顶板与侧墙的抗裂配合结构、及顶板结构的抗裂施工方法与流程

本发明属于混凝土工程抗裂技术领域，具体来讲，涉及一种顶板与侧墙的抗裂配合结构、以及与该抗裂配合结构相适应的顶板结构的抗裂施工方法。

背景技术：

地铁车站等地下轨道交通及湖底隧道的顶板结构的结构形式基本类似，在实际工程中反映出的开裂情况均仅次于其对应的侧墙结构，同样是混凝土工程领域中的一个十分难以解决和克服的问题。顶板结构中混凝土的开裂形式以温度裂缝为主，即主要是在混凝土温降过程中，顶板结构中混凝土受到先浇筑的侧墙结构中混凝土的强约束，产生了收缩拉裂，尤其在大浇筑长度的情况下，顶板结构中混凝土的开裂问题十分严重。

目前减少顶板结构中混凝土开裂的方法主要从混凝土和施工设计两个角度入手。混凝土角度主要涉及添加具有膨胀和收缩补偿性能的添加剂、以及控制混凝土的入模温度和温度发展历程，从而降低混凝土本身的收缩和温度应力；施工设计角度主要涉及减小顶板结构的一次性浇筑长度，从而降低开裂风险。目前这两个手段是解决顶板结构中混凝土开裂问题的较为有效的手段，可以大幅缓解裂缝的程度，在二者相互结合的情况下甚至能够彻底避免顶板外观可见裂缝的产生，但通过已公开的研究资料显示，即使在二者相互结合的情况下，其开裂可控的浇筑长度亦不大于20m，不能有效地提高施工效率。

因此，现有针对顶板结构抗裂的技术仍需要进一步发展。

技术实现要素：

本发明的发明人在大量前期研究的基础上，为解决上述地下或水下顶板结构在超长连续浇筑情况下的开裂问题，结合混凝土材料和施工工艺，研发了一种尤其针对湖底隧道或地下轨道交通中的顶板与侧墙的抗裂配合结构、以及与该抗裂配合结构相适应的顶板结构的抗裂施工方法。该抗裂配合结构通过柔性防水层以及锚固件的设置，解决了相邻结构中混凝土因收缩带来的不良影响；而抗裂施工方法则既能从材料方面解决混凝土自身收缩的问题，又能从工艺方面解决混凝土收缩拉应力过大导致开裂的问题，从而保证了该抗裂配合结构大幅降低了顶板结构中混凝土的开裂风险。

为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种顶板与侧墙的抗裂配合结构，包括侧墙结构、顶板结构、锚固件、以及柔性防水层；其中，所述侧墙结构的顶面具有凹设的预留槽，所述顶板结构的侧端具有贯通的预留孔，且所述预留孔与所述预留槽一一对应；所述锚固件填设于所述预留孔与所述预留槽对位设置拼接形成的井槽内，以使所述顶板结构固定搭接在所述侧墙结构上；所述柔性防水层夹设于所述顶板结构的与所述侧墙结构搭接处的底面、与所述侧墙结构的顶面之间。

进一步地，所述预留槽的深度为0.2m～0.5m。

进一步地，所述柔性防水层的厚度为3mm～5mm。

进一步地，所述柔性防水层是以聚乙烯丙纶复合防水卷材、玻纤布沥青油毡、玻纤毡沥青油毡、sbs改性沥青卷材、pvc防水卷材、三元乙丙橡胶防水卷材中的任意一种为材料的柔性防水层。

