超长钢筋混凝土结构无缝设计施工技术

一、前言

超长钢筋混凝土结构无缝设计施工技术、结构自防水技术、大体积混凝土裂缝控制技术是中国建筑材料科学研究院近年研究开发的三大基础应用技术，为我国建筑工程大量使用补偿收缩混凝土，控制混凝土工程的开裂及渗漏起到了重要的作用，对提高混凝土建筑工程的耐久性有其积极的贡献，施工技术的进步从而又促进了有关混凝土膨胀剂及防水剂等材料研究的进一步发展。

二、超长钢筋混凝土结构无缝设计施工技术

本技术涉及多个科学技术领域，包括建筑结构设计、建筑施工技术和混凝土材料科学，外加剂作用机理等，是一个跨学科的综合技术。

中国建筑材料科学研究院在研制成功膨胀剂的理论基础上，成功地解决了超长结构的无缝技术问题，并形成了较系统的经验和理论。根据结构工程不同部位、钢筋混凝土约束状态、配筋率及混凝土标号的不同情况，采用控制混凝土的限制膨胀率和优化配合比设计，调整膨胀外加剂的掺量来获得不同的预压应力，提高钢筋混凝土的抗裂性能；并采取延长模板留置时间和加强补偿收缩混凝土的养护方法，能有效地控制混凝土的裂缝。即使在超长、大面积施工的情况下，也做到了混凝土不产生贯穿裂缝。膨胀外加剂（或抗裂防水剂）在常规掺量下，一般可60m不设缝，当超过60m时，采用“加强带”解决，带宽2～3m，以HA－P抗裂防水剂为例，“加强带”内掺8～10％，带两侧掺6～8％。带两侧设钢丝网，目的是防止两侧混凝土流入“加强带”内。施工时连续浇筑，浇到加强带时改换配合比。如果不想设加强带，则采用全部混凝土均提高膨胀剂（或抗裂防水剂）掺量的方案。在采取措施的情况下，伸缩缝间距可延长至100m以上。

本技术主要是以混凝土收缩的整体补偿为基础，通过结构内应力与应变的实验、分析与计算，确立了通过“膨胀加强带”的技术取消伸缩缝和后浇缝，实现超长钢筋混凝土的连续施工的设计施工方法。这种设计施工方法称之为“无缝设计施工方法”。其技术特征在于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，以较高掺量的膨胀外加剂或抗裂防水剂来配制成大膨胀的混凝土(其28d水中限制膨胀率控制在4～6×10^-4)；其它部位用较小掺量的膨胀剂或抗裂防水剂配制成小膨胀混凝土(补偿收缩混凝土，其28d水中限制膨胀率控制在2～4×10^-4)。膨胀加强带的构造为带宽2m，带两侧挂密孔铁丝网，网孔直径Φ<10mm，目的是阻止混凝土中的石子通过。带中钢筋配筋率提高10～15%，伸入两侧混凝土各1m，带内混凝土强度不得低于两侧混凝土强度。施工时先确定膨胀加强带的位置并挂上铁丝网，混凝土浇筑从一边推进，当小膨胀混凝土浇在加强带时改用大膨胀混凝土，加强带浇毕，再改回原配比小膨胀混凝土，如此连续浇筑，不留伸缩缝或后浇带，结构一次施工完毕。

根据王铁梦《混凝土裂缝控制理论》平均伸缩缝间距计算公式如下：

   [L]=1.5

只要使｜aT｜趋向ep，则arcosh®∞，则可实现超长结构的无缝施工，在混凝土中掺入适量的膨胀外加剂，由于混凝土的膨胀可补偿混凝土的冷缩和干缩，可显著地减少｜aT｜，从而延长伸缩缝的间距。

膨胀加强带取代后浇带的基本做法示意图如下：

           钢丝网                      膨胀应力曲线

                              2～3m

        HA－P (8～10)％               收缩应力曲线

三、本技术与现有技术比较与适用范围

技术比较:

1）取消伸缩缝与后浇带，提高了结构的整体性能，特别是对于有防水要求的结构混凝土，提高了其整体防水性能。

2）后浇带一般需经40～60d才能回填，采用本技术减少了施工对后浇带处理这一繁琐的环节，大大地缩短了施工周期，加快了施工进度。

3）对于某些超长混凝土结构，由于取消伸缩缝而免去了双梁双柱结构，扩大了建筑物可利用的有效空间。

适用范围:

