超长地下混凝土结构无缝施工方案
超长钢筋砼结构无缝设计与防水施工技术方案
一、工程概况
中国建筑设计研究院、北京市建筑设计院、清华大学建筑设计院和天津市设计院等设计。总建筑大面积约100万m2。根据中国建筑设计院介绍，该院承担的M4地块总建筑面积约30万m2，共有6栋办公楼，地下室长度在150～300m之间，地下室总建筑面积约9万m2。建设方要求在保证工程质量的前提下，加快施工进度，为滨海新区开发奠定招商引资的良好环境。设计院希望与我院合作，提供技术支持。为此，根据我院的科研成果和20多年的工程实践经验，提出地下室超长钢筋结构无缝设计与防水施工技术方案，供各方专家论证和参用。
二、需要解决的问题
1、该建筑群为超长钢筋砼结构，按常规设计，每30－40m设一道后浇缝，等砼收缩60d后才能回填砼，且后浇缝的施工十分麻烦，处理不好会成为渗水隐患。由于设后浇缝，给建筑布置带来不利，工期延长，建设方要求尽快把该建筑物建好，如何在保证工程质量前提下加快施工进度。
2、该地下室对防潮防水要求高，尽管作柔性外防水，但其防水寿命只有15～20年。因此，砼结构自防水是永久防水之保证，普通砼收缩开裂是不可避免的缺陷，为此，如何控制结构有害裂缝（缝宽>0.2mm，不贯穿）的出现，这是保证工程质量的关键。
3．该基地是建在靠海的渤海新区，原为盐碱地，地下水有含有Na+、Mg++、Cl-、SO4=等有害成份，对钢筋混凝土有一定腐蚀作用。因此，要求地下室混凝土具有抗裂、防渗和抗腐蚀的功能，这是保证地下结构耐久性的关键。
三、超长钢筋砼结构抗裂防渗技术内容
1、简介
自八十年代中期以来，中国建筑材料科学研究院先后研制成功了UEA、ZY系列砼膨胀剂。其后又在砼结构自防水和超长钢筋砼结构无缝施工技术领域进行了深入研究。根据膨胀砼补偿收缩的原理，我院从1990年开始探索取消后浇带和结构自防水的科研工作，首先在理论上进行研究，后在工程上从
小到大实践。1992年《UEA补偿收缩砼防水工法》列为土木建筑国家级工法(YJGF22－92)，1993年首次在《建筑结构》杂志上公布了“取消伸缩缝的设计新方法”，受到许多设计、施工单位的关注。中国建筑设计研究院、北京市建筑设计院、城建设计院、市政设计院、总后设计院以及中南、华东、西北和西南等众多建筑设计单位采用了这一设计新方法，至今已在全国上千工程中得到应用，取得了良好的社会经济效益。工程实例详见我院提供的技术资料。该技术已列入建设部即将在2009年颁布的《补偿收缩砼应用技术规程》JGJ／T178-2009。
2、砼结构自防水技术
根据砼收缩引起构筑物开裂的成因，我院在吴中伟院士的砼补偿收缩理论的指导下，研制开发了UEA、ZY等系列砼膨胀剂。通过水泥的化学反应，使砼产生适量膨胀，在钢筋和临位结构限制下，在钢筋砼中建立0.2～0.7MPa 的预压应力，可大致抵消砼收缩时产生的拉应力，防止砼开裂。同时，水化反应生成的钙矾石晶体属针状、棒状晶体，填充、切断、堵塞砼的毛细孔，切断渗水通道，使砼的密实度和抗渗能力大大提高，抗渗能力可比普通砼提高2-3倍，使砼不裂不渗，从而达到砼结构自防水。而普通防水砼能提高抗渗性，但不抗裂，这是两种砼的最大区别。
采用补偿收缩砼做结构自防水，在施工保证措施完善的前提下，迎水面可不做柔性防水。施工简便、工期短、与柔性防水材料相比，耐久性好、与结构物同寿命、不污染环境。这一防水技术已列入住宅和城乡建设部的《补偿收缩混凝土应用技术规程》。
3、超长钢筋砼结构无缝设计施工方法
在现浇整体式钢筋砼结构中，为防止荷载裂缝设沉降缝；为防止收缩和温差裂缝设伸缩缝或后浇缝。而后浇缝是一种扩大伸缩缝间距和取消伸缩缝的有效措施。因为这种缝只在施工期间存在，其目的是取消结构中的永久伸缩缝，它既是施工措施，也是设计手段。然而，后浇缝的清理与凿毛会给填缝施工带来麻烦，另外，后浇缝保留时间一般在40～60天，工期延长，填缝不好，会留下渗漏隐患。
本文根据理论计算和工程实践效果，提出采用补偿收缩砼，取消收缩缝或后浇缝的施工新方法。该方法已在许多重大工程应用，效果甚佳。
(1)、取消伸缩缝的理论依据
根据王铁梦提出的砼裂缝间距计算公式［1］
[]p
aT aT C E H L εχ-⋅⋅=arcosh 5.1 式中 H ——板或墙的计算厚度或高度，
p ε——砼的极限拉伸，（×10-4）
E ——砼的弹性模量，
（×10-4MPa ） χC ——地基对砼的约束系数，（N /㎜3）
a ——砼线膨胀系数，（10×10-6）
T ——综合温差（℃），
arcosh ——双曲余弦的反函数。
该公式是用极限变形计算伸缩缝间距。由上式可见，温差或收缩变形与结构材料的极限拉伸之间的关系(即aT 与p ε之间关系)很重要，一般总是大于aT
大于p ε，它们的差别越大，伸缩缝间距越小，差别越小，伸缩缝间距越大。如果采取措施使aT 趋近于p ε，arcosh ∞→∞，则完全无需伸缩缝。这就需要降低温差或收缩，提高砼的极限拉伸p ε。然而，提高砼的p ε是十分困难的，只有设法降低砼的水化热和收缩，即控制裂缝原则是aT ≤p ε，这是“抗”的办法。
（2）、膨胀带替代伸缩缝的作法
根据我们的工程实践，采用掺ZY 膨胀剂的砼时，在长度60m 以内结构可不留缝，超过60m 时，为了保险起见，我们在收缩应力最大的地板和边墙中央，设一道“膨胀带”替代伸缩缝或后浇缝，见图l 。膨胀带的宽度为2～3m ，带的两侧挂上密孔铁丝网，目的不让砼中的石子通过。浇ZY 砼时，膨胀带两侧浇灌掺8％ZY 砼，膨胀带本身浇灌掺10％ZY 砼，整个施工过程是连续的。该工法的理论依据是：如图1所示，一般在构筑物中部产生最大收缩，水平法向应力m ax σ超过抗拉强度f t ，便产生裂缝，用普通砼时则设一道伸缩缝。而用ZY 砼时，以膨胀带代替，由于多掺了ZY ，产生较大膨胀(一般-421043⨯ε～＝)，而两侧砼的膨胀率较小(一般-421032⨯ε～＝)，形成中部大两边小的膨胀区，从而补偿相应的收缩曲线。使任意长度可以不设伸缩缝。该工法已在许多工程应用，十分成功。
