預(yù)應(yīng)力技術(shù)在地下室剪力墻墻體結(jié)構(gòu)裂縫控制中的應(yīng)用

預(yù)應(yīng)力技術(shù)在地下室剪力墻墻體結(jié)構(gòu)裂縫控制中的應(yīng)用摘要：為了控制混凝土溫度收縮，防止剪力墻出現(xiàn)裂縫，可在地下室側(cè)墻施工中采用無粘結(jié)錨固體系，防止墻體裂縫的產(chǎn)生。本文結(jié)合具體實例，詳細闡述了地下室剪力墻墻體結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工要點，并著重對在地下室墻體預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)裂縫預(yù)防與控制措施進行了分析與探討關(guān)鍵詞：地下室；剪力墻結(jié)構(gòu)；無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力；拉應(yīng)力；裂縫控制1工程概況湖南某商住樓工程總建筑面積約6.8萬m2，框-剪結(jié)構(gòu)，平面尺寸為164m（最大環(huán)向）×66m，且設(shè)計上不設(shè)縫，結(jié)構(gòu)長度遠遠大于規(guī)范規(guī)定的伸縮縫設(shè)置最大長度，屬超長混凝土結(jié)構(gòu)。地下兩層，其中標(biāo)高-4.62m和-0.10m處樓層樓面環(huán)、徑向框架梁采用后張有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，框架梁和井字次梁的結(jié)構(gòu)跨度分別為9~16m不等，在地下室a軸剪力墻長115m和k軸剪力墻長164m，標(biāo)高從-8.12m到-0.10m，采用后張無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。2地下室剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計要點2.1墻體預(yù)應(yīng)力的設(shè)計本工程后張預(yù)應(yīng)力體系的預(yù)應(yīng)力筋均采用270級鋼絞線，直徑15.20mm，標(biāo)準(zhǔn)強度1860mpa，混凝土強度等級c40。本工程地下室外墻的超長，增大了混凝土自身的收縮影響；且混凝土易隨季節(jié)氣溫變化產(chǎn)生溫度應(yīng)力，易使混凝土產(chǎn)生裂縫。針對上述因素，地下室外墻設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼筋，控制裂縫的原則是“抗放兼?zhèn)?，以抗為主”?！翱埂本褪墙o地下室混凝土外墻施加預(yù)應(yīng)力，抵消溫度應(yīng)力和部分收縮應(yīng)力；“放”就是設(shè)置后澆帶、分區(qū)施工、釋放施工前期混凝土收縮應(yīng)力，控制裂縫過早過多產(chǎn)生，提高混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命。地下室側(cè)墻和頂板預(yù)應(yīng)力采用后張無粘結(jié)錨固體系。側(cè)墻厚度為400mm，墻高約8m（部分側(cè)墻壁厚600mm）。預(yù)應(yīng)力筋布置為水平面二根一排平行設(shè)置，豎向間距為250mm，預(yù)應(yīng)力筋分別沿墻體普通鋼筋內(nèi)側(cè)布置，具體見圖1。外墻預(yù)應(yīng)力溫度應(yīng)力的計算：1）計算模型。地下室外墻體下端與基礎(chǔ)底板連接，上端與樓板相接，但由于樓板厚度相對較薄，且同樣配置預(yù)應(yīng)力鋼筋，張拉時可以認(rèn)為墻體與樓板同步變形，即計算模型為：墻體沿長向、下端有約束，取6m寬地下室底板與其相連，上端為自由。