后浇带封闭时间问题的研究

后浇带封闭时间问题的研究崔东东170吴献王佳叶军（沈阳建筑大学土木工程学院，辽宁沈阳，110168）[摘要]：在大体积混凝土施工过程中会经常使用后浇带，而后浇带的封闭时间对大体积混凝土的强度、质量等有很大的影响，如果后浇带的封闭时间掌握不好，将会引起大体积混凝土开裂等问题。

本文就国内外关于后浇带封闭时间的研究及发展做了一些综述。

[关键词]：后浇带；封闭时间；沉降量；沉降曲线；大体积混凝土后浇带[1]也称后浇缝，是在施工期间保留的临时性变形缝。

该缝根据具体条件，保留一段时间后，再进行填充封闭，后浇成连续整体的无伸缩缝结构。

后浇带按其作用可分为三类[2]：一是用于解决高层建筑主楼与低层裙房之沉降差的沉降后浇带；二是用于防止混凝土因温度变化拉裂而设置的温度后浇带；三是用于防止混凝土凝结收缩开裂而设置的收缩后浇带。

后浇带的封闭时间与许多因素有关，如后浇带的类型，施工工期等，如何确定封闭时间，从而在最有利的时间封闭后浇带，将对大体积混凝土的施工质量产生重要影响。

1 国内关于后浇带封闭时间的研究1.1 我国现行规范对后浇带封闭时间的有关规定后浇带在设计中得到广泛应用，但我国现行的规范、规程[3-7]对后浇带的尺寸、构造均有较详细的规定，然而对后浇带的封闭时间没有提出明确规定和要求，有的要求不少于2周、有的要求不少于6周、或不少于60天。

一般混凝土在浇筑一个月左右，完成收缩的40%，60天内完成收缩的65%，20年后完成收缩的98%[8]。

若提前封闭后浇带，由于后浇带混凝土不能完全释放收缩能力，将会导致裂缝的出现。

1.2 实际工程设计中对后浇带封闭时间的确定在实际工程中后浇带混凝土的浇筑时间应根据设缝目的及工程情况而定，而不是规定的14天、42天或60天后。

所有后浇带的后浇混凝土都必须在混凝土干缩基本完成后浇灌[9]，因此，人们主要根据对所掌握的沉降后浇带、收缩后浇带、温度后浇带混凝土干缩基本完成的经验时间来确定何时封闭后浇带。

由于规范条例的不明确，在实际工程设计中，对于后浇带混凝土的封闭时间大多根据经验设计，并没有成熟的理论支持。

1.3 有关后浇带封闭时间的经验设计研究根据后浇带的不同类型确定后浇带封闭时间：后浇带的类型不同，后浇带混凝土的浇筑时间也不同[10]：收缩后浇带视先浇筑部分混凝土的收缩完成情况而定，一般为施工后60天；沉降后浇带宜在建筑物基本完成沉降后进行混凝土的浇筑[11]；温度后浇带应在一年中的低温季节浇灌。

最有利的浇筑时间是在结构的沉降和收缩尽可能的充分释放后再进行后浇带混凝土的施工，这样才有利于充分发挥后浇带的应有作用。

根据沉降曲线确定后浇带封闭时间：如在文献[12]中提到的关于主楼和裙房的沉降后浇带，《全国民用建筑工程设计结构技术措施》第3.3.12条规定：如沉降观测记录在高层封顶时，沉降曲线平缓可在高层封顶1个月后封闭后浇带。

沉降曲线不缓和则宜延长封闭后浇带的时间。

对于如何确保沉降观测记录的准确性，机械工业部第二勘察研究院[13]总结出了一套为解决后浇带提前封闭提供可靠依据的沉降观测方法，认为当高层建筑剩余沉降量产生的变形能被基础底板消化时是提前封闭后浇带的最佳时间，一般情况下，施工高度超过主楼2/3时，可考虑封闭后浇带。

1崔东东，男，1984年11月，硕士在读，沈阳建筑大学土木工程学院，邮编：110168根据基础下面土层情况或基础类型确定后浇带封闭时间：当基础支承于基岩时，因沉降量小，可在缝两侧混凝土达到6星期龄期后浇筑；当基础支承于非基岩时，宜等主体结构完工，待沉降相对稳定后，再浇筑后浇带混凝土[14]。