进一步地，所述锚固件的顶面与所述顶板结构的顶面齐平。

进一步地，所述锚固件是以膨胀混凝土为材料的锚固件。

本发明的另一目的还在于提供了一种顶板结构的抗裂施工方法，用于消除在先浇筑形成的侧墙结构对在后浇筑形成的顶板结构的强约束；所述抗裂施工方法包括步骤：

s1、在浇筑所述侧墙结构时，在所述侧墙结构的顶部埋设柱状模板；其中，所述柱状模板外露于所述侧墙结构的顶面的高度不小于预浇筑的顶板结构的厚度；

s2、当所述侧墙结构的强度达标后，在所述侧墙结构的顶面铺设一层柔性防水层；

s3、在所述侧墙结构的上方浇筑形成所述顶板结构；其中，所述柱状模板外露于所述侧墙结构的顶面的部分贯穿所述顶板结构；

s4、当所述顶板结构终凝后，拆除所述柱状模板，由所述顶板结构的顶面延伸至所述侧墙结构的顶面的方向上形成井槽；

s5、对所述顶板结构进行保温保湿养护，待所述顶板结构达到28d龄期后，向所述井槽中浇筑膨胀混凝土形成锚固件，以将所述顶板结构固定搭接于所述侧墙结构上。

进一步地，在所述步骤s1中，所述柱状模板埋入所述侧墙结构混凝土的深度为0.2m～0.5m；所述柔性防水层的厚度为3mm～5mm，所述柔性防水层的材料选自聚乙烯丙纶复合防水卷材、玻纤布沥青油毡、玻纤毡沥青油毡、sbs改性沥青卷材、pvc防水卷材、三元乙丙橡胶防水卷材中的任意一种。

进一步地，所述柱状模板为可自由拆分的长方体柱。

进一步地，所述步骤s3中浇筑形成所述顶板结构的具体方法包括：在所述侧墙结构的上方搭设顶板结构施工模板；向所述顶板结构施工模板内浇筑顶板混凝土浆料的同时，预埋测试元件，以使所述测试元件固定于所述顶板结构的内部；其中，所述测试元件电连接于外部的在线监测设备。

进一步地，所述测试元件包括应变计和温度传感器。

本发明提供一种具有全新结构的顶板与侧墙的抗裂配合结构，通过其中夹设于顶板结构和侧墙结构之间的柔性防水层、以及填设于井槽中的锚固件，不仅解决了侧墙结构中混凝土因收缩拉应力过大对顶板结构中混凝土造成的不良影响，而且也避免了顶板结构中混凝土因自身收缩所带来的问题，该抗裂配合结构从而保证了顶板结构不开裂。

本发明提供的与该抗裂配合结构相适应的抗裂施工方法，即通过先设置井槽，继而用膨胀混凝土填充井槽以将顶板结构连接至侧墙结构上的方式，结合在侧墙结构顶面设置柔性防水层的施工方式，保证了在井槽内浇筑膨胀混凝土前，先行将后浇筑形成的顶板结构与先浇筑形成的侧墙结构隔开，使得顶板结构与侧墙结构处于自由的状态，可避免顶板结构浇筑后在早起收缩变形过程中受到侧墙结构的强约束而产生开裂；而后续通过向井槽中浇筑膨胀混凝土，再将顶板结构与侧墙结构二者连结成一体，稳固了顶板结构。本发明提供的抗裂施工方法，既保证了顶板结构在浇筑完成后早期应力的释放，又保证了后期顶板结构与侧墙结构的整体性，起到良好的抗裂技术效果。

附图说明

通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：

图1是根据本发明的抗裂配合结构的立体图；

图2是图1中抗裂配合结构在a-a方向的切面图；

图3是图1中抗裂配合结构缺少锚固件时在a-a方向的切面图；

图4是根据本发明的抗裂配合结构中侧墙结构在图1中a-a方向的切面图；

图5是根据本发明的抗裂配合结构中顶板结构的俯视图；

图6是图5中顶板结构在b-b方向的切面图；

图7是根据本发明的顶板结构的抗裂施工方法的步骤流程图；

图8～图12是根据本发明的顶板结构的抗裂施工方法中施工过程的结构示意图；

其中，1表示侧墙结构，11表示预留槽，1a表示侧墙结构的顶面；2表示顶板结构，21表示预留孔，2a表示顶板结构的侧端，2b表示顶板结构的底面，2c表示顶板结构的顶面；3表示井槽；4表示锚固件，4a表示锚固件的顶面；5表示柔性防水层；6表示柱状模板；7表示测试元件；8表示在线监测设备。

具体实施方式

以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。在附图中，为了清楚起见，可以夸大元件的形状和尺寸，并且相同的标号将始终被用于表示相同或相似的元件。