預(yù)應(yīng)力抗裂設(shè)計只考慮平均季節(jié)溫差引起的軸向應(yīng)力，不考慮室內(nèi)外溫度梯度差產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力?？沽言O(shè)計溫差取△t=16℃。采用大型通用有限元分析軟件對墻體進行模擬計算。2）預(yù)應(yīng)力計算結(jié)果?？刂浦笜?biāo)：地下室外墻板±0.00m標(biāo)高至-8.1200m標(biāo)高范圍內(nèi)采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力，建立平均不小于2mpa的預(yù)壓應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力筋采用抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值=1860mpa，單根直徑d=15.24mm，在地下室外墻板±0.00m標(biāo)高至-2.00m標(biāo)高范圍內(nèi)，以下部分壓應(yīng)力逐漸減小。預(yù)應(yīng)力鋼筋的布置為2×2u15@250。2.2外墻張拉端的設(shè)置標(biāo)高-4.62m和-0.10m處樓層樓面環(huán)、徑向框架梁無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力梁張拉端設(shè)置在外墻處，采用外置式，因為外置式對柱鋼筋、梁端錨固筋和其他非預(yù)應(yīng)力鋼筋的影響較小，并且錨墊板安裝方便快捷，便于施工。但是外凸高度最小不得小于150mm，對于建筑外裝飾有一定的影響；并且對錨具封錨的要求比較高。局部外立面由于受建筑立面的影響，張拉端不得突出建筑外立面，所以必須考慮錨具內(nèi)置，內(nèi)置采用泡沫塑料板預(yù)留張拉孔，預(yù)留深度大于150mm，預(yù)留前梁鋼筋錨固段建議后退150mm，保證有足夠的空間設(shè)置錨墊板。柱鋼筋應(yīng)在下層鋼筋定位前在錨墊板位置預(yù)留一定的距離來保證錨具的設(shè)置空間和張拉的操作空間。具體見圖2。預(yù)應(yīng)力外墻處張拉端采用外置式，雖然便于預(yù)應(yīng)力施工，但其對于地下室結(jié)構(gòu)和施工也有不利的一面，張拉端張拉后需進行封堵，如封堵不好，將產(chǎn)生漏點，不利于防水。大跨度結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力因設(shè)置后澆帶，預(yù)應(yīng)力張拉分兩次進行，在后澆帶澆筑后再進行第二次張拉，此時在地下室外墻上的張拉端，因需等待第二次張拉，必將影響外墻防水及回填土的施工，場區(qū)內(nèi)其它分項均無法進行。建議地下室預(yù)應(yīng)力張拉端的設(shè)置，盡量不要設(shè)置在外墻上，可改變外墻處預(yù)應(yīng)力筋的搭接處理，采用一端張拉，將外墻處設(shè)置為錨固端，來解決此問題，既不會產(chǎn)生漏點也不會影響其它分項施工。2.3外墻扶壁柱地下室外剪力墻考慮控制溫度收縮，可設(shè)置預(yù)應(yīng)力筋，但張拉端不宜設(shè)置在圓柱上，因圓柱如采用鋼模板將不易留置張拉端，可設(shè)置扶壁柱來放置張拉端。外墻預(yù)應(yīng)力通過設(shè)置附壁柱進行張拉，在外墻每條后澆帶兩側(cè)均需設(shè)置，預(yù)應(yīng)力筋的是在后澆帶處50%的搭接見圖3，節(jié)點大樣見圖4。2.4后澆帶的優(yōu)化設(shè)計超長混凝土結(jié)構(gòu)須設(shè)置后澆帶，但后澆帶條數(shù)設(shè)置過多，將增加施工工序，增長工期，不利于施工，合理的后澆帶設(shè)置是質(zhì)量和工期的有效保證。