若同为后浇沉降、温度、收缩带时，当高层采用天然地基，或以摩擦为主的桩基时，由于高层沉降量较大，应待高层主体结构完成后，再浇筑后浇带；当高层主楼基础座在卵石层或基岩上，或以端承桩为主的摩擦桩时，由于高层沉降量较小，可根据施工期的观测，确定在高层主体结构施工到一定高度时，浇筑后浇带；若收缩后浇带单独设置，浇筑混凝土的时间宜在设置后浇带后的两个月之后，这样估计可以完成混凝土收缩的60%以上；若温度后浇带单独设置，浇筑混凝土的时间宜选择在温度较低时，不要在热天补齐冷天留下来的温度后浇带[15]。

对于高层建筑基础的后浇带保留时间：仅用于控制温度和收缩应力的后浇带，保留时间不宜少于60天；对于箱形基础，保留时间还应满足在顶板浇筑完混凝土后至少14天[16]。

后浇带混凝土的浇筑时间的影响因素有许多，还要考虑不同水泥品种，不同水灰比，不同的温度条件养护的混凝土收缩完成的时间[17]，只有综合考虑各种因素，才能确定出适宜的后浇带混凝土浇筑时间。

1.4 有关后浇带封闭时间的计算理论研究通过计算混凝土收缩量来确定后浇带封闭时间：由于施工工期的要求，许多工程中要求提前封闭后浇带。

在文献《超长预应力混凝土结构后浇带现场应力监测试验研究》中讨论了后浇带提前封闭的安全性。

当结构中的构件产生变形运动时，构件之间、构件内部各质点之间都会产生相互影响，相互牵制，这就是“约束”。

构件本身各质点之间的相互约束作用称为“内约束”或“自约束”，配筋对混凝土构件的收缩是一种典型的“内约束”；而构件与构件之间的相互牵制作用被称为“外约束”。

而后浇带混凝土与先前浇筑的混凝土之间就是一种“外约束”。

结合实验数据，分析外约束对混凝土收缩的影响，文中以设后浇带的梁板结构为例，分析“外约束”对混凝土收缩的影响.如图1所示阴影部分表示后浇带，△1 、△2表示后浇带两侧结构自由状态下的缩量，△1/ 、△2/表示后浇带两侧结构在外约束作用下的真实收缩量，L 、L 1、L 2分别表示结构总长度及两侧混凝土结构的长度。

图1 结构分段后变形示意图各段协调变形后的最终收缩量计算公式如下：211212121/1))(()(1L L L L L L t E L L E s 212212121/2))(()(1L L L L L L t E L L E s +⋅--++∆+∆=∆ 式中：E s 为钢筋的弹性模量；E （t ）为t 时刻混凝土的弹性模量；t 为混凝土的龄期。

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》推导的结构被后浇带截断后，各段协调变形后的最终收缩量的计算公式计算得出的结果与通过试验获取的结果比较可知某些工程的后浇带提前封闭是安全的。

通过计算沉降值来确定后浇带的封闭时间：天津市南开区建设工程质量监督站的马卫生等[8]为解决后浇带封闭时间与工期之间的矛盾，他们综合考虑理论沉降量与实测沉降量的比值、实际加载量与建筑最终荷载的比值、沉降发展等因素，经地基基础优化设计，合理调整不同部位的沉降差，可以提前封闭沉降后浇带。

认为实测建筑沉降值达到理论计算值的30%~50%时，即可封闭后浇带，封闭后浇带的时间应综合考虑计算值和实测值的关系，并应以实测沉降为主要因素来确定。

通过计算结构沉降差与底板应力来确定后浇带的封闭时间：为解决后浇带的留置时间与施工工期这一矛盾，青岛理工大学的李成才[18]等以一个实际工程为例，结合沉降计算、沉降预测和有限元软件ABAQUS 分析结果，对沉降后浇带的留置时间给出了一定的指导。

