楊 帆，李 燕，李 強(qiáng)

(中國建筑第二工程局有限公司，北京 100160)

0 引言

混凝土作為目前用量最大、使用最廣的人造建筑材料，具有原材料充足、制造工藝成熟、制造成本較低、耐久性良好、抗壓強(qiáng)度高、強(qiáng)度等級可變等優(yōu)點(diǎn)，在建筑工程中的用量和需求量越來越大。但存在抗拉強(qiáng)度低、難以獨(dú)立承受拉應(yīng)力等缺點(diǎn)，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生裂縫。

混凝土是一種由粗骨料、細(xì)骨料、水泥、水及外加劑等混合而成的一種非均質(zhì)脆性材料。由于混凝土本身變形、約束和施工等問題，硬化成型的混凝土中有較多微小孔隙和微小裂縫。裂縫的存在和發(fā)展會使混凝土內(nèi)部鋼筋等材料被腐蝕，降低鋼筋混凝土材料的承載力、耐久性及抗?jié)B能力，從而影響建筑物外觀、使用壽命，甚至威脅到人身安全。

核電廠由于核燃料物質(zhì)的特殊性，為保證后期運(yùn)營階段安全，結(jié)構(gòu)施工中混凝土裂縫控制顯得更加重要。

1 工程概況

廣東太平嶺核電站核島廠房主要包括反應(yīng)堆廠房、燃料廠房、安全廠房、反應(yīng)堆龍門架廠房、核輔助廠房、放射性廢物處理廠房、進(jìn)出廠房、額外冷卻水與核島消防水廠房、柴油發(fā)電機(jī)廠房等(見圖1)。根據(jù)設(shè)計(jì)文件要求，除反應(yīng)堆龍門架廠房外，其余各廠房主體結(jié)構(gòu)均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其中，筏基混凝土強(qiáng)度等級一般為C40，上部結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級一般為C50，內(nèi)殼筒壁及穹頂混凝土強(qiáng)度等級為C60。各結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級較高，易產(chǎn)生收縮裂縫。且各廠房樓板及墻體厚度較大，部分樓板及墻體屬于大體積混凝土，養(yǎng)護(hù)要求極高，易產(chǎn)生溫度裂縫。

圖1 主廠房分布

2 混凝土裂縫分類

混凝土裂縫主要分為2種：由于混凝土的收縮、干縮、膨脹、不均勻沉降或溫度變形等引起的非荷載裂縫；在荷載的直接作用下，混凝土構(gòu)件由于承載力不足或抗裂能力不足而產(chǎn)生的裂縫。本文主要介紹針對非荷載裂縫進(jìn)行控制。

由于目前國內(nèi)規(guī)范中缺少對于工業(yè)建筑在非荷載作用下產(chǎn)生的裂縫處理寬度標(biāo)準(zhǔn)，故參考GB 50292—2015《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》中混凝土構(gòu)件正常使用性評級的裂縫寬度規(guī)定及CECS 293∶2011《房屋裂縫檢測與處理技術(shù)規(guī)程》規(guī)定的混凝土構(gòu)件裂縫修補(bǔ)處理寬度限值。核島廠房混凝土構(gòu)件在荷載和非荷載作用下的裂縫處理寬度限值為：室內(nèi)構(gòu)件為0.3mm，室外構(gòu)件為0.2mm，防水、防氣、防射線功能構(gòu)件為0.05mm。超過寬度限值的裂縫為有害裂縫，未超過的則為無害裂縫。

3 混凝土抗裂構(gòu)造措施

根據(jù)GB/T 50476—2019《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，控制非荷載因素引起的裂縫，應(yīng)通過對混凝土原材料的選擇、配合比設(shè)計(jì)、施工養(yǎng)護(hù)和構(gòu)造措施來實(shí)現(xiàn)。

由于核電站大都修建在沿海地區(qū)，常年受海風(fēng)、海水侵蝕，氣溫變化大，對混凝土養(yǎng)護(hù)更加不利，因此，在混凝土成型前增加抗裂措施更加重要。