可通過增加后澆帶的寬度、增設(shè)混凝土膨脹帶以減少設(shè)置后澆帶的條數(shù)，優(yōu)化前整個大底板劃分為15部分，后澆帶寬lm，優(yōu)化后中間設(shè)置混凝土2m寬膨脹帶，劃分為8部分，后澆帶寬1.2m，這樣可節(jié)省工序，加快施工材料周轉(zhuǎn)速度，縮短工期，降低成本，仍可保證降低混凝剪力墻的約束應(yīng)力，減少混凝土收縮，同時減少底板滲漏的幾率，提高混凝土質(zhì)量。3剪力墻預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)施工技術(shù)3.1預(yù)應(yīng)力墻體工藝流程普通鋼筋綁扎→焊接普支架→剪力墻內(nèi)預(yù)應(yīng)力穿筋→安裝錨墊板、螺旋筋→預(yù)應(yīng)力筋綁扎固定→預(yù)應(yīng)力筋水平、數(shù)量檢查→模板封閉→澆搗混凝土→張拉端部拆模、清理→混凝土試塊試壓達c20→預(yù)應(yīng)力筋錨具安裝→預(yù)應(yīng)力筋的張拉50%應(yīng)力→混凝土試塊試壓達80%→預(yù)應(yīng)力筋的張拉100％應(yīng)力→多余預(yù)應(yīng)力筋切割→張拉端部混凝土封閉→拆除側(cè)模。3.2墻體預(yù)應(yīng)力施工剪力墻內(nèi)鋼絞線，分布在鋼筋內(nèi)側(cè)，在豎向鋼筋綁扎完成前，將預(yù)應(yīng)力筋留置在鋼筋內(nèi)側(cè)，在開始固定水平向鋼筋時，用普通φ10做支架焊接在鋼筋網(wǎng)上，水平支撐間距250mm的雙排預(yù)應(yīng)力筋,將預(yù)應(yīng)力筋張拉端留置在附壁柱內(nèi)并安裝好錨墊板，綁扎完成后，封模板進行混凝土澆筑。3.3預(yù)應(yīng)力的張拉按照設(shè)計要求，外剪力墻預(yù)應(yīng)力張拉分兩次進行，在剪力墻混凝土強度達到c20時進行第一次張拉，以控制混凝土自身溫度收縮裂縫，在強度達到80%時進行第二次張拉．張拉流程如下：1）二端張拉流程：0→初應(yīng)力（10%控制應(yīng)力、讀數(shù)量測伸長值)→20%控制應(yīng)力（讀數(shù)量測伸長值）→100%控制應(yīng)力（讀數(shù)量測伸長值、持荷2min）→一端錨固→另一端補足張拉力后錨固→兩端同時卸荷2）一端張拉流程：0→初應(yīng)力（10%控制應(yīng)力、讀數(shù)量測伸長值）→20%控制應(yīng)力（讀數(shù)量測伸長值）→100%控制應(yīng)力（讀數(shù)量測伸長值、持荷2min）→錨固→卸荷。4剪力墻預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的預(yù)防與控制措施本工程剪力墻體裂縫大多數(shù)發(fā)生在與柱相連接的墻上，垂直于底板面，也有部分與地面呈約45°角。距柱邊約0.5m開始裂縫比較均勻分布在墻中，裂縫從上至下連通，離底板面約0.3~0.5m處終止；墻內(nèi)面裂縫與墻外面裂縫位置相對應(yīng)，裂縫寬度約0.2~0.4mm，扶壁柱與剪力墻交界處裂縫現(xiàn)象較嚴(yán)重，從張拉端口成放射狀。4.1產(chǎn)生裂縫原因分析產(chǎn)生墻體裂縫的原因很多，但混凝土內(nèi)部水化熱的變化所引起的墻體伸縮變形是產(chǎn)生裂縫的主要原因。墻體混凝土降溫出現(xiàn)溫差及混凝土收縮當(dāng)量溫差產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)水平拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強度時便會引起豎向裂縫?；炷脸跗诳估瓘姸群艿?，因此這種現(xiàn)象會經(jīng)常發(fā)生。事實上，在豎直方向也有應(yīng)力的作用，但因墻體高度不大，溫度變形極小，且上部無約束作用，又配有豎鋼筋抗拉，故不會出現(xiàn)水平裂縫。