广州亚运城国际区超长地下结构设计

广州亚运城国际区超长地下结构设计
摘要:混凝土结构结构具有徐变、收缩特性会导致结构中产生拉应力，使结构可能出现有害裂缝。

这些一直都是结构设计中值得探讨的课题。

本文采用理论分析和工程实例相结合的方法, 从完善结构设计、优化混凝土配比等方面提出了钢筋混凝土超长结构设计的综合技术措施, 可供同类工程借鉴。

关键词：超长混凝土结构; 后浇带; 混凝土外加剂;
Abstract: The concrete structure has creep, shrinkage characteristics; it will lead to tensile stresses in the structure, so that the structure may have harmful cracks. These have always been worth discussing in structural design. This paper take the method of combining theoretical analysis and engineering examples, put out the measures of long structural design of reinforced concrete technical to improve the structural design and optimize the concrete mix, for similar projects for reference.Key words: long concrete structure; poured band; concrete admixtures
中图分类号：TU377 文献标识码：A 文章编号：
1工程概况
广州亚运村运动员村国际区共一层地下室，地上三层局部四层，地面以上结合建筑使用功能，分成8个独立区域。

各区域之间以100mm宽防震缝分开。

地下室为超长结构，总长约417米，结合建筑功能，沿长度设置两条防震缝，将地下室从左到右分为A、B、C三个区域，缝宽100mm。

如下图所示：
本工程A区长约136米，B区长约194米，C区长约87米,都超过了混凝土规范规定的55m伸缩缝最大间距的要求。

对于这种超长结构,在混凝土收缩或温度作用下,很有可能开裂并形成有害的贯通裂缝,影响地下室建筑防水和结构的耐久性,甚至可能影响建筑的正常使用。

2超长混凝土结构特点分析
混凝土是一种凝胶体人造石料，混凝土构件具有徐变、收缩特性，控制和减少混凝土的徐变、收缩量是超长混凝土结构施工的关键因素。

1）徐变。

徐变的主要原因是混凝土构件在长期荷载作用下，混凝土凝胶体的水份逐渐压出，水泥石逐渐粘性流动，微细空隙逐渐闭合，细晶体内部逐渐滑动，微细裂缝逐渐发生等各种因素的综合结果，影响混凝土徐变的主要因素有以下几点：
（1）混凝土在长期荷载作用下产生的应力大小；
（2）加荷载时混凝土的龄期。

加荷时混凝土龄期越短，则徐变越大；
（3）混凝土的组成成份和配合比。

混凝土中骨料本身没有徐变，它的存在约束了水泥胶体的流动，约束作用的大小取决于骨料的刚度（弹性模量）和骨料所占的体积比。

当骨料弹性模量小于70Gpa时，随骨料的弹性模量降低，徐变显著增大。

骨料的体积比越大，徐变越小。

试验表明，当骨料的含量由60%增大为75%时，徐变可减少50%。

混凝土的水灰比越小，徐变越小，在常用的水灰比（0.4～0.6）范围内，单位应力的徐变与水灰比呈近似直线关系。

（4）养护及使用条件下的温度与湿度。

混凝土养护时温度越高，湿度越大，水泥水化作用就越充分，徐变越小。

2）收缩。

混凝土在空气中结硬时体积减小的现象称为收缩。

混凝土浇筑完毕后在凝结之前由于沉实泌水、蒸发，干集料或干燥底层吸收使混凝土水分损失，体积因而减少，产生塑性收缩。

混凝土收缩的主要原因是在硬化初期水泥石在水化凝固过程中产生的体积变化，后期主要是混凝土内自由水份蒸发引起的干缩。

（1）混凝土的组成和配比是影响混凝土收缩的主要原因。

水泥的用量越多，水灰比较大，收缩就越大。

骨料的级配好、密度大、弹性模量高，粒径大可以减少混凝土的收缩，粗骨料的所占的体积比越大、强度越高，对收缩的制约就越大。

（2）干燥失水是引起混凝土收缩的重要原因，高温湿养可以加快水化作用，减少混凝土中的自由水份，因而可以使收缩减少。

在建筑工程中，由于超长结构温度、收缩徐变等内应的叠加和结构累计，是造成混凝土裂缝的主要原因，而有效控制裂缝的展开可采取多种方式，如设置若干道变形缝，以释放大部分变形。

另外可采用优化混凝土的配合比设计以减少混凝土的收缩、提高混凝土的极限拉伸强度等方法，以抵抗施工温度、徐变、收
缩等变形产生的应力。

伸缩后浇带是为在现浇钢筋混凝土结构施工过程中，克服由于温度、收缩、徐变而可能产生有害裂缝而设置的临时施工缝，其需根据设计要求保留一段时间后再浇筑，将结构连成整体。

