钢筋混凝土筏板基础受力裂缝控制验算探讨

DOI:10.16767/j.cnki.10-1213/tu.2019.03.094

钢筋混凝土筏板基础受力裂缝控制验算探讨

吕坚1

寇岩滔2

1.中国五洲工程设计集团有限公司；2.中国航空规划设计研究总院有限公司

摘要：总结了我国现行结构设计规范对于钢筋混凝土筏

板基础受力裂缝的计算要求和结构设计中采用的裂缝控制计算方法。针对由于控制受力裂缝宽度导致钢筋混凝土筏板基础的配筋明显增加的问题，分析了其原因，并给出了设计建议。

关键词：筏板基础；受力裂缝；裂缝宽度1

前言

混凝土结构正常使用极限状态的验算是混凝土结构设计的重要组成部分。GB50010—2010[1]《混凝土结构设计规范（2015年版）》第3.4.1-3条规定：“混凝土结构构件应根据其使用功能及外观要求，按下列规定进行正常使用极限状态验算：对允许出现裂缝的构件，应进行受力裂缝宽度验算”。GB50007—2011[2]第3.0.5条规定：“地基基础设计时，所采用的作用效应与相应的抗力限值应符合下列规定：当需要验算基础裂缝宽度时，合”。JGJ94—2008[3]

应按正常使用极限状态下作用的标准组

《建筑桩基技术规范》第3.1.6和3.1.7条规定：“应根据桩基所处的环境类别和相应的裂缝控制等级，验算桩和承台正截面的抗裂和裂缝宽度；当进行承台和桩身裂缝控制验算时，应分别采用荷载效应标准组合和荷载效应准永久组合。”依据上述规定，对于钢筋混凝土筏板基础，结构设计中需要处理裂缝宽度控制的问题。

2裂缝控制验算方法及存在的问题

根据《混凝土结构设计规范》第3.5.2和3.4.5条，对于筏板基础通常所处的二a、二b、三a、三b类环境，钢筋混凝土筏板结构的最大裂缝宽度的限值为0.2mm。裂缝宽度的验算采用《混凝土结构设计规范》第7.1.2条的计算方法，其中受力钢筋保护层厚度按《建筑地基基础设计规范》第8.2.1-3条的如下规定取值：40mm；无垫层时不应小于70mm”；计算受拉钢筋的等效应力σ部位荷载准永久组合的最大弯矩。

s时采用筏板基础相应按照上述裂缝控制验算方法，对于目前推广采用的HRB400及更高屈服强度的钢筋，8.5.2经试算，除按《混凝土结构设计规范》筋率可适当降低，条——“卧置于地基上的混凝土板，但不应小于0.15％”控制设计的情况外，板中受拉钢筋的最小配为了满足裂缝控制的要求，通常钢筋混凝土筏板基础需配置比受弯强度计算结果大得多的钢筋[4]。这一方面增加了工程造价，同时高强钢材的强度也没有得到充分的发挥。欧美发达国家已普遍推广采用屈服强度500MPa以上的高强钢筋，而由于裂缝宽度限值的原因，按我国现行规范进行设计，屈服强度400MPa的钢筋的强度都不能得到充分的利用。33.1问题分析

关于筏板基础的钢筋应力

对于已经建成的箱形基础、筏形基础、桩筏基础和桩箱基础，我国的科研和工程设计人员从20世纪70年代开始对其中钢筋的实际应力展开了大量的测试工作，实测结果显示，实际工作状态下基础底板中钢筋的应力无一例外地远小于钢筋强度的设计值，30Mpa实测的钢筋应力一般均不超过我们所采用的地基基础设计方法与基础的实际工作状态有较大。对比计算的钢筋应力和实测的钢筋应力可以看出，70Mpa，很多情况都小于目前出入，甚至可以说有些根本不反映基础的实际受力状态[5]。箱形、筏形基础中计算的钢筋应力与实际情况存在巨大偏差主要有三方面的原因：（1）因为计量困难，一些实际上有很大影响的客观因素被忽略了；（2）设计考虑的工况与实际测试时的工况有较大差异；（3）为了便于计算，引入的计算假定和边界条件过于简化。对于上述三方面的因素，学术界和工程界目前还缺少系统的、定量的分析和测试，对于各个因素是否有影响以及影响程

