在14天的收缩值εy＝1.5×10^-4，而UEA补偿收缩砼在14天的膨胀值为ε₂＝2.5×110^-4（UEA内掺10-12%）。据式（1）计算伸缩缝最大间距（见表2）。

从对比计算可见，普通砼由于伸缩引起的当量温差15℃，使综合温差达45℃，αT＞εp，当长度超过10.6m时，建筑物就会开裂，而UEA砼由于膨胀作用，可补偿砼温度25℃，使综合温差减为5℃，αT＜εp，〔L〕→∞，所以任意长度可不留伸缩缝。

简言之，膨胀砼由于补偿收缩作用而具有抗裂性，通过膨胀加强带的设置在带中建立0.4-1.0MPa预压应力，从而抵消砼在硬化过程中全部或大部分拉应力，改善普通砼内部的应力应变状态，使结构物中的最大应变小于砼的极限延伸值，达到超长钢筋砼结构裂缝控制之目的。

实施例1：

某建筑长90m，宽90m，地下二层，地上12层。原设计从下到上设“＃”字后浇缝，施工十分麻烦。后试用本无缝技术，把＃字后浇缝改为＃字形膨胀加强带，地下室底板、边墙和各层楼板、剪力墙、梁都是连续浇罐砼，实现无缝施工。地下室经三年观察，不裂不渗。楼墙板经一年观察无裂。该工程膨胀带是通过掺UEA实现，UEA内掺量为14%。

实施例2：

某高层建筑长75m，宽10m，地上12层，为框架剪力墙结构，原设计采用二道后浇缝，后试用UEA砼无缝技术，在楼板、剪力墙和梁实施，以三道UEA砼膨胀加强带（其中UEA掺量15%）取代了原二道后浇缝，其它部分用普通砼。已试用一年，经检查砼整体性良好，未发现收缩裂缝，大大加快施工进度。

表2

项目普通砼UEA补偿收缩砼砼内外温差T₁60-30=30℃60-30=30℃砼膨胀率εεy=1.5×10^-4(负值）ε₂＝2.5×10^-4(正值）砼收缩当量温差T₂εy/α=1.5×10^-4/10×10^-6=15℃（正值）(2.5×10^-4/10×10^-6)=25℃（负值）综合温差TT₁+T₂=30+15=45℃30-25=5℃极限拉伸εP2.5×10^-42.5×10^-4arcosh(｜αT｜/｜αT｜-εP)0.52αT＜εp,∞〔L〕10.6m∞

本发明对于超长钢筋砼现浇结构设计和施工，是一项重大革新，可取消伸缩缝和后浇缝，砼一次浇成，大大加快工期进度，方便施工，砼结构整体性和抗裂性良好。

本发明在北京、天津、广州、深圳等地试用，效果良好，技术经济效益明显，受到设计、施工和建设单位广泛欢迎。