本工程后浇带的严格意义是基于混凝土的徐变、干缩和施工期间的水泥水化热的考虑而设置的临时性伸缩缝，在60天后用填充性膨胀混凝土回浇。

减少超长混凝土结构的徐变、干缩和施工期间的水泥水化热，防止结构裂缝的产生和发展的施工关键措施是优化混凝土配合比设计、加强施工养护等。

3. 超长地下结构设计
作为超长结构混凝土，为了控制或减少混凝土的徐变、干缩和施工期间的水泥水化热应力，即控制结构裂缝的产生和发展，应优化混凝土配比，进行合理的配比设计，并对结构进行合理的后浇带设计。

3.1材料选择
1）水泥：选择水化热较小的水泥，控制水泥用量，尽可能使水灰比较小，以减少混凝土的施工温度和收缩；
2）骨料：选择级配好、密度大、刚度（弹性模量）大、粒径大，（弹性模量）较大、杂质少的骨料，并尽可能使骨料的体积比应大于75%，如选择冲洗的砂、圆砾等骨料。

3）掺合物：选择烧失量不大于3%，有较小的细度，质量均匀较好的矿物掺合料，增加混凝土的密实度，改善和易性。

4）外加剂：掺加缓凝剂有利于控制混凝土早期水化热，本工程结构复杂，钢筋密集，常会影响混凝土的浇筑速度，掺加混凝土缓凝剂有利于避免因浇筑速度等原因形成的施工冷缝，而且可缓和温度升高引起的混凝土强度变化。

应用高效减水剂以降低水泥用量。

3.2配合比设计
超长结构混凝土配合比设计应控制水泥用量，尽量降低水灰比，水灰比是决定水泥石和截面区空隙的关键因素，较小的水灰比可减少混凝土的收缩。

粗骨料的所占的体积比越大、强度越高，对混凝土收缩的制约就越大，因此配合比设计时应尽量使粗骨料的体积比大，但应满足一定的要求。

总之，依据超长结构施工控制的机理分析可知，通过优化混凝土配比设计，可从混凝土胶体材料的本身减少收缩、徐变等应力，以及提高混凝土的抗拉强度来抵抗混凝土的内应力变形是一种超长结构混凝土施工控制的有效途径之
一，所以施工之前，结合本工程结构超长和清水混凝土特点，应精心进行混凝土的配比选材、试配设计，来满足工程需要。

混凝土配合比设计应严格依据相关规范的要求控制配比中的碱含量，防止碱集料反应的发生，当使用B种低碱活性集料时，其混凝土含碱量不超过5Kg/m3，当使用C种低碱活性集料时，其混凝土含碱量不超过3Kg/m3。

3.3结构后浇带设计
根据国家规范《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）钢筋混凝土结构伸缩缝的最大间距按下表规定采用。

钢筋混凝土结构的伸缩缝最大间距（m）（节选）
本工程A区长约136米，B区长约194米，C区长约87米，均超过规范限定的伸缩缝最大间距。

为此，本工程设计若干后浇带将地下室进行施工阶段的临时分段，控制混凝土早期收缩徐变时各段施工段结构的长度，减低裂缝产生的风险。

后浇带的浇筑时间为同层结构混凝土浇筑60天后用高一标号微膨胀混凝土灌浇”，在同一位置底板、侧壁、顶板贯通设置，上部结构相应位置也一起设置。

后浇带宽度为800，分段后各段最大长度原则上控制在55米以下，局部布置困难位置长度控制在60米左右；后浇带位置的底板、外墙部位防水、结构采取加强构造设计。

1）A区地下室结构后浇带设计：
在A区的2-6轴至2-7轴之间、5-6轴至5-7轴之间设置2道伸缩后浇带，将A区施工期间临时划分为3部分。

后浇带宽为800，在地下室基础底板、外墙、顶板贯通设置，伸缩后浇带的最大间距为55.5m、最小间距为39.9m。

具体后浇带设计位置如下图所示：
2）B区地下室结构后浇带设计：
在A区的6-5轴至6-6轴之间、7-6轴至7-7轴之间和9-2轴至9-3轴之间设置3道伸缩后浇带，将B区施工期间临时划分为4部分。

后浇带宽为800，在地下室基础底板、外墙、顶板贯通设置，伸缩后浇带的最大间距为60m、最小间距为46.1m。

具体后浇带设计位置如下图所示：
3）C区地下室结构后浇带设计：
在A区的9-10轴至9-11轴之间、10-4轴至10-5轴之间设置2道伸缩后浇带，将C区施工期间临时划分为3部分。

后浇带宽为800，在地下室基础底板、外墙、顶板贯通设置，伸缩后浇带的最大间距为35.5m、最小间距为28.6m。

具体后浇带设计位置如下图所示：
4结语
广州亚运城国际区地下室为超长混凝土结构, 在设计中采用浇筑的混凝土采用低水化热水泥，并适当添加混凝土外加剂等措施，结合后浇带的合理设置，有效减小了混凝土的收缩。

在工程投入使用至今未发现有害的贯通裂缝, 证明这是一种方便可行的技术措施，可供同类结构设计时借鉴。

参考文献
[1]GB50010-2010混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2011.
[2]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.
[3]天津大学,同济大学,东南大学.混凝土结构(上册)(第二版)[M].北京:中国建筑工业出版社,1998.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。