度的大小，都没有获得广泛认可的清晰、完整的解答。定性的分析可以得到：（1）基础设计时采用的计算方法，适用于构件跨度远远大于构件截面的情况，由于基础的跨度并不是远远大于其厚度，荷载传递过程中拱作用明显，部分荷载是通过拱的作用传递到支座的，与假定的受弯模式不符；（2）基础底面与地基土之间实际存在但难于计量的水平向摩擦力对基础构件的变形起到了限制作用，减小了基础构件的内力；（3）计算时假定地基的反力是均匀的，但实际工作条件下，柱、墙等基础支座位置的反力比平均值大很多，而基础梁和板的跨中内力和变形比计算值小很多；（4）没有很好地考虑基础底板与上部结构的协同工作，考虑协同工作时，基础底板只是整个受力体系的“翼缘”，而在没有考虑协同工作的计算模型中，基础底板作为单独的梁（板）构件承担了全部的荷载；（5）基础底板的扭转刚度在计算中未予以考虑，理论分析及试验均表明，在荷载作用下，双向板的抗弯刚度和抗扭刚度共同抵抗板的变形，抗弯刚度和抗扭刚度的大小在数值上接近，由此可知，只按弯曲计算得到的双向板弯矩和挠度比实际的值大约会偏小50%左右；（6）钢筋混凝土构件中，未开裂的混凝土和钢筋共同承受拉力，与计算中拉力全部由钢筋承担的假定存在差异。除了上述导致筏板基础中钢筋应力实测值小于计算值的主要原因外，文献5详细分析了其它影响因素，并进一步分析得出结论：与共同工作3.2[5]

最大的影响因素，是没有考虑上部结构参

。

《混凝土结构设计规范》关于受力裂缝宽度的验算公式

第7.1.2条的裂缝宽度计算方法，是根据简支梁的受弯试验研究得出的，该计算方法并不适用于双向受弯构件，规范条文说明中也提到：“对沿截面上下或周边均匀配置纵向钢筋的构件裂缝宽度计算，作明确规定……”[1]

研究尚不充分，本规范未

。由此可见，对于双向受弯的筏板，规范给出的裂缝验算方法是不适用的。而且，混凝土构件的裂缝宽度，与构件的耐久性并无确定的联系，钢筋混凝土构件中的钢筋配置过多，使混凝土不易振捣密实，影响了混凝土的密实度，反而对

耐久性不利3.3受力裂缝与其它原因产生裂缝的关系

[6]

。

导致筏板基础出现裂缝的原因主要有两类：一是荷载作用产生的受力裂缝；二是由于温度变化、混凝土收缩和不均匀沉降等引起的结构变形受到限制而产生的裂缝。对于工程实践中混凝土结构产生裂缝原因的调查表明，20%荷载作用导致的裂缝约占裂缝的产生，，变形受到限制而产生的裂缝约占荷载作用并不是主要的原因，80%而且规范中规定的受。对于混凝土结构力裂缝宽度的计算方法适用范围有限，裂缝宽度和钢筋保护层厚度对结构耐久性的影响程度有待于进一步研究，裂缝对钢筋的承载力没有影响，同时考虑到基础是隐蔽工程，基础的裂缝也不会给使用人员以不安全感。基于上述原因，要求精确计算筏板基础的裂缝宽度，并予以严格的限制就没有太大的意义，在现有的、不完善的裂缝控制技术条件下，合理的概念设计、工程实践经验、构造措施和保证施工质量是控制裂缝的主要手段[7]。4设计建议