3.1 墻體

鋼筋與混凝土共同工作的基礎(chǔ)是兩者之間的黏結(jié)力。在一般常溫和允許應(yīng)力狀態(tài)下，鋼筋性能比較穩(wěn)定，與混凝土熱膨脹系數(shù)相差不大。因此，溫度變化時，鋼筋與混凝土之間的內(nèi)應(yīng)力很小，而鋼筋彈性模量比混凝土彈性模量大7～15倍，當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到極限強(qiáng)度、變形達(dá)到極限拉伸值時，應(yīng)力開始轉(zhuǎn)移至鋼筋從而可避免裂縫開展。

當(dāng)墻體縱向鋼筋保護(hù)層厚度>50mm時，在保護(hù)層內(nèi)配置抗裂鋼筋網(wǎng)片，構(gòu)造鋼筋應(yīng)盡可能采用小直徑、小間距。按全截面對稱配筋，可提高混凝土抵抗貫穿性開裂能力，配筋率應(yīng)控制在0.3%～0.5%。對于外墻或混凝土保護(hù)層較厚的墻體，可適當(dāng)增加抗裂鋼筋網(wǎng)片直徑，提高網(wǎng)片抗裂效果。

墻體水平筋應(yīng)布置在豎向筋外側(cè)。若設(shè)計(jì)文件中水平筋布置在內(nèi)側(cè)，應(yīng)與設(shè)計(jì)單位協(xié)商變更修改。

3.2 樓板

3.2.1洞口周邊增加抗裂鋼筋

3.2.1.1方形洞口

1)核島廠房樓板厚度<800mm且方形洞口單邊長度≤800mm時，需在方形洞口頂部與底部斜向布置直徑≥12mm抗裂鋼筋。

2)樓板厚度<800mm，但方形洞口單邊長度>800mm時，需在方形洞口頂部、中間與底部斜向布置直徑≥12mm抗裂鋼筋。

3)樓板厚度≥800mm時，需在方形洞口頂部、中間與底部斜向布置直徑≥12mm抗裂鋼筋。

方形洞口周邊增加抗裂鋼筋，如圖2所示。

圖2 方形洞口周邊增加抗裂鋼筋示意

3.2.1.2圓形洞口

1)核島廠房樓板厚度<800mm時，需在套管、混凝土圓形洞口頂部與底部環(huán)向布置直徑≥12mm抗裂鋼筋。

2)樓板厚度<800mm，但套管、混凝土圓形洞口直徑>800mm時，需在套管、混凝土圓形洞口頂部、中間與底部斜向布置直徑≥12mm抗裂鋼筋。

3)樓板厚度≥800mm時，需在套管、混凝土圓形洞口頂部、中間與底部斜向布置直徑≥12mm抗裂鋼筋。

圓形洞口周邊增加抗裂鋼筋，如圖3所示。

圖3 圓形洞口周邊增加抗裂鋼筋示意

3.2.1.3組合布置洞口

1)核島廠房樓板單排或多排布置的圓形和方形洞口周邊增加抗裂鋼筋，如圖4所示；若連續(xù)或組合洞口凈距>500mm，抗裂鋼筋應(yīng)分開設(shè)置。

圖4 組合布置洞口周邊增加抗裂鋼筋示意

2)核島廠房樓板方形或圓形洞口距離墻體較近無法安裝時，洞口邊算起錨入長度≥200mm(圓形洞口為U形筋)。鋼筋設(shè)置如圖5所示。

圖5 靠墻洞口增加抗裂鋼筋示意

由于核島廠房現(xiàn)場實(shí)際情況較復(fù)雜，在遇到相鄰洞口抗裂鋼筋碰撞或由于其他預(yù)埋構(gòu)件無法安裝時，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)彎折或調(diào)整避讓。針對洞口位置，可將重疊部位鋼筋網(wǎng)片切除，優(yōu)先保證洞口抗裂鋼筋保護(hù)層，使洞口抗裂鋼筋發(fā)揮作用。

