【摘 要】随着我国城镇化进程的加快，建设用地愈发紧张，致使超长车库成为一种地下车库设计现状。本文研究了超长地下室顶板和外墙在混凝土的收缩和徐变、温度变化等间接作用下的裂缝控制措施。
【关键词】地下室；裂缝；研究
1 从设计方面进行裂缝控制
在设计构造上，可采取措施对超长地下室混凝土裂缝进行有效控制，主要控制措施有：通过确定合理的立面和平面的设计方案，以避免超长混凝土结构刚度突变，从而达到减小约束应力的目的；对结构的不均匀沉降进行严格控制；后浇带的设置要合理，以及合理设置其他构造措施。
1.1结构选型和减少约束
对于超长结构，主要控制边跨位移和中跨应力。例如抗震墙属于抗侧刚度比较大的构件，在结构刚度中心附近进行布置，梁的温度应力将减少。另外，结构长度相对较长的方向上受温度应力影响大，主要承重框架应避免布置在结构长度相对较长的方向上。
在超长混凝土框架结构中，如果边柱侧位移较大将导致梁板的产生较大的应力，就抗侧刚度对约束的贡献而言，边柱其他柱子更突出。因此，在边柱设置橡胶支座有利于消除边柱侧位移产生的应力。只要减少约束，就能控制超长结构的间接应力，框架结构的跨数俞多，梁柱的刚度比就俞大，而约束系数也俞大。由此可见，通过增大结构跨度以减少跨数，有助于减小结构的约束，从而间接应力得以减小。
1.2后浇带或膨胀加强带的设置
收缩后浇带可有效减少混凝土的收缩应力。由于水化热的影响，砼浇筑1天后温度将达到最高，10至30天后降到周围环境温度，这个阶段为早期裂缝（砼完成15 %至25%的收缩）。在此之后的3到6个月为中期裂缝，砼产生60%至80%的收缩。一年左右为后期裂缝，这个过程砼完成95%的收缩。一般情况下，收缩后浇带按照20至30m的间距设置，两侧混凝土龄期达到 60天后浇筑(收缩己经完成30%以上)[1]。
收缩后浇带宽度通常为0.8至lm宽，封闭时采用膨胀混凝土进行浇筑，强度等级应该比两侧混凝土等级高一级。然而，由于后浇带间隔时间久，施工难度大，存在新老混凝土防水处理以及浇筑前的钢筋防腐保护等问题，如果后浇带清理不干净，新旧砼结合面不密实，会产生渗漏缺陷，通常在两侧混凝土设置有止水钢板或者缓膨型遇水膨胀止水条。其次，后浇带封闭达到强度前，不能拆除后浇带相关区域的梁板支撑，也不能换撑，对施工场地使用有一定影响。随着科学技术的不断发展，很多工程项目采用宽2m宽的膨胀加强带替代收缩后浇带，两侧设置密孔钢丝网，膨胀加强带砼与相邻板同时浇筑，其水中养护14天的混凝土限制膨胀率大于0.025%，其产生的膨胀应力可以补偿温度收缩应力。
超长结构通常使用补偿收缩混凝土，硬化产生的膨胀应力，在后浇带钢筋和两侧混凝土的约束下，在结构中产生了小量应力，为确保结构安全，膨胀应力应适宜，约14天后结束。膨胀剂的参量应经试验确定，并控制在10%至12%以内，其膨胀率ε=（2?3）×10-4, 在配筋率0.2%?0.7%下，能在结构中产生0.3?0.8MPa预压应力，该应力基本能够补偿混凝土产生的温度和收缩应力，防止裂缝的产生。补偿收缩混凝土后浇带设置的间距可达到60m，这就是结构无缝设计的少缝设计概念，目前已经广泛应用 [2]。
1.3温度收缩钢筋的最小配筋率
对超长混凝土结构进行裂缝控制，采用沿构件截面设置通长钢筋是一种比较有效的方式。由于构件主要是对控制截面进行配筋设计，其余截面的配筋率相对较小，而配置的通长钢筋有显著地抵抗混凝土截面温缩的作用。世界各国规范对控制温度收缩钢筋最小配筋率提出了相关要求。与我国规范控制指标不同的是，其他国家的规范中可以通过设置预应力钢筋来抵抗温缩应力。我国规范要求： 在单向板的垂直受力方向上，单位长度上分布钢筋的截面面积与该方向板的截面面积的比值宜大于 0.15%;而在其余温度收缩应力较大的板面按照配筋率不小于0.1%配置双向构造钢筋，以起到防裂作用。
