摘要：介绍超长大体积混凝土裂缝计算近似理论及裂缝控制预防措施。
关键词：超长大体积混凝土裂缝 极限变形跳仓法
中图分类号：[TQ178] 文献标识码：A文章编号：
1.前言
工业与民用建筑领域中的混凝土结构裂缝问题是一个相当普遍的质量问题，近年来它引起许多使用者的不满于投诉，是目前困扰广大工程技术人员的最大技术难题。特别是随着建设规模的日趋增大，超长超厚混凝土结构日益增多，工程裂缝控制技术难度更高，人们不得不采取一些特殊的方法解决问题。
多年的建设实践表明，大量的工程裂缝出现在承受外荷载作用之前，主要由“变形作用”引起，包括温度、湿度、地基变形等。这类裂缝几乎占总裂缝数量的80%以上，特别是现代化大型公共建筑超长超厚大体积钢筋混凝土结构，控制变形作用引起的裂缝问题是确保工程质量的急待解决的主要技术问题。
2超长大体积混凝土的定义
现代工业与民用建筑结构、市政运输桥梁、地下工程、核电及其他结构，虽然体积不像水工结构那么大，但由于混凝土和水混的材料高强化发展，泵送商品混凝土的现浇施工工艺，结构刚度的不断强化等，结构的水化热及收缩应力引起的裂缝已相当普遍，必须采取综合措施（设计、施工、材料及管理）加以控制。因此，大体积混凝土不再以截面尺寸具体大小来定义“大体积混凝土”而是以控制温度收缩裂缝的必要性作为定义的依据。
美国ACI 116R(1985)定义：任意体量的混凝土其尺寸之大，足以必须采取措施控制由于水化热和相伴的体积变化而引起的裂缝者，称为大体积混凝土。
结合工程实践情况，可定义“大体积混凝土”为：由于水化热及体积稳定性（收缩及其它变形作用），必须考虑控制温度收缩应力而引起的裂缝者，称之为“具有大体积混凝土性质的结构”。
3超长大体积混凝土裂缝的近似计算理论
根据专家多项工程现场长期监测，监测结果和处理工程裂缝的经验和参考有关资料，连续式约束提出新的假定，假定基础或地基为可变形体，通过剪力与水平位移的线性关系：………(1)
地基水平阻力系数 通过现场实物实验和裂缝工程反演，给出定量结果，推导出连续式约束应力近似计算方法，连续式约束条件下，引起竖向裂缝的水平正应力：
= =-E ………(2)
最大值在中部：
X=0， =-E………(3)
考虑徐变引起的应力松弛：
=-E H(t, ) ………(4)
端部剪应力：
sh………(5)
为了较为确切地计算早期混凝土的温度应力，考虑弹性模量的变化及松弛系数随时间的变化，将温差分为许多区段 ，各段内将 及H(t, )看做常量，最后叠加得考虑徐变作用的应力（一般大块或厚板均属二维平面应力），具龄期按时间增量法：
= = (t) (t， )………(6)式中： ；
为n段， 为第i段温差；
(t)---混凝土处于第i段降温时的弹性模量；
(t， )----由时间t至 的应力松弛系数，t为由峰值温度降至周围气温的时间， 为第i段龄期；
应用上述公式可计算任意时间的应力状态，根据裂缝出现的实践经验，浇筑后3天至30天出现较为不利的应力状态，可对此阶段进行验算。
4抗裂基本理论
从公式（1）可看出：底板的最大控制应力同温差、收缩差、弹性模量及线膨胀系数成正比，为线性比例关系。与长度呈非线底板的弹性模量增加，应力增加；底板受地基的约束程度，即地基对底板的阻力系数 增加，应力增加；底板的厚度增加，应力降低。但所有这些关系都不是线性比例关系，增加或减少的速度呈非线性变化。最大应力不仅与高长比（H/L）有关，而且与底板长度绝对尺寸有关。长度增加，应力增加，但不是线性关系。在较短的范围内，长度对应力影响较大，超过一定长度后，影响变微，其后逐渐趋近于一常数，即长度无论如何增加，应力不变。所以，伸缩缝作于工民建筑中控制裂缝的主要措施之一，只在较短的间距范围对消减温度收缩应力起显著作用，超过一定长度，即使设置伸缩也没有意义，留和不留是一样的，总而言之，“留伸缩缝，宜短些；若过长，则失去效用”。