凡要求抗裂、防渗、接缝和填充用的混凝土结构工程或地下建筑结构，都可以使用HA－P抗裂防水剂配制的补偿收缩混凝土。

1）建筑物的地下室、地下构筑物的抗裂和结构防水等；

2）取消后浇带进行结构无缝施工，同时控制混凝土裂缝的地上或地下工程；

3）要求抗裂性能好、外观无装饰的重要建筑物，如清水混凝土类的道桥工程等；

4）刚性防水混凝土结构及填充性混凝土等及蓄水池、游泳池、水塔和贮罐等。

5）使用HA－P混凝土膨胀剂配制的补偿收缩混凝土还可用于控制大体积混凝土的裂缝，一次浇筑量可达1000m³以上而不开裂，施工简单，不需要复杂的温控措施，对水泥等原材料无特殊要求，采用膨胀混凝土施工的大体积混凝土，温差控制范围可适当放宽。

四、实际工程应用情况

现代建筑或构筑物越来越多地采用了超长或双向超长结构，如按传统技术每个工程须留置少则几条多则数十条后浇带，拖延工期，给施工带来麻烦，且结构整体(防水)性不好。采用本技术和材料，突破了传统的设计施工规范，用“膨胀加强带”替代了原来的后浇带，减少了设计与施工的麻烦，大大加快施工进度，提高了结构的整体防水性能，深受设计、施工和业主单位的欢迎。

超长结构无缝技术已在南宁万达商业广场、北京西客站工程、哈尔滨万达商业广场、沈阳五洲商业广场、沈阳万恒·东方俪城家世界广场、沈阳中国女人街二期商场、沈阳金路忆海长洲地下室、青岛中银大厦、沈阳置力商城、珠海口岸广场等全国重大建设工程中实施，取得良好的技术经济效益和社会效益。

补偿收缩结构自防水技术主要工程应用实例有亚运工程十三项、北京西客站、沈阳中国女人街二期商场、沈阳金路忆海长洲人防地下室、深圳贤成大厦、北京城乡贸易中心等。

大体积混凝土裂缝控制技术主要工程应用实例有沈阳五洲商业广场355×85×0.5～2.2m；沈阳中国女人街二期商场240×64×0.4～2.1 m、厚底板处一次浇筑近3000m³ ；深圳侨光广场134.5×73.5×1.5～3m，在高温季节(28～35℃)一次连续浇筑10600m³；天津豫泰大豆厂圆筒仓基础50×40×2m；深圳贤成大厦3m厚底板一次浇筑5000m³等。

五、工程应用效果简介

1）北京等地:

（1）贵州大厦总建筑面积31500m²，地上十五层，地下三层，总高度52.9 m。本工程为现浇钢筋混凝土框架支剪力墙结构、筏板基础，最大埋深-15.4m。

本工程筏板基础情况如下：长82.9m，宽30m，厚700mm，混凝土标号为C35/S8，在⑤、⑥轴和⑧、⑨轴之间各有一条后浇带将基础分为三段施工。基础配筋情况为：上网Φ28＠150，下网Φ32＠300，配筋率0.97％。采用膨胀剂后，取消了原设计的后浇带和外防水。既节约了费用，又保证了工期。

该工程采用北京燕山425＃矿渣水泥和北京产中砂、碎卵石和缓凝型复合膨胀防水剂，混凝土配合比如下:（水泥＋膨胀剂＋粉煤灰）:砂:石:水＝（0.80＋0.12+0.08）:1.53:2.30:0.38。混凝土坍落度18～20cm。采用该配合比施工未设膨胀带。

（2）北京金业大厦工程地上由23层的塔楼和5层裙楼组成，为筒体框架结构。该工程地下二层，埋深-11.1m。该工程主楼采用箱形基础，地下室及裙楼框架采用独立柱基础。工程平均长约88m，宽约75m。塔楼坐落在中央，长72.8m，宽29m。裙楼与塔楼之间有一条后浇带（沉降缝），将塔楼与裙楼分开。该工程底板和侧墙的混凝土设计标号均为C35/S8。该工程主楼底板厚800mm，裙楼底板厚600mm，侧墙厚400mm。