1.4地下室外墙诱导缝的设置
地下室外墙诱导缝是一种按照一定间距在外墙上竖向设置的埋设有止水带的结构缝，诱导缝属于结构的薄弱带，当外墙产生比较大的收缩变形时，诱导缝处外墙将开裂，释放应力的同时又能防止外墙渗漏，有效避免地下室外墙出现严重的开裂、渗漏。诱导缝并不像变形缝那样在结构墙体完全断开，具有很强的防滲漏能力，并且不影响地下室结构的内部功能使用，因诱导缝两侧混凝土结构同时施工，此工艺具有施工速度快、造价低、质量可靠、后期维护费用低等优点。
诱导缝一般由延展性较大的橡胶止水带和半通式结构缝组成，墙身外侧水平钢筋在半通式结构缝处断开，并在缝两侧设置水平加强钢筋，缝内使用油膏嵌缝。
诱导缝在地下室外墙上下两端200mm高度范围不设置结构缝，仅通常设置中埋式止水带。
诱导缝按照以下工艺流程施工：埋设止水带→绑扎钢筋→固定止水带→留设结构缝→浇筑混凝土→拆模→清理结构缝→嵌填油膏。
2 从材料方面进行裂缝控制
2.1主材选择
(1)水泥
粉煤灰水泥、普通硅酸盐水泥的收缩量较小，适用于断面较小的薄壁结构。而早强水泥、高标号水泥和细度模数小的水泥则不利于裂缝控制。
（2）骨料
大体积混凝土中80%至83%的体积比例是骨料，除了要求级配良好、弹性模量小、膨胀系数小之外，宜选择粒径较大的骨料，减少收缩量，比如宜选择中砂。泵送混凝土应选择干净的骨料，含杂质或则含泥量偏大会削弱混凝土的抗拉强度。
2.2选择合理的外加剂
泵送商品混凝土要求和易性很高，应在保证最小坍落度的前提下，降低水灰比。增加和易性就要增加坍落度，减小骨料粒径，提高水泥标号和水灰比，同时也会增加砂率、水泥和用水量，要解决混凝土和易性和抗裂性能之间的矛盾，就要合理的选择外加剂，不但能够提高混凝土的浇筑质量，还能改善混凝土的强度、和易性、抗渗性和抗裂性等物理力学指标。
（1）粉煤灰
在泵送混凝土中使用粉煤灰，兼有减水和抗渗的作用，优质粉煤灰的微珠效应和火山活性效应使强度有所提高。粉煤灰还具有提高混凝土密实度，减少泌水量、收缩变形和坍落度损失，提高泵送混凝土和易性的作用。掺加粉煤灰可以减少水泥用量，降低水灰比，显著降低温度的峰值和推迟水化热峰值的出现，提高混凝土的后期强度。在超长地下室侧墙和底板混凝土掺加粉煤灰，减少水泥用量，能有效改善混凝土抵抗收缩和徐变，防止裂缝的产生。
（2）减水剂
研究资料显示，水泥水化反应仅需要水泥重量的20%至25%，多余的水分除了满足混凝土流变性能之外，孔隙中残留的水分会影响混凝土的抗渗性、抗裂性、密实性和强度，而适量的使用减水剂，在满足和易性的同时还能改善以上性能。减水剂的使用能减少水、水泥的用量，降低水化热，防止产生温度收缩裂缝。如果超量使用减水剂，则会影响结构的耐久性。
（3）膨胀剂
普通硅酸盐水泥拌制的混凝土硬化过程中产生（4-6）×10-4收缩，普通混凝土的极限拉应变只有（1-2）×10-4，最终产生收缩裂缝。膨胀剂在水泥水化反应过程中能吸收水化热，生成具有膨胀性的钙矾石产物，使混凝土微膨胀以补偿自身的收缩应力，有效防止收缩裂缝的产生，同时提高混凝土的密实性、抗渗性和后期强度。
（4）合成纤维
