文物版本地下洞库结构抗裂综合施工技术

冯高伟, ,李巍

【摘要】 裂缝的存在，对混凝土建筑物尤其地下建筑结构带来防水性、耐久性及稳定性的破坏已被建筑业广泛认知，但目前结构的裂缝控制一直是国内建筑业的一大技术难题。本课题的研究对象-国家版本馆西安分馆1#楼地下洞库更是有着双跨拱形造型、超长结构及大体积混凝土等施工难题，对结构耐久性和防水性要求极高，因此本项目从建筑结构设计、抗裂混凝土配比、大体积混凝土施工、高支模施工、缓粘结预应力等几方面进行抗裂综合施工技术研究，取得了较好的效果。

【关键词】 地下双跨拱形洞库；超长大体积结构混凝土结构；综合抗裂技术

1 工程概述

西安国家版本馆位于西安市户鄠邑区庞光街道原乌东村，项目坐落于秦岭北麓圭峰山脚，由18个建筑单体组成，建筑总面积8.3万平方米，主要核心建筑及本文研究对象为1#楼文物版本地下洞库，对结构抗裂及防水有着极高要求。该地下室为双拱形结构，单拱跨度13.5米，拱最高8.5米；洞库整体东西长180米，南北宽43米，为超长砼结构；建筑面积庞大，地下面积为8961.48平面米，基础、底板、剪力墙、顶板等为大体积砼构件，尤其基础筏板厚度达1.5米。

2 地下室结构抗裂设计

本工程针对地下室超长砼结构，在结构设计中采用抗-放结合方式解决砼裂缝难题。抗是应用预应力钢筋混凝土材料的预加压应力对抗外部拉应力；放是通过设计后浇带结构释放温度应力、收缩应力。

2.1 预应力混凝土结构设计

地下室建筑砼由于温度和湿度的变化在砼表面引起很大的拉应力，而砼抗拉性能较差，易导致出现裂缝，同时水进一步渗入建筑结构中锈蚀钢筋，对建筑结构刚度、安全性及使用寿命带来极大的危害。本工程针对砼自身抗拉性能缺陷，在结构顶板设计应用当今建筑行业里技术最先进、用途最广、强度最高、最有发展前景的一种抗裂结构材料-预应力混凝土。

预应力混凝土是在将混凝土与抗拉性能极强的钢绞线粘结，通过对钢绞线张拉预先施加压应力，在结构服役时，用以抵消或减小外荷载产生的拉应力，通过设计计算，使结构在正常使用的情况下外部拉应力荷载不超出预应力混凝土设计预加压应力，从而保证结构不产生裂缝。

2.2 后浇带结构设计

后浇带结构设计已在大量超长结构建筑工程中应用，且随着施工技术、材料的不断创新发展，其抗裂效果也得到了极大提升，因此，在本工程180米超长结构地下室中，设计有4条后浇带将结构划分为5个施工段。

在施工过程中，各结构分段新旧混凝土可以自由膨胀、收缩，释放温度应力、收缩应力等外部应力，从而减少超长结构混凝土裂缝的产生。

3 洞库双跨拱形结构高支模施工技术

3.1 高支模满堂架设计

本工程结构具有拱形跨度大、高度大的特点，满堂支架是整个拱形结构施工期间的支撑体系，是影响拱形造型成型效果的重要因素。根据双拱形结构梁、板尺寸，应用软件进行受力分析，对满堂支架进行排布设计，使得拱形梁、板下支撑到位，确保拱形弧度一次成优。

板下支架布置立面图

梁下支架布置立面图

3.2 模板制作及安装

拱形结构施工时需用曲面面板，拱梁底及板底曲面模板的制作安装是需考虑的要点。

3.2.1 模板制作

在模板选择过程中，原计划采用定制铝模，但是本工程工期紧，双跨拱形结构养护和拆模周期长，导致无法等待拱形结构混凝土养护完成进行模板周转，需一次性定制模板量大，使用定制铝模的成本过高。在综合考虑工期、成本和质量的情况下，最终决定采用胶合板现场加工定制。

根据梁及模板尺寸将梁模板进行编号，分为如图尺寸的6种，并确定每跨梁所需的每种模板数量。板底模板同梁板确定模板尺寸数量，且模板多为整板且无弧度切割，但与梁底模板需进行弧度弯曲处理。

梁模板分割尺寸设计

在实际施工加工过程中，现场存在很多废弃模板，为了节省材料，根据梁邦模板的拱形弧度定制切割机轨道，将宽度超过梁邦的废弃模板使用木方连接，然后使用切割机进行模板1、2的标准化流程制作。

3.2.2 模板安装

梁邦模板与板底模板采用梁邦包板底的方式进行连接，在板底模板下部外侧钉上木方，从梁邦模板底部钉入钉子连接木方，从而连接梁邦模板与板底模板。

拱梁上表面采用自制标准化桁架通过扣件连接弧形钢管，弧形钢管连接主龙骨，在拱梁两翼弧形钢管下通过主龙骨铺设模板。以上部分均在场外制作完成，在钢筋绑扎完成后吊装定位安装到拱形结构上部，节省人力，提高工效，确保拱形结构的精准成型。