针对现有技术中所存在的湖底隧道或地铁车站等地下轨道交通的顶板结构受先浇筑形成的侧墙结构的强约束而产生开裂的问题，本发明的发明人在大量前期研究和经验的基础上，研发了一种能够使顶板结构中混凝土在早期变形阶段消除与侧墙结构中混凝土的强约束的顶板与侧墙的配合结构、并提供了相应的施工方法，即可克服这种强约束造成的顶板结构开裂的问题。

具体参照图1～图6，该抗裂配合结构包括侧墙结构1、顶板结构2、锚固件4、以及柔性防水层5。

具体来讲，侧墙结构的顶面1a具有凹设的预留槽11，顶板结构的侧端2a具有贯通的预留孔21，且预留孔21与预留槽11一一对应，从而能够对位设置拼接形成一个井槽3。锚固件4即填设于该井槽3内，从而使得顶板结构2固定搭接在侧墙结构1上。

柔性防水层5具体夹设于顶板结构的与侧墙结构1搭接处的底面2b、与侧墙结构的顶面1a之间。

一般而言，控制预留槽11的深度为0.2m～0.5m。

进一步地，柔性防水层5的厚度为3mm～5mm，柔性防水层5优选以聚乙烯丙纶复合防水卷材、玻纤布沥青油毡、玻纤毡沥青油毡、sbs改性沥青卷材、pvc防水卷材、三元乙丙橡胶防水卷材中的任意一种作为材料。

为了使锚固件4能够最大限度地将顶板结构2固定于侧墙结构1上，优选保持锚固件的顶面4a与顶板结构的顶面2c齐平，即锚固件4的大小与井槽3完全匹配。

一般而言，锚固件4是以膨胀混凝土为材料的块体。

由此，即一方面通过在顶板结构2与侧墙结构1的连接处之间设置柔性防水层5，解决了侧墙结构1中混凝土因收缩拉应力过大对顶板结构2中混凝土造成的不良影响；另一方面，通过采用锚固件4将顶板结构的侧端2a锚固在侧墙结构的顶面1a上的方式，也避免了顶板结构2中混凝土因自身收缩所带来的问题；这双重结构保障了顶板结构2不开裂。

基于上述顶板与侧墙的抗裂配合结构，本发明的发明人还提供了一种顶板结构的抗裂施工方法。

参照图7及图8～图12，本发明提供的抗裂施工方法包括下述各步骤：

在步骤s1中，在浇筑侧墙结构1时，在侧墙结构1的顶部埋设柱状模板6；如图8所示。

具体来讲，在埋设柱状模板6时，控制该柱状模板6外露于侧墙结构的顶面1a的高度不小于预浇筑的顶板结构2的厚度；换句话说，该柱状模板6的偏底部的部分埋设于侧墙结构1中，而偏顶部的部分则外露于侧墙结构1的顶端。

优选地，控制柱状模板6埋入侧墙结构1的深度为0.2m～0.5m。

柱状模板6的作用在于在侧墙结构1与之后浇筑形成的顶板结构2的连接处形成贯穿的井槽3，以将二者最终连结成一体结构；即该柱状模板6在后续的施工中将会拆除，该柱状模板6优选为可自由拆分的长方体柱。

在步骤s2中，当侧墙结构1的强度达标后，在侧墙结构的顶面1a铺设一层柔性防水层5；如图9所示。

具体来讲，柔性防水层5的厚度一般控制为3mm～5mm即可。

进一步地，柔性防水层5的材料可以是诸如聚乙烯丙纶复合防水卷材、玻纤布沥青油毡、玻纤毡沥青油毡、sbs改性沥青卷材、pvc防水卷材、三元乙丙橡胶防水卷材中的任意一种。

在侧墙结构的顶面1a设置柔性防水层5的施工方式，保证了将后浇筑形成的顶板结构2与先浇筑形成的侧墙结构1隔开，使得顶板结构2与侧墙结构1之间处于自由的状态，可避免在后浇筑形成的顶板结构2浇筑后在早起收缩变形过程中受到侧墙结构1的强约束而产生开裂。