该工程配置温度筋情况如下：箱基底板厚800mm，纵向E～F轴上网Φ25＠150，下网Φ32＠300，配筋率0.744％；D～E轴上网Φ22＠200，下网Φ28＠300，配筋率0.494％；另有4m宽一部分上、下网均为Φ20＠200，配筋率0.393％。裙楼底板厚600mm，上、下网均为Φ18＠150，双向，配筋率0.565％。外墙厚400mm，水平筋Φ12＠200（内、外），配筋率0.283％。

该工程施工难度最大的是外墙混凝土，由于外墙周长369m，整个外墙要求连续施工，不设任何“缝”或“带”，采用膨胀防水剂后，每层采用一个混凝土配合比连续浇筑，一次合拢，裂缝得到了有效的控制，其底板、外墙混凝土均无裂缝。

（3）马连道工业品仓储批发配送中心工程由批发配送中心和商贸洽谈楼两部分组成。配送中心地上为4层全现浇钢筋混凝土框架结构，地下一层为六级人防地下室（局部非人防）；基础采用带注下交叉梁的筏形基础。混凝土标号C30/S8。配送中心长113.6m，宽79.2m，原设计在⑤～⑥轴和E～F轴间各设置一道后浇带，将结构分成四块，后浇带宽1m，后浇带须待其两侧混凝土浇筑二个月后，再用高一级强度等级的补偿收缩混凝土灌封密实。

配送中心底板厚450，梁高1.5m，配筋情况如下：除四边配筋为F14＠200（上、下）外，整个底板配筋为F16＠200（上、下），配筋率为0.45％。外墙厚300，配筋为F16＠200（内、外），配筋率为0.67％。

由于本工程施工季节为冬季，后浇带的处理无论对施工还是对防水和工期来讲，都带来了很大的困难和麻烦，本工程甲方、监理、设计和施工单位经考察后，决定采用防冻型复合膨胀防水剂，取消原设计的二道后浇带，进行超长结构无缝施工，提高结构的整体性，加快工期。

该工程的洽谈楼和配送中心均采用了超长施工技术，无“后浇带”和“膨胀加强带”，整个地下工程无裂缝。

(4) 南宁万达商业广场由大连建筑设计院设计,总建筑面积52万m²,地下一层,地下室面积2.85万m²,底板厚1m,西南方向长250m,每间隔40m设一条膨胀加强带，连续无缝施工,混凝土设计标号为C30,抗渗等级P12,采用HA—P抗裂防水剂.，采用2m宽的膨胀加强带,非加强带采用C30P12混凝土,内掺HA—P抗裂防水剂7%,加强带内采用C35P12混凝土内掺HA—P抗裂防水剂10%,底板非加强带——加强带——非加强带,如此循环连续浇筑施工,侧墙和顶板则采取后浇加强带方式,在14天后浇筑.使用情况表明,抗裂防渗效果显著,施工性能好.

(5) 哈尔滨万达商业广场由哈尔滨工业大学建筑设计研究院设计,工程总建筑面积14万m²,地下一层,地上三至六层,结构形式为流态砼灌注桩,框架结构体系,基础地板为C30P8抗渗混凝土,底板厚450mm,地下一层为大体积超长钢筋混凝土结构,采用补偿收缩混凝土,在地下室底板沿纵向设有1道后浇带,2道加强带,沿横向设有1道永久变形缝,5道加强带.该工程的地理位置距松花江较近,距离不到60m,属超长混凝土结构,并且是冬季施工,结合本工程的特点,经专家组及本工程技术负责人共同论证决定,选用HA—P抗裂防水剂,经检测试验后确定非加强带处按水泥量外掺HA—P抗裂防水剂9%,加强带处掺HA—P抗裂防水剂10%,使用后表明补偿收缩及抗渗效果好,混凝土外观质量好,各项性能均达到设计要求.