拱形结构上表面模板固定及施工示意图

同时在结构施工前，搭设1:1模架样板，并检测了模板安装完成后标高、尺寸及弧度，精度误差均控制到位，确保了本工程正式施工的效率及质量。

3.3 钢筋绑扎

洞库拱梁与夹层结构柱有一部分叠交在一起，箍筋为共用箍筋，在绑扎钢筋时，先绑扎夹层结构柱钢筋，然后再进行拱梁钢筋绑扎。绑扎过程中，主要控制点为箍筋大小和拱形结构梁、板主筋的曲度。

钢筋加工过程中，先加工一根标准曲度的主筋，然后参照这根主筋进行加工。同时加工钢筋时要注意考虑钢筋与既有外侧结构的搭接长度。在钢筋绑扎时要用砂浆垫块将底筋垫起，在上下层钢筋间要严格使用马凳，从而确保钢筋保护层厚度以及曲度，防止底部露筋等现象。同时，在钢筋施工过程中注意，因位置冲突引起的布置困难，遵循普通钢筋避让预应力筋的原则，保证现场施工质量。

4 大体积混凝土抗裂施工技术

4.1 混凝土配合比设计

大体积混凝土抗裂的关键在于混凝土的配比设计，为了提高工程混凝土的抗裂能力，项目与西安建筑科技大学土木工程学院教授团队进行实验室试验，采取以下三种措施最终确定设计配比，明确混凝土的各项参数：

（1）通过在混凝土中掺入减水剂、粉煤灰等混合材料，降低水泥水化热；

（2）试验确定加入一定比例的PQY高性能膨胀剂，利用混凝土的补偿收缩原理提高混凝土的抗裂性，这种“以‘抗’为主、 ‘抗’ ‘放’结合”的方法能较好地解决大体积混凝土的裂缝控制问题。

（3）采用最大粒径较小的5-25mm规格碎石，粗骨料自身强度较高，且水泥浆在水化硬化过程有收缩（化学减缩和自生收缩），水泥浆的收缩会受到骨料的约束限制，骨料粒径小对于减少混凝土整体收缩量有利，利于混凝土强度提高。

4.2 混凝土温度监测

本工程承台、筏板、底板等砼施工正值春夏季节，且结构体量大，砼需昼夜连续不断施工，混凝土在夜晚时内部水化热，温度较高，外部因室外温度低，与内部形成较大温差；白天时受室外高温影响，混凝土外部温度又易超高于内部。

为了及时管控混凝土内外温差，为养护提供依据，选取具有信号传输信号稳定、受外界影响因素少的有线传输混凝土温度测试仪终端进行混凝土温度监测。测温前科学确定大体积混凝土结构测温点布置图，测温间距不大于6m，选择在温度变化大、容易散失热量的点位的底、中、顶不同深度处预埋测温管，根据混凝土浇筑后不同阶段，采用先密后疏的频率进行测温，记录大气温度、各测温孔温度、内外温差和裂缝检查和记录等数据。

4.3混凝土的养护

在混凝土初凝早期，及时、充分洒水并进行覆盖薄膜养护，确保混凝土表面没有失水，保证混凝土整个凝结过程在保水状态进行，干缩情况降到最小。

养护时间应足够，具体养护天数以温度监测为准，一般不少于14天，混凝土内外温差在表面养护结束后不超过15℃为宜。当混凝土内外温差和降温速度超过温控指标时，应进行计算分析，及时加强保温。

5缓粘结预应力

本工程梁、板、墙均采用高强低松弛钢绞线型缓粘结预应力筋，直径21.8mm，设计强度值fptk=1860Mpa,弹性模量Ep=1.95×105MP。施工过程中，普通钢筋避让缓粘结预应力筋。通过预应力框梁曲线定位、梁板面撅起张拉、后浇带位置的撅起、搭接和补强措施等一系列的设计要求和处理手法，灵活布置，使整个混凝土放张达到最佳受力状态，有效避免甚至杜绝结构裂缝的出现。

6 结语

本文介绍和分析了国际版本馆西安分馆双跨拱形地下文物版本洞库的工程实例中应用的抗裂综合施工技术，并通过在工程完成较长时间后，无发现混凝土出现裂缝、结构防水性能较好的检验，该综合抗裂施工技术有效可行，可在其他类似工程中参考和推广应用。

参考文献

[1]赵福军. 超长地下室结构的抗裂与自防水施工措施[J]. 特种结构, 2010(2):3.

[2]田雨泽, 张彤. 大体积混凝土施工的裂缝预控[J]. 低温建筑技术, 2002(3):3.

[3]李国平. 预应力混凝土结构设计原理[M]. 人民交通出版社, 2000.