综上所述，对于筏板基础这样卧置于地基上的双向受力构件：（1）在荷载作用下，裂缝计算的方法研究尚不充分；（2）钢筋的实测应力远远小于计算值，基础设计方法与基础的实际工作状态有较大出入；（3）对于裂缝的产生，荷载因素与温度、收缩、不均匀沉降等因素相比，属于次要原因；而温度、收缩、不均匀沉

（下转第136页）

133《建筑地基基础设计规范》“当有垫层时钢筋保护层的厚度不应小于绿色环保建材

减小阳光直射，增加混凝土仓的湿度，减少仓内的温度回升和湿度损失；第二，做好混凝土仓的保温覆盖工作，当有阳光直射和遇到大风天气时，选择保温材料来对混凝土仓进行覆盖，一般选择的是可收卷式的面料；第三避开高温时间浇筑，高温天气会加大混凝土的内外温差，因而选择温度适宜的季节或夜间进行浇筑，如：4月至5月；第四，保证混凝土入仓的强度，缩短不同层间的间歇时间；第五，及时保湿养护，在终凝后要及时进行保湿养护，减少内外温差。

3.3做好通水冷却坝体混凝土工作

因地制宜的根据碾压混凝土重力坝所在地的气候条件，严格按照温控标准来选择和铺设冷却水管以及通河水冷却坝体混凝土。冷却水管材料的选择和铺设要严格按照新调整后的温控标准，选用密聚乙烯塑料管(HDPE)，并进行预埋工作。

其中要注意标记冷却水管的进出口，保证冷却水按照正确方向进行流动。通水冷却要严格按照施工要求，冷却水和混凝土之间的温差要控制在20℃以内，等上一层混凝土浇筑3天后通河水进行冷却，通水速度大于0.6m/s,以25天为一个冷却时段，连续通水，当碾压混凝土重力坝的温度回升至35℃后接着下一个时段的通水冷却工作。在进行通水冷却时，要保证混凝土在一天之内降温小于1℃和保证坝体冷却均匀，每天改变一次通水冷却方向。最后完成冷却工作后要对割去的冷却水管的混凝土表面进行灌浆回填。（上接第133页）

4结束语

碾压混凝土粉煤灰的比例大，水泥用量较小，因而使得碾压混凝土的绝热温升较低，而水化热温升速度比较缓慢，这就进而导致了温峰时间的推迟和峰值的降低，使得碾压混凝土具有较高的抗裂强度。在此基础上协调做好砂石料和运输系统的遮阳工作和拌和系统的冷却工作、混凝土仓内的温控工作、通水冷却坝体混凝土工作能够有效的预防和减少裂缝的出现，保证碾压混凝土重力坝的施工质量。

参考文献：

[1]龚曙光.ANSYS操作命令与参数化编程[M].北京:机械工业出版社,2004.

[2]刘涛,杨凤鹏.精通ANSYS[M].北京:清华大学出版社,2002.

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[3]黄君宝.大体积混凝土温度场应力场仿真方法研究[D].天津:天津大学,2005.

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[5]刘海成等.碾压混凝土坝温度应力理论研究的进展[J].人民长江,2005(7):60~62.

降等因素对裂缝的影响在目前的计算中均无法合理、准确的考虑，在主要矛盾依靠概念、构造设计解决的情况下，过分强调计算精度很低的次要矛盾没有实际意义。对于结构设计中遇到的筏板基础的受力裂缝控制建议如下：

（1）对于卧置于地基上的筏形基础的梁、板构件无需验算其

[8]

裂缝宽度。

（2）由于对规范的理解和把握的尺度不同，有的施工图审查单位要求在结构计算书中提供筏板基础的裂缝计算宽度，而很多结构设计软件也能给出其裂缝宽度，但这种数据的可靠性是

[6]

值得怀疑的。

（3）重视工程实践中积累的行之有效的概念设计方法和构造措施，保证施工质量[7]。

（4）加强关于筏板基础的设计方法和钢筋混凝土构件裂缝宽度验算方法的基础研究工作，对于裂缝宽度的要求过于严格，会导致钢筋用量不必要的增加，限制了高强钢筋的应用，影响经济性的同时，也不利于节能、环保。参考文献：

[1]GB50010—2010.混凝土结构设计规范(2015年版)[S].（上接第134页）

[2]GB50007—2011.建筑地基基础设计规范[S].[3]JGJ94—2008.建筑桩基技术规范[S].