3.2.2板底、板面及板中增加抗裂鋼筋

1)樓板主筋保護(hù)層厚度>50mm時，在保護(hù)層內(nèi)配置φ8@200mm×200mm鋼筋網(wǎng)片。當(dāng)主筋直徑≥28mm 時，在保護(hù)層內(nèi)配置φ10@200mm×200mm鋼筋網(wǎng)片。特殊部位抗裂鋼筋直徑可相應(yīng)調(diào)整。

2)當(dāng)樓板為厚度≥800mm、單側(cè)雙向2層或4層鋼筋且中間未布置鋼筋的素混凝土?xí)r，增加抗裂鋼筋規(guī)定如表1所示。

表1 樓板抗裂鋼筋增加原則

3)樓板板底遇洞口(圓形或方形)已增加抗裂鋼筋時，鋼筋網(wǎng)片錯開洞口角部抗裂鋼筋，錯位安裝，避免沖突。

4)抗裂鋼筋等級均為HRB400E，若原設(shè)計(jì)圖紙中已有中間層橫縱向鋼筋，可不再布置。

5)板底抗裂鋼筋網(wǎng)片設(shè)置以房間為單元，長寬比>2.0的房間，網(wǎng)片最外側(cè)鋼筋沿房間長邊方向布置。

3.2.3樓板底角部增加抗裂鋼筋

在樓板底角部原正交鋼筋網(wǎng)片上方與板底鋼筋之間增設(shè)10根間距200mm的φ10抗裂鋼筋，布置范圍為樓板底角部周邊約3 000mm，鋼筋長度為3 000mm。 樓板底角部增加抗裂鋼筋，如圖6所示。

圖6 樓板底角部增加抗裂鋼筋示意

當(dāng)抗裂鋼筋相互沖突時，可截?cái)嗫沽唁摻?。若對拉鉤鋼筋有影響時，可適當(dāng)調(diào)整抗裂鋼筋以避開拉鉤，拉鉤尺寸不變。

3.3 筏基

1)核島廠房筏基大都為厚大筏板基礎(chǔ)，部分廠房筏板厚度達(dá)4m，筏板完成混凝土澆筑后，在降溫階段的溫度收縮力較大。若筏板變形受底部墊層接觸面的限制，可能會引發(fā)危害性裂縫產(chǎn)生。為減小核島廠房巖石地基及墊層對筏基混凝土底板的約束作用，在筏板和墊層接觸面設(shè)置滑動層，為筏板混凝土變形提供自由空間，有效削減溫度應(yīng)力，最終達(dá)到控制危害性裂縫產(chǎn)生的目的?；瑒訉涌膳c防水卷材結(jié)合，采用預(yù)鋪反粘高分子防水卷材將墊層與筏板隔離開。

2)筏基因平面尺寸、厚度大，在筏基上表面、變截面、地坑、預(yù)埋件位置易產(chǎn)生應(yīng)力集中，應(yīng)采取措施抵抗溫度應(yīng)力，減小裂縫產(chǎn)生的風(fēng)險。

3)在筏基上表面設(shè)置直徑≥8mm HPB300抗裂鋼筋網(wǎng)片，參考樓板板中設(shè)置鋼筋網(wǎng)片的原則，在筏基中部設(shè)置抗裂鋼筋網(wǎng)片。由于筏基厚度大，一次性澆筑混凝土量大，混凝土絕熱溫升大大超過樓板混凝土。因此，筏板中部鋼筋網(wǎng)片應(yīng)適當(dāng)增大直徑，但同時也應(yīng)嚴(yán)格控制抗裂鋼筋網(wǎng)片保護(hù)層，避免混凝土保護(hù)層過小導(dǎo)致露筋或開裂。

4 實(shí)施效果

通過在核電站墻體、樓板、筏基上應(yīng)力集中部位增加抗裂措施，混凝土裂縫明顯較少，結(jié)構(gòu)質(zhì)量得到大幅度提升。實(shí)施效果如圖7所示。

圖7 抗裂措施實(shí)施效果

5 結(jié)語

工程實(shí)踐證明，在墻體、樓板、筏基應(yīng)力集中部位設(shè)置抗裂鋼筋網(wǎng)片和構(gòu)造筋對核電站混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生起到了顯著的抑制作用，取得良好效果。