填海区地下室结构裂缝控制技术研究
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摘 要：在国内超长混凝土结构的地下室普遍存在大面积开裂的情况下，本文通过工程实例，采取4项措施对抑制填海区地下室结构裂缝的产生取得了有效的控制效果，顺利完成海湾中心一期工程的地下室结构施工，对如何控制地下室混凝土结构裂缝这一施工难题起到有效的借鉴作用，取得了良好的技术、经济、环保和社会效益。
关键词：地下室结构;裂缝控制;跳仓法;膨胀剂;混凝土养护
1 工程概况
本工程地处汕头市华侨试验区东海岸新城新津片区，位于建设中的纬六路和经三路交叉口的西侧，包括6栋31层塔楼、一层地下室及1、2层附属临街商业，总建筑面积112755.79m2，建筑高度94.7m，地下一层，地上31层。工程结构形式为框架-剪力墙，基础形式为旋挖灌注桩基础，地下室建筑面积21284.48m2，地下室全长166.6m，宽度128.3m，塔楼部位地下室层高为3.75m，非塔楼部位地下室层3.7m。
目前地下室施工普遍采取后浇带法来释放混凝土在凝固阶段的收缩应力，但是，后浇带的设置增加了施工缝的数量，并影响模板的周转及工程进度，同时二次浇注难度较大，施工质量难以保证。本项目基于我国著名裂缝控制专家王铁梦教授提出的跳仓法，采用“抗放兼施，以抗为主，先放后抗”的原则进行地下室结构施工，对如何控制地下室混凝土结构裂缝这一施工难题进行技术研究。
2 施工过程
2.1 施工控制要因确认
项目部自图纸会审初期就邀请了广东省建筑协会质量技术管理专家、设计单位、监理单位、公司其他项目的技术管理人员及有经验的施工班组等26人，通过分析以往地下室结构裂缝产生的因素及主要部位，并利用排列图对收集到的信息进行统计分析。
由排列图可以看出：混凝土养护的及时性、混凝土外加膨胀剂的运用、配筋间距的合理配置、后浇带划分面积过大、后浇带部位易开裂等因素是影响地下室结构裂缝的关键控制点。
针对上述分析，项目部邀请了广东省建筑协会质量技术管理专家、设计单位、监理单位、公司其他项目的技术管理人员进行深入探讨。专家及相关单位的技术管理人员一致认为从单一方面进行管控，预防地下室结构开裂往往达不到理想的效果，只有通过多方面综合控制才能取得更好的控制效果。针对此要求，项目部对填海地区的相似工程进行现场调研，并结合专家的指导性建议，找出了以下四个问题，并采取了相应的措施。
2.2 遇到问题
2.2.1 情况一：地下室外墙较长易开裂
地下室外墙按后浇带进行划分，后浇带设置间距较大，外墙长度较长，容易产生混凝土收缩裂缝。
2.2.2 情况二：招标图纸未使用混凝土外加膨胀剂
混凝土开裂的主要成因是干缩和温度收缩导致的，膨胀剂加入砼中，拌水后生成大量膨胀结晶水化物，能有效补偿收缩应变，进而减少裂缝的产生，但是本工程招标图纸上未注明地下室结构掺加膨胀剂，且如何控制膨胀剂的掺量，以起到最佳的结构自防水效果。
2.2.3 情况三：后浇带部位裂缝多
对部分工程进行现场调研，发现后浇带部位存在严重的渗漏风险，且本工程工期较紧，后浇带的设置不利于节约工期。
2.2.4 情况四：传统混凝土养护习惯存在明显的缺陷
近年来，随着高强混凝土及高性能混凝土的推廣应用，混凝土早期的温度变形和自收缩变形明显增强，依据GB50204-2002《混凝土结构工程施工质量验收规范》，在浇筑完毕后的12h以内对混凝土加以覆盖并保湿养护的传统养护习惯做法已存在明显的缺陷。
2.3 解决办法
2.3.1 解决一：合理布置外墙配筋、增设暗梁、暗柱
地下室外墙等立面结构，受外界温度、湿度影响较大，容易发生竖向裂缝，通过查阅文献及实体调研发现控制水平钢筋的配筋率在0.4%～0.6%，采用小直径（[Φ]10～16）mm，间距为100mm～120mm，并加暗柱、暗梁等措施能有效避免应力集中，加大外墙抗剪能力，进而控制裂缝的产生。
2.3.2 解决二：混凝土中掺入8%的高性能膨胀抗裂剂
基于中国工程院院士吴中伟教授提出的关于补偿收缩混凝土的基本理论和观点，当满足
[ε2-St+Sd-CT≤Sk]
就能达到控制裂缝的目的，国内众多项目采用SY-G配置补偿收缩混凝土的联合补偿模式，有效控制地下室钢筋混凝结构裂缝。
式中：
[ε2]——限制膨胀率;
[Sd]——干缩率;
[St]——收缩率（随温度而变化，当降温为10℃时[St]约为1[×][10-4]）;
[CT]——受拉徐变;
[Sk]——极限延伸率（根据混凝土配筋的不同是可变动的，一般情况下[Sk=（2～3）][×][10-4]）;