在步骤s3中，在侧墙结构1的上方浇筑形成顶板结构2；如图10所示。

具体来讲，在浇筑顶板结构2时，即控制柱状模板6外露于侧墙结构的顶面1a的部分贯穿该顶板结构2。

更为具体地，顶板结构2的浇筑施工过程一般为：先在侧墙结构1的上方搭设顶板结构施工模板(图中未示出)，然后向顶板结构施工模板内浇筑顶板混凝土浆料，即完成了顶板结构4的浇筑。一般而言，在某一建筑结构混凝土的浇筑形成过程中，应进行其相关性能的实时监测，如应变指标和温度指标等，即要在浇筑顶板混凝土浆料的同时预埋相应的测试元件7，以使该测试元件7能够固定于顶板结构2的内部；同时，该测试元件7还应电连接于外部的在线监测设备8上，以对浇筑完成后的顶板结构2进行实时的监测。

测试元件7即包括应变计和温度传感器两大类。

在步骤s4中，当顶板结构2终凝后，拆除柱状模板6，由顶板结构的顶面2c延伸至侧墙结构的顶面1a的方向上形成井槽3；如图11所示。

图3即为图11中施工阶段延浇筑长度方向的切面示意图。

具体来讲，该井槽3即由凹设在侧墙结构的顶面1a上的预留槽11和贯穿顶板结构的侧端2a的预留孔21对接而成，即预留槽11与预留孔21一一对应。

在步骤s5中，对顶板结构2进行保温保湿养护，待顶板结构2达到28d龄期后，向井槽3中浇筑膨胀混凝土，形成锚固件4；如图12所示。

井槽3中浇筑的膨胀混凝土凝结后即形成锚固件4，用以将顶板结构2搭接在侧墙结构1上，即保证了侧墙结构1与顶板结构2连接成一体结构。

图2即为图12中施工阶段延浇筑长度方向的切面示意图。

一般地，膨胀混凝土的基础组分为普通混凝土，其中还包括膨胀剂，如氧化钙类膨胀剂；本领域技术人员参照现有技术中常规膨胀混凝土即可，此处不作特别限定。

如此，本发明一方面通过在侧墙结构1与顶板结构2的连接处铺设柔性防水层5，另一方面在二者连接处设置贯穿的井槽3用以后期浇灌膨胀混凝土形成锚固件4两种手段相结合的方式，先将后浇筑形成的顶板结构2与先浇筑形成的侧墙结构1隔开，使得顶板结构2与侧墙结构1处于自由的状态，可避免顶板结构2浇筑后在早起收缩变形过程中受到侧墙结构1的强约束而产生开裂；后续通过向井槽3中浇筑膨胀混凝土，固话形成的锚固件4再将顶板结构2与侧墙结构1二者连结成一体，用以稳固顶板结构2。该抗裂施工方法，既保证了顶板结构2在浇筑完成后早期应力的释放，又保证了后期顶板结构2与侧墙结构1的整体性，起到良好的抗裂技术效果。基于该种新型的抗裂施工方法能够对顶板结构2起到良好的抗裂效果，也可延长顶板结构2的一次性浇筑长度，大大提高了施工效率。

以下将结合本发明的发明人参与的具体工程来说明本发明的上述抗裂施工方法。

实施例1

某湖底隧道工程，侧墙设计尺寸为厚0.9m、单次浇筑长度28.0m，顶板设计厚度为1.0m，对应侧墙浇筑，本发明的上述技术在本工程中是这样实现的：

在侧墙结构的混凝土浇筑时，在侧墙结构的顶面埋设若干规格为0.4m×0.5m×1.6m的柱形立体模板，其0.4m×1.6m面侧墙厚度方向，相应地，其0.5m×1.6m面平行于侧墙侧表面，而0.5m×1.6m的两个面距离侧墙左右两个侧面的直线距离均为0.25m，柱形立体模板嵌入侧墙的深度为0.5m，即柱形立体模板嵌入侧墙结构的体积为0.4m×0.5m×0.5m。

侧墙结构的混凝土浇筑完毕后，柱形立体模板镶嵌于侧墙结构顶部，尚有0.4m×0.5m×1.1m的体积裸露在外。柱形立体模板沿侧墙长度方向每隔1.0m设置一个，单侧侧墙设置18个，两侧侧墙共设置36个。