[4]滕勇强,薛文博,王弘禹.筏板基础裂缝宽度计算探讨[J].低温建筑技术,2006(2).

[5]赵锡宏,陈卫.影响基础底板钢筋应力计算值的原因综合分析[J].建筑结构,2006(10).

[6]程懋堃.关于规范修订的几点建议[J].建筑结构,2009(12).[7]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.

[8]北京市建筑设计研究院.建筑结构专业技术措施[M].北京:中国建筑工业出版社,2007.

作者简介：吕坚（1981—）男；汉族；内蒙古通辽市；硕士；中国五洲工程设计集团有限公司；高级工程师；建筑结构工程设计。

寇岩滔（1981—）女；汉族；辽宁省盖州市；硕士；中国航空规划设计研究总院有限公司；高级工程师；建筑结构工程设计。

石棱角高于自密实混凝土顶面5cm~15cm。在堆石混凝土的层

间一般不紧张凿毛操作，但需对其表面的浮渣和水进行清除，如

2

果自密实混凝土的平整面大于0.5m，就需要在混凝土终凝之后用高压冲毛机对施工缝进行冲毛。

（2）设置模板。本工程使用的是外撑式悬臂式大钢模，采用螺栓连接。模板的强度和刚度都比较高，能够对自密实混凝土产生的外侧压力进行抵御，模板板间缝隙不足2mm，并且中间有海绵条，避免漏浆问题的发生。在进行堆石操作时，要尽可能的选择粒径小的块石，与模板保持50cm的距离。

（3）制备混凝土。在确定好混凝土调配比例之后，需要按照要求在自密实混凝土入仓之前对其进行普通混凝土性能检验，同时还要对其扩展度、含气量、V漏斗时间和坍落度等进行检验。石沟水库工程中自密实混凝土的性能如下：扩展度680mm~730mm、含气量3.1%、坍落度265mm~280mm，其自密实性能的稳定性在2小时以上。

（4）浇筑控制。在自密实混凝土入仓之前，要进行连续浇筑，防止出现冷缝。如果堆石混凝土浇筑的面积比较大，就要选择垂直浇筑面的对角线，按照“Z”字型布局进行浇筑，按照距离

[3]

输送泵由远及近的顺序进行浇筑，严禁重复浇筑。每个浇筑点的范围不能超过9平方米，在完成一个浇筑点的浇筑之后将混凝136土输送管拆除，然后对下一个浇筑点进行浇筑，并保证混凝土能

够连续流动，将空隙填充完全。

（5）后期检验。其耐久性测验结果显示：满足90d抗压强度20MPa、抗冻F150和抗渗W6的设计力学性能；预埋孔密度检验：孔内缺陷面积小于5%，满足要求；堆石混凝土检测：空隙率

3

是2.43%、容重为2564kg/m，满足设计要求。5结束语

综上所述，对于水利工程施工来说，堆石混凝土技术是一项专业化程度较高的技术手段。在水库施工中应用堆石混凝土技术，能够在保证施工质量的基础上，更加快速的完成施工作业，进而起到缩短工期，降低施工成本的作用，有利于提高水库施工在综合效益，值得被推广使用。参考文献：

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[3]陈景富,王永海.堆石混凝土在安徽大龙潭大坝加固中的应用[J].水科学与工程技术,2013(1):57~59.