结合汕头地区天气通过计算，当SY-G型高性能膨胀抗裂剂掺量占混凝土胶凝材料的8%时，补偿收缩混凝土最终收缩变形小于极限延伸率，满足控制裂缝的目的。
2.3.3 解决三：取消后浇带，采用跳仓法施工
通过对已建工程后浇带施工质量进行实体调研，后浇带施工质量的主要缺陷是：后浇带裂缝，其频率高达73.3%，为主要因素。
为了解决后浇带部位存在严重的渗漏风险，且本工程工期紧等问题，根据专家和有经验的技术管理人员探讨，决定取消设置后浇带，采取跳仓法施工。
①“跳仓法”原理及优点。“跳仓法”施工原理是运用“抗放兼施，先放后抗”的原则进行施工。通过合理设置跳仓间距，将大面积混凝土地下室分为多个仓位，仓与仓之间封闭时间为7～10天。先行施工的仓位混凝土在7～10天时间内释放了较多的温度热应力，即所谓“先放”。7～10天混凝土强度可以达到28天强度的70%左右，此时封闭仓位，利用混凝土本身的强度来抵抗温度应力，即所谓“后抗”，在很大程度上减少施工期间的温度收缩应力，进而达到控制混凝土裂缝的目的。 采用“跳仓法”施工，避免后浇带作业，减少了后浇带混凝土界面剔凿、垃圾清理、后浇带支撑等大量工序，进而减少基础底板、顶板及外墙防水施工控制渗漏的隐患，同时可以提前进行地下室土方回填施工，有利于结构抵抗温差裂缝。
②“跳仓法”仓位划分。本工程地下室底板尺寸为166.6m×128.3m，底板、侧墙、顶板属于超长混凝土，底板（含承台）属于超长大体积混凝土。结合我国对“跳仓法”工艺有深入研究的著名专家王铁梦教授文献指导对本工程进行设计与施工，在综合考虑地下室高低跨及跳仓法的最佳分仓长度控制，将地下室底板划分为14个仓位如下图所示。
2.3.4 解决四：优化养护方式、二次抹压
根据专家和实体调研及对相关文献的探讨，为了预防因为混凝土养护而导致的缺陷情况的发生，提出以下解决步骤。
①混凝土养护持续时间的“尽早及时”及持续时间的“足够而适当”。根据相关实验证明，初凝后8h内混凝土收缩急剧增加，如果继续按照浇筑后12h再进行洒水养护，就失去控制早期收缩裂缝的最佳时间。项目部成立混凝土施工质量控制小组，由小组成员严格监督混凝土养护班组在混凝土浇筑完成后8h内落实养护，保证混凝土初期不失水，并根据施工环境的变化对养护早晚及养护次数进行调整。
②落实二次抹压。在混凝土浇筑振捣密实后，为保证表面平整度，用木抹子将表面抹平，称为“一次抹平”，在混凝土初凝前，将混凝土表面抹压密实，称为“二次抹压”，二次抹压能有效消除混凝土的表面缺陷及早期的塑性裂缝，提高混凝土表层的密实度，进而减缓了混凝土内水分迁移蒸发的速度，提高了混凝土的抗裂能力。
③根据部位，采取最优的养护方式。外墙采用智能化喷雾淋水系统进行养护，内墙柱采用挂麻袋淋水养护，地下室底板、顶板采用覆盖麻袋淋水养护。
3 总结
通过以上分析，我们在填海区地下室结构裂缝控制方面得出以下结论：
（1）混凝土结构裂缝是由原材、设计、养护等多方面因素影响的，从单一方面进行管控，预防地下室结构开裂往往达不到理想的效果，只有通过多方面综合控制才能取得更好的控制效果。
（2）超长地下室外墙通过缩短配筋间距，增加暗柱、暗梁等措施能有效避免应力集中，加大外墙抗剪能力，控制裂缝的产生。
（3）采取SY-G型高性能膨胀抗裂剂配置补偿收缩混凝土，在补偿收缩混凝土最终收缩变形小于极限延伸率，能减少有害裂缝的产生。
（4）取消后浇带可以最快的将工程形成整体结构，不仅可以减少结构渗水，而且可以有效缩短工期，创造可观的经济效益。
（5）在天气正常的情況下，在混凝土初凝前进行二次抹压，在混凝土浇筑完成后8h内对外墙、内墙柱、地下室底板、顶板等不同部位进行最优的养护方式，是控制地下室结构裂缝最后也是最重要的一道工序。
通过本次填海区地下室结构裂缝控制技术研究，加强了对地下室裂缝控制，有效减少地下室现浇混凝土结构裂缝产生，完全达到了项目的管理目标，为以后的相类似地下室结构施工提供有力的技术保证，具有深远的意义。
参考文献：
[1] GB 50204-2015.混凝土结构工程施工质量验收规范[S].
[2] 游宝坤主编.混凝土膨胀剂及其应用[C].中国建材工业出版社，2002.
[3] 王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京：中国建筑工业出版社，1997.
[4] GB 23439-2009.混凝土膨胀剂[S].
[5] 富恩久，吴村.混凝土养护方法的选择[J].混凝土，2005（4）：49.
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