当侧墙结构中的混凝土强度满足要求后，在侧墙结构的顶面铺设厚度为5mm的sbs改性沥青卷材，形成一层柔性防水层。

然后开始顶部结构施工模板搭设施工，并在顶板结构埋设具有温度补偿功能的振弦式应变计，可实现温度和变形的同步测试。

顶板结构中的混凝土浇筑完毕后，柱形立体模板尚有0.1m高度裸露在外。采用在线监测设备实时监测顶板结构混凝土温度和变形的性能变化。当混凝土终凝后，且混凝土仍处于温升阶段时，拆除柱形立体模板，由此，从顶板结构的顶面到侧墙结构顶部形成0.4m×0.5m×1.5m的贯穿的井槽。

在顶板结构上洒水保湿养护，并采用麻袋和土工布覆盖保温养护，保温保湿养护持续14d，但仍保持井槽位置的覆盖，避免杂物落入。

当顶板结构达到28d龄期后，观察混凝土的变形趋势，经测试，第30d～40d的顶板结构变形基本处于稳定状态，说明混凝土早期收缩已经完成。第41d时，采用掺加了氧化钙类膨胀剂的膨胀混凝土将井槽填充密实，当膨胀混凝土硬化后，即形成了锚固件，使得顶板结构和侧墙结构通过该锚固件形成牢固的连接。

在顶板结构龄期达到90d时，对顶板结构的裂缝进行观测统计，结果表明，未发现顶板结构出现裂缝。

为了体现本发明上述抗裂施工方法的抗裂效果，现提供一采用现有技术中的常规施工方法作为对比。

对比例1

在实施例1中的同一工程中，同时采用了常规的施工方法，即在顶板浇筑完毕且混凝土强度达标后，直接在侧墙结构上部浇筑顶板混凝土浆料，该混凝土浆料浇筑完毕且终凝后，在形成的顶板结构表面进行洒水养护，采用麻袋和土工布进行覆盖保温养护，养护持续14d，当撤除养护措施后，发现顶板结构出现部分裂缝，裂缝从侧墙部位开始，垂直于侧墙延伸。经观测，其中一侧的侧墙沿一端统计，分别在5.2m、8.5m、11.6m、13.0m、15.5m、17.2m、20.7m、24.3m处出现裂缝，到第28d时，对已出现裂缝进行了注浆封堵，到达90d龄期时，再对顶板结构的裂缝进行感测统计，发现又有3条裂缝出现。

通过对比实施例1中本发明提供的抗裂施工方法与对比例1中提供的现有常规施工方法，可以看出，本发明涉及的抗裂施工方法，有效地避免了顶板结构中的混凝土在早起收缩变形过程中受到侧墙结构的强约束而产生开裂的问题，当顶板结构早期收缩变形历程结束后，再将顶板结构与侧墙结构通过对井槽浇筑膨胀混凝土，使两者连接为一个整体，由于后期混凝土变形较小，不致于顶板结构再产生裂缝，实现长期的抗裂效果；而对比例1中的常规施工方法，由于侧墙结构为先浇结构，顶板结构在早期收缩变形时受侧墙结构中的混凝土的强约束，尤其在侧墙结构中的混凝土温降阶段，其自收缩叠加温度收缩，收缩变形较大，在强约束条件下出现裂缝，该种裂缝的特点比较鲜明，裂缝从顶板结构与侧墙结构的交接处发源，垂直于侧墙结构的方向延伸，裂缝的出现也较有规律，对比例1中的早期裂缝间距为3.3m、3.1m、1.4m、2.5m、1.7m、3.5m、3.6m，接近顶板结构两端的裂缝间距基本相当，靠近顶板结构中间应力较为集中的位置，裂缝间距相对缩小。在对比例1中，即使对早期裂缝进行注浆修补，但由于顶板结构与侧墙结构之间的应力无法彻底消除，在长期的发展中，混凝土内部应力将随着混凝土内部裂纹的扩展逐步释放，当裂缝扩展到一定程度时就又演变为外观可见的裂缝，因此，到第90d再进行观测时仍有新的裂缝被发现。

虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。

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