由于墻體兩端與框架柱連接，框架柱是一個較強的約束體，當(dāng)水化熱降溫墻體收縮時，約束了墻體沿水平方向的收縮變形，致使墻柱連結(jié)處及墻中出現(xiàn)裂縫，主要原因分析如下：1）部分混凝土實際配合比未能達到要求，水泥過大，造成混凝土收縮開裂。在現(xiàn)場實際商品砼的水化熱大，初凝快而產(chǎn)生裂縫。2）扶壁柱產(chǎn)生裂縫原因。由于扶壁柱是為預(yù)應(yīng)力張拉、錨固所設(shè)置，在扶壁柱處鋼絞線交錯疊加，設(shè)置比較密集，這樣就為剪力墻混凝土的澆筑施工帶來影響，要避免振動棒對鋼絞線過度振動所導(dǎo)致的位置變形，又要將振動棒穿過鋼絞線密集部分對下部進行振搗．施工時振搗操作人員易在此處出現(xiàn)漏振現(xiàn)象，往往多在扶壁柱鋼絞線上部振搗完畢后，由于施工難度大忽略了下部的振搗，從而在后期預(yù)應(yīng)力張拉過程中出現(xiàn)扶壁柱周邊拉爆，裂縫現(xiàn)象產(chǎn)生。3）墻體預(yù)應(yīng)力的設(shè)計。剪力墻設(shè)置控制裂縫的預(yù)應(yīng)力筋，此工程剪力墻裂縫依舊產(chǎn)生，預(yù)應(yīng)力筋第一次張拉是為控制裂縫的產(chǎn)生，但實際情況控制效果并不理想。預(yù)應(yīng)力筋第二次張拉主要為控制季節(jié)性溫度收縮裂縫，但地下室剪力墻使用期，均在地下，受季節(jié)性影響很小。4）混凝土的養(yǎng)護。外墻模板拆除過早、未對模板縫處進行澆水養(yǎng)護等，也易導(dǎo)致溫度裂縫。4.2剪力墻結(jié)構(gòu)裂縫的具體防治措施1）采取“抗”的設(shè)計原則，控制裂縫發(fā)生。在墻板頂部和腰部設(shè)兩道暗梁，并適當(dāng)增設(shè)暗柱，以起到“模箍作用”；適當(dāng)增加墻板鋼筋，尤其是水平構(gòu)造筋的配筋率應(yīng)適量提高。配置一定數(shù)量的預(yù)應(yīng)力鋼筋，通過預(yù)應(yīng)力的張拉力控制混凝土的收縮應(yīng)力。2）采取“放”的設(shè)計原則。為了防止墻體早期混凝土出現(xiàn)收縮裂縫，在墻體中設(shè)置適當(dāng)數(shù)量的后澆帶，后澆帶處鋼筋必須全部斷開，否則影響混凝土的收縮，達不到留置后澆帶的目的，后澆帶設(shè)置間距15~25m，留置寬度1000~1500mm，保留時間為40~60d，墻板留置后澆帶就是減少約束，釋放溫度收縮應(yīng)力，給墻體有一定的伸縮自由。3）進行混凝土配合比的試配試拌，采用水化熱低收縮性小早期強度高的硅酸鹽水泥作膠結(jié)料，添加粉煤灰，粗骨料級配好，中粗砂含泥量小，摻早強緩凝型泵送劑，嚴(yán)格控制混凝土水灰比和攪拌時間，為墻體施工提供高質(zhì)量的混凝土拌料。同時要控制好商品攪拌站的實際配比情況，讓其提供優(yōu)質(zhì)混凝土。4）加強混凝土振搗?；炷帘仨毞謱臃侄握駬v，對鋼筋密集處及預(yù)應(yīng)力的張拉端、扶壁柱等處更要振搗，密實，可采用小直徑振搗棒進行振搗。有效排除混凝土內(nèi)的泌水，消除混凝土內(nèi)部孔隙，確保混凝土的高密度，增加混凝土與鋼筋的粘結(jié)力，增加混凝土材質(zhì)的連續(xù)性和整體性，提高混凝土的強度，尤其要提高混凝土的抗拉強度。5）加強混凝土養(yǎng)護。早期混凝土不得有外力作用，避免沖擊、碰撞，使混凝土墻遭受早期傷害，并適當(dāng)延長淋水養(yǎng)護時間，確?；炷翉姸瓤焖俳】翟鲩L。5結(jié)束語綜上所述，在地下室采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)可以提高建筑的功效，減小施工中后澆帶數(shù)量，有利于施工，同時可以控制混凝土的早期收縮，減少混凝土結(jié)構(gòu)裂縫。外墻預(yù)應(yīng)力分兩次張拉有利于控制混凝土早