如果想在超长或加长（理论上可以无限长）的底板上不设置伸缩缝，而又想控制不开裂，是否可能呢？公式（2）给出回答是肯定的，那就要调整公式中的其他因素，只要所得出的拉应力（或最大约束应变）≤结构材料的抗拉强度（或极限拉伸）就可以保证结构不会开裂，任意长度的无缝工程完全可以实现，这就是以“抗”为主的基本依据。
从公式（3）可看出，温度应力首先和温差及弹性模量成正比，升温T为正，应力 为负，即引起压应力；降温T为负，应力 为正，即引起拉应力；将混凝土的收缩值换算为当量温差，此当量温差永远为负值，应力为拉应力，因此混凝土结构的降温与收缩同时发生时，混凝土结构将承受叠加的拉应力，容易开裂，所以夏季、春秋干燥季节施工的工程较冬季施工的工程更容易开裂。
水平法向应力 （t）超过抗拉强度，在中部出现第一条裂缝，一块分成两块，每块板又有自己的水平应力分布，且其图形完全相似，但其最大值由于长度减少了一半而减少，如果该值仍然超过抗拉强度，则形成第二批裂缝，每块板再分成两块，共四块板三条裂缝。如此持续下去一直到最后那块板中部最大水平应力小于或等于抗拉强度，裂缝便稳定，不再增加。这就是混凝土结构的“开裂有序性”。
5 极限变形控制伸缩缝间距
用极限变形概念研究伸缩缝的作用，并作为一种实用计算方法推导出裂缝间距公式：
在该式中混凝土极限拉伸 值可考虑配筋影响及徐变影响；温差T中包括水化热温差、气温差、收缩当量温差。
由上式可以看出：地基对底板的阻力系数 变化时，伸缩缝间距也随着变化，当 0时，即地基对底板几乎不产生阻力，底板接近自由变形时，伸缩缝间距可任意长，即可不设伸缩缝。还可看出，温差或收缩相对变形与结构材料的极限拉伸之间的关系（即 ）很重要，一般总是 大于 ，他们的差别越大，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 值趋近于 ， 趋近于∞，则完全无需伸缩缝。这就需要降低温差或收缩，提高混凝土的极限拉伸应变。
在工程实践中，遇到形状复杂，结构变化多端，其应力状态，难以严格求解，则可采用温差（包括收缩）变形小于或等于极限拉伸应变的原则控制裂缝： ≤ ，即所谓“抗”的原则。
5 “抗放原理”，后浇带法的发展
目前，后浇带取代永久性伸缩缝的方法已相当成熟，应用广泛，但是后浇带间歇时间较长，影响工期，后浇带中清理垃圾困难。考虑到早期（7~10天）温差及收缩差较大，同时我们应用“抗与放”的设计原则，采取“抗放兼施，以抗为主”的具体方法，地下环境温度及湿度变化较小，钢筋混凝土具有一定抗拉能力（抗拉强度及极限拉伸），并根据温度应力与长度呈非线性关系，很多工程实例采用“跳仓法”对超长超大钢筋混凝土地下工程都取得了不错的效果。
“跳仓法”是一项一看就懂，经济合理，施工周期短，容易推广和应用的“普通混凝土好好打的技术”。跳仓法施工技术，简单讲就是将结构分成约30~40m左右的块体跳仓浇筑，块体间歇7~10天，施工缝设止水钢板或膨胀胶条避免渗漏或企口施工缝。这是一种抗放结合，先放后抗，以抗为主的方法。
跳仓法施工主要需注意以下几个施工工艺：a）设计上合理选择混凝土强度等级（C25~C30），可利用后期强度；b）合理加强构造配筋；c）优选混凝土配合比，有利于抗拉性能，严格控制砂石骨料含泥量，优选外加剂及掺合料，有利于体积稳定性；d）严格控制水灰比及现场塌落度（12±2cm）；e）根据气候条件，加强保温保湿养护（采取测温措施，实行温控）；f）加强振捣，采用二次压光技术；g）控制拆模时间，拆模后继续养护至混凝土里表温差趋于稳定为止（20天左右）。
6 小结
大量工程实践经验表明，控制混凝土的裂缝，只须掌握现代化泵送混凝土和温度收缩的基本知识，实行“设计、材料、施工三结合”的技术措施，就可以达到控制不出现有害裂缝的目的，关键是“切记严格执行”。
参考文献
［1］《工业建筑》.1997.4-6
［2］超长超厚大体积钢筋混凝土裂缝控制理论与实践王铁梦 2004.11