2）沈阳本地:

（1）沈阳五洲商业广场由中国建筑东北设计研究院设计，地下2层，地上裙楼为7层，一个塔楼高为28层，采用现浇钢筋混凝土框架结构，工程总长355m×85m。工程主体地上部分由两个通道自然分成三部分，工程主体地下室在长度方向由两条伸缩缝分为三段。第一段的尺寸为长81m×宽85m在长度方向设有一条沉降后浇带，宽度方向设有两条膨胀加强带；第二段的尺寸为长125m×85m，在长度方向设有两条膨胀加强带，在宽度方向设有两条膨胀加强带；第三段的尺寸为长149m×85m，在长度方向设有三条膨胀加强带，在宽度方向设有两条膨胀加强带。本工程采用了超长结构无缝设计裂缝控制的综合技术措施，较好地解决了超长结构的裂缝控制问题。

本工程地下室底板混凝土设计强度为C30/P8，底板厚度分别为0.5m、1m 、2.2m；地下室侧墙混凝土设计强度为C50/P8，楼板混凝土设计强度为C30。本工程的基础底板、地下室侧墙、地下室楼板以及部分地上楼层板混凝土中均内掺HA-P抗裂防水剂。非加强带处混凝土中HA-P掺量为8%，加强带内混凝土提高一个标号，HA-P掺量为10%，且增配15%的温度钢筋。在地下室底板与楼层板中加强带混凝土与非加强带混凝土同时连续浇筑，不留施工缝；地下室外墙采用后浇加强带，待浇完非加强带混凝土养护14d之后再浇筑。结构的楼层板及屋面板配筋，除满足计算要求外，均增配0.2%的温度构造钢筋。屋顶采用保温性能好的聚苯板，保证在使用阶段超长无缝施工结构屋顶受外界温度的影响最小。此工程的地下室部分是在2004年10月底施工完毕的，经检测混凝土的抗压强度和抗渗标号均超过了设计要求。超长无缝施工的底板混凝土未出现任何裂缝和渗水现象（虽然做了外防水，但在施工后发现伸缩缝中有渗水现象，即表明外防水并未起到很好的防水作用）。此工程自2005年6月份封顶以后到现在已经有一年的时间了，该工程结构未出现任何有害裂缝。采用HA-P抗裂防水剂的部位未出现裂缝渗水现象，说明由于采用了HA-P抗裂防水剂，使得该工程结构具有较高的抗裂可靠度。

（2）沈阳中国女人街二期商场，其结构由沈阳市浑南新区规划设计院设计，地下一层，地上由一个裙楼和三个塔楼组成，地上裙楼4层，塔楼20多层，采用现浇钢筋混凝土框架结构，工程总长240m×64m，底板长度方向有1条沉降后浇带，其余共有4条膨胀加强带。在宽度方向，三个塔楼边上设有沉降后浇带，其余部位没有设后浇带和加强带。底板非加强带部位采用C30/P8混凝土，非加强带部位内掺8%HA-P抗裂防水剂，底板加强带采用C35/P8混凝土，内掺10%HA-P抗裂防水剂，裙楼部位构造底板厚度为0.4m塔楼部位筏板厚度为2.1m。地下室侧墙厚度为0.3m，侧墙非加强带部位采用C40/P8混凝土，内掺8%HA-P抗裂防水剂，侧墙加强带部位采用C45P8混凝土，内掺10%HA-P抗裂防水剂。此工程地下室全部取消了外防水，完全采用混凝土结构自防水。此工程底板处于水位线以下，在底板施工时周边全部采用了降水措施，此工程大部分底板及部分侧墙是在2005年11月底到12月中旬期间施工的，施工时最低温度为-16℃，也就是说采用的是冬季施工，无法浇水保养。此工程地下室于2006年5月份施工结束，工程使用结果表明，HA-P抗裂防水剂能够提高混凝土强度，防渗抗裂效果好，施工方便，工程整体性好，能够较为明显地缩短施工工期和节省施工材料费用，得到了业主单位、施工单位、监理单位以及商混公司的好评。