使用合成纤维改善混凝土的抗裂性能的原理，如同在土坯房墙体中加入树枝、竹片、稻草以提高墙体的抗震、抗冲击、抗裂性能一样。工程中常见的纤维有聚丙稀纤维、尼龙纤维、玻璃纤维、植物纤维、碳纤维、丙纶纤维、石棉纤维、晴纶纤维、高密度聚乙烯纤维等。聚丙稀纤维和尼龙纤维被广泛应用于地下室混凝土中，具有简单易操作、细小（直径约12μm，长度1cm至2cm）、伸长率大（极限伸长率达11%至18%）、用量少（掺量约0.9kg/m3），抗拉强度大（不小于900MPa）等特点，其在拌合物中易于分散，有良好的粘结性能,有效提高大体积混凝土的抗裂性能（最高可达70%）。
3 从施工方面进行裂缝控制
混凝土的抗裂性能受施工水平的影响很大，超长混凝土结构可从以下方面采取合理的措施，对混凝土的结构裂缝进行控制：
(1)混凝土配合比
在满足混凝土强度、耐久性、施工工艺的基础上，在配合比设计中尽量降低水泥用量、砂率和用水量可以降低水泥水化热对大体积混凝土的影响，在工期满足要求的情况下，充分利用混凝土的后期强度。
(2)分块浇筑
分块浇筑能有效降低大体积混凝土内外的温差，常采用分段浇筑和分层浇筑两种方式。分层浇筑又分为分段分层法、斜面分层法、全面分层法。条件允许时，大体积混凝土宜采用能使混凝土水化热快速散发的分层浇筑法，层间结合面可按 照施工缝处理。分层浇筑法的间隔时间应控制的重点，间隔时间太短，影响下层混凝土水化热的散发，同时造成上层混凝土温度升高，达不到分层浇筑的效果；间隔时间太长，下层混凝土对上层混凝土产生约束，层间的结合面易出现垂直裂缝。
(3)二次投料和二次振捣
传统的一次投料搅拌混凝土，在搅拌成型过程中，粗骨料表面会产生一层水膜，减弱水泥砂浆和粗骨料之间的粘结力，影响混凝土的抗压强度等力学性能。二次投料法仅仅改变投料顺序就提高了砂石和水泥的接触面积，从而提高混凝土的性能。二次投料法有：预拌水泥净浆法、预拌水泥砂浆法以及水泥裹砂石法。
二次振捣能减少骨料和钢筋之间的空隙，提高混凝土的密实度，使钢筋为混凝土紧密包裹，进而提高混凝土的强度和抗裂性能。
(4)降低混凝土的出仓温度和入模温度
研究表明，混凝土入模温度过高，水化热不易散去，易导致收缩开裂，降低混凝土的浇筑温度可以有效防止混凝土开裂。特别在高温天气要控制混凝土的出仓温度。使用冷却水可有效降低拌合料的温度，而降低水泥温度可以减缓高温水泥的水化反应速度，从而降低拌合料温度，提高混凝土抗裂性能和强度。另外，缩短混凝土运距和时间间隔，可延缓混凝土水化热温度上升速度，同时对减少混凝土坍落度损失有利。
(5)加强养护
对刚浇筑完成混凝土进行养护，有利于混凝土强度的增长和避免干缩裂缝。
混凝土的保温养护即通过在混凝土表面覆盖草袋、塑料薄膜，防止混凝土表面温度扩散太快而使得内外温差过大，导致表面裂缝和贯穿裂缝的产生。值得注意的是，应分层拆除覆盖层，防止环境温差变化太大。
混凝土的保湿养护是通过覆盖湿草袋、麻袋，设置自动喷淋管或人工浇水的方式对混凝土表面保湿，以防止干缩裂缝的产生。必要时，采取养护剂和湿养护结合的方式防止混凝土表面失水而产生裂缝。
4 总结
对超长地下室进行设计时，应共同考虑使用工况和施工工况下的荷载，对相关部位作加强设计。另外，应采取跳仓法分块施工、采用补偿收缩混凝土、设置后浇带、低温时段浇筑砼等降低温度应力的施工措施。
参考文献
[1]张玉明.超长混凝土框架结构裂缝控制研究[D].[博士学位论文].东南大学,2006.
[2]黄新刚.超长地下结构设计关键措施的实施方法研究[J].城市道桥防 洪，2010，(03)]38-140.
[3]董晓刚，孙海涛.诱导缝在深圳机场T3航站楼地下室外墙防渗漏控制中的应用[J].施工 技术，2012,41 (359) : 21-22.