他们通过采用弹性力学公式法及数值分析法（ABAQUS ）对地基沉降进行计算，其中弹性力学公式采用：)1(2EpB C S d d μ-= 式中 S d ——表面上的沉降量；P——均布荷载的量值；B——荷载面积的基准尺寸；E——弹性介质的杨氏模量；μ——泊松比；C d ——计算荷载面积的形式和计算沉降点的位置的参数。

在采用大型有限元分析软件ABAQUS 进行数值模拟中，地基岩体采用CPS8R 八节点平面应变实体减缩积分单元；筏板采用B22二次梁单元。

同时，为了反映筏板基础与地基土之间的法向和切向接触特性，采用了coulomb 接触面单元；同时为了反映沉降后浇带留置时间，采用了单元的生死功能。

对结果进行对比分析，研究结构沉降差与底板应力的变化情况，得出了后浇带封闭时间对筏板应力有影响的结论，这对沉降后浇带的留置时间提供了参考。

沉降预测是在一定观测基础上，绘制出沉降量随时间变化的曲线，然后提出数学模型，对曲线拟合。

拟合函数采用双曲线函数模型： s=a+b/t 。

通过研究不同厚度结构水化热温度曲线来确定后浇带封闭时间：西安建筑科技大学的硕士研究生袁昆在其学位论文[19]中，对于后浇带的封闭时间问题，他通过一个算例得出不同厚度结构的混凝土水化热温度对比曲线，如图2，从图中可以看出厚度不同时水化热温度的峰值相差很大，而不同厚度的结构水化热温度与周围的环境温度达到平衡的时间不同，因此，结构的厚度对后浇带的封闭时间有较大影响，但在不同的条件下，水化热温度的降温速率是不同的，因此，对于相同厚度的结构，封闭时间也是不同的。

图2 水化热温度厚度不同时对比曲线2 国外关于后浇带封闭时间的研究大体积混凝土的裂缝是由于混凝土结构内部温度的不同或其自身温度与周围环境温度的差异而导致的。

温度的不同使结构冷的部分的收缩大于热的部分的收缩，它们之间产生拉伸应力，当这种拉伸应力大于混凝土自身的抗拉强度时产生裂缝。

裂缝还产生于混凝土构件的连接部分，对于大体积混凝土，当其降温时，会受到连接部分的约束，从而导致裂缝的发生。

可见后浇带处是容易产生裂缝的区域，所以后浇带的封闭时间与混凝土的温度有关，即与新旧混凝土的温度应力关系有关。

由于混凝土的干缩，会使在施工缝附近出现拉伸应力，这可能会产生拉伸裂缝[20]。

对于温度与时间的关系，美国垦务局[21]于二十世纪三十年代提出了绝热温升与时间的指数经验公式。

关于混凝土的徐变与应力松弛，A.M.Nneville[22]等人的研究结果表明，达到最终徐变一半所需的时间总是大于松弛过程达到一半所需的时间。

瑞典勒欧理工大学的Matsmborg[23]等几位学者对早期混凝土的热应力及热裂缝做了较多的实验，提出了建立非线性粘弹性、粘塑性、应变软化基础理论模型，并编制了计算机程序。

通过分析认为：混凝土结构的裂缝控制要同时考虑温度场分布及早期混凝土力学性质的时间效应。

Francis A.Oluokum等人[24]研究了混凝土的早期强度随时间的变化规律，随后又研究了混凝土的粘弹性模量、泊松比、抗压强度与时间的关系。

加拿大的Daniel[25]等人以桥梁的混凝土防护栏为研究对象进行观测，用ACI规范中的公式计算外部约束，分析早期混凝土抗拉强度、松弛、收缩、温度随时间的变化，利用叠加原理积分计算混凝土总拉应力与时间的关系。

可以看出国外的这些研究对后浇带的封闭时间的计算有一定的指导意义。

3 结论通过对国内外关于后浇带封闭时间问题的研究发现，国内外缺乏对后浇带封闭时间的计算方法及相关试验研究。

就国内有关后浇带的相关规范而言，各规范关于后浇带的封闭时间没有一个统一的规定。