（3）沈阳万恒·东方俪城家世界广场，由中国建筑东北设计研究院设计，地下一层，地上由一个二层的裙楼和三个塔楼组成，采用现浇钢筋混凝土框架结构，工程总长135m×115m，工程的三个塔楼分别分布在三个角上，塔楼与裙楼相连接处留有沉降后浇带，在裙楼的长度方向和宽度方向分别各设有两条膨胀加强带，此工程的地下室和裙楼屋面顶板均采用了加强带超长无缝施工技术，非加强带部位采用C30/P8混凝土，HA-P掺量为7%，加强带部位C35/P8混凝土，HA-P掺量为10%。此工程地下室与2005年12月份完成施工，裙楼屋面顶板于2006年4月份完成施工，整个工程采用HA-P抗裂防水剂结果表明，能较大幅度提高混凝土强度，防渗抗裂效果好，施工方便，得到了业主单位、施工单位以及商混公司的好评。

（4）沈阳置力商城，由中国建筑东北设计研究院设计，地下两层，地上八层，工程长度为84m×82m，地下负二层的底板，侧墙，顶板全部采用加强带超长无缝施工技术，在工程的中间位置设了一个十字形的膨胀加强带，底板和楼板的非加强带处采用C35/P8混凝土，加强带处采用C40/P8混凝土，侧墙的非加强带处采用C40/P8混凝土，加强带处采用C45/P8混凝土。业主方沈阳置力房地产有限公司经过对几种防水材料的实验比较，最终选用了HA-P抗裂防水剂做超长无缝施工，底板长84m×宽82m，厚0.7m，一次浇筑而成；侧墙厚度为0.6m，总周长为332m，一次连续浇筑而成，地下室工程于 2005年11月份施工完毕。工程地下负二层使用HA-P抗裂防水剂结果表明，没有发现任何裂缝现象，工程的抗渗抗裂效果好，得到了业主单位和商混公司的高度评价。

(5) 沈阳金路忆海长洲15#16#17#楼人防地下室由辽宁省城市建筑设计院设计,地下一层,采用压灌桩基础,地下室总长为197.2m,总宽为37.3m,地下室底板厚度为0.3m,侧墙厚度为0.3m,采用C30P8抗渗混凝土,地下室底板下面采用地下梁结构,该工程为单体特超长结构,由于有压灌桩及地下梁的存在而导致难以做好外防水,而且工期要求很紧.经沈阳市建委专家论证会确定选用HA—P抗裂防水剂,采用膨胀加强带取替温度后浇带,做超长无缝施工,并且采用补偿收缩结构自防水技术,取消了外防水层,工程底板一次连续浇筑完成,侧墙一次连续封闭浇筑.本工程长度方向设有4条膨胀加强带,非加强带采用C30P8抗渗混凝土,内掺HA—P抗裂防水剂8%,加强带采用C35P8抗渗混凝土,内掺HA—P抗裂防水剂10%.使用后结果表明,掺HA—P抗裂防水剂的混凝土强度高,抗渗抗裂效果好,连续浇筑将近200m长的薄底板经过充分的保养没有出现任何裂纹现象,得到了业主单位、施工单位和商混公司的好评.。

六、结语

建筑结构裂缝控制是个系统工程，近十多年来，我国工民建向长大化、复杂化发展，商品混凝土普及应用，混凝土强度等级从C50向C80或更高的强度等级发展，这些因素导致钢筋混凝土结构开裂的机率增多。掺抗裂防水剂的补偿收缩混凝土在防止和大大减轻混凝土开裂和提高抗渗作出了积极贡献。

总之，采用抗裂防水剂等材料和技术解决超长结构的无缝施工问题是可行的。需提醒的是，该技术不适合有不均匀沉降的工程，仅适用于解决混凝土的收缩问题，如存在不均匀沉降问题，在结构设计上又无采取合理的措施，沉降缝是不能取消的。此外，采用超长施工技术，应根据工程的具体情况进行全面的技术考虑和计算，如工程的长度、施工季节、施工工艺、工程的混凝土厚度和标号、水泥品种、混凝土配合比的合理性、现场不同部位混凝土的配筋情况、防水剂的品种和掺量、配制的补偿收缩混凝土的膨胀率、混凝土的养护、模板的拆除时间等等，以上因素都对超长施工的成败有较大的影响，应针对以上具体情况制定合理的施工方案，对配制的补偿收缩混凝土进行膨胀率的设计和控制是非常必要的。

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