[摘要]东岭花园4-1作为超限高层混凝土结构集购物、休闲、娱乐、办公于一体，其建筑造型以及所处地理环境，因此，它的结构耐久性和耐久性设计就显得尤为重要。详细介绍了东岭花园4-1混凝土结构耐久性使用年限、环境分类及环境作用等级、混凝土及混凝土组分设计、钢筋保护层厚度、裂缝控制、施工要求

[关键词]混凝土结构耐久性；环境分类；作用等级；混凝土组分；钢筋保护层厚度；裂缝控制；施工措施

1、东岭花园工程概况

东岭花园4-1工程概况项目位于深圳市罗湖区黄贝岭村，毗邻黄贝岭公园，地理位置优越。宗地南邻深南东路，东接黄贝岭旧村改造04地块，北靠黄贝岭。项目为不规则地形，南侧地形相对平坦，东北侧地形较复杂，由北向南呈现从高到低的坡地。设计有 4层地下室，上接七层商业裙房。底盘上部设计1座 32层超高层塔楼，建筑高度142.3m。地下室柱距为8~11米，用途为地下车库，设备用房，商场。

本项目用地面积6750.61㎡，规定建筑面积57200㎡，其中商业29200㎡，办公28000㎡，容积率8.47，限高150m。

2、工程地质情况

2.1 地质条件

根据深圳市勘察研究院有限公司提供的《深业东岭花园4号地块项目岩土工程勘察报告》（详细勘察），拟建场地所在区域位于广东省珠江三角洲东南部，大地构造位置为高要—惠来东西向构造带中段南侧。区内从中生代燕山期花岗岩至第四系地层比较齐全，侏罗纪时有强烈的岩浆岩侵入。根据现场钻探揭露，场地内分布的地层为第四系人工填土层、第四系全新统冲洪积层、第四系上更新统冲洪积层、第四系残积层，下伏基岩为侏罗系凝灰岩。现将各岩土层工程地质特征自上而下分述如下：

2.2 人工填土层（Qml）

杂填土（层序号①）：褐黄、褐红色，主要由黏性土组成，局部不均匀含有碎石块、砖块等硬杂质，场地地表大部分地段残存较多拆迁旧建筑砖石、混凝土块，局部残留旧建筑混凝土基础，稍湿~湿，呈松散~稍密状态。杂填土堆积年限超过十年以上，已经完成自重固结。场区内所有钻孔均有揭露，揭露层厚1.30~5.00m。现场标准贯入试验7次，实测击数为4~6击，修正后击数为4.6击。

2.3 第四系上更新统冲洪积层（Q3al+pl）

粉质黏土（层序号②）：褐红、褐黄色，土质较均匀，局部粉细砂或中粗砂含量高，局部相变为黏土，干强度中~高、韧性中~高，呈可塑状态。在场地所有钻孔均有揭露，层厚2.60~8.00m，层顶埋深1.30~5.00m，层顶标高4.95~10.08m。现场进行标贯试验27次，击数10~16击，平均13击。

粉砂（层序号③）：灰黄色,砂粒为石英质，次圆状，分选性一般，局部含少量直径约50px的石英质卵石以及少量砾石,部分地段相变为中、粗砂，饱和，稍密状态。场地内除2、7号钻孔外其余钻孔均有揭露，揭露层厚0.40~4.80m，层顶埋深4.60~11.30m，层顶标高-0.53~4.80m。现场进行标贯试验10次，实测击数12~16击，平均13.9击。

含卵石砾砂(层序号④)：灰黄色，砂、砾石及卵石成分为石英，次圆~次棱角状，分选性较差，卵石直径一般2~100px，少量可达375px，含量约20%~50%，部分地段卵石富集相变成成卵石层。饱和，呈稍密~中密状态。场地内除1~3、5、12、17号钻孔外其余钻孔均有揭露，揭露层厚0.80~4.80m，层顶埋深6.80~13.50m，层顶标高-1.91~1.93m。现场进行标贯试验12次，实测击数13~17击，平均14.7击。

2.4 第四系残积层（Qel）

粉质黏土（层序号⑤）：褐黄、褐红色，由凝灰岩风化残积而成，矿物成份已全部风化成土，偶含少量石英砂砾，干强度中等，韧性中等，呈可塑~硬塑状态。本层在场区内所有钻孔均有揭露，揭露层厚1.40~17.50m，层顶埋深8.40~14.80m，层顶标高-3.70~4.48m。现场标准贯入试验20次，修正击数为14~27击，平均19.3击。

2.5 侏罗系凝灰岩(J)

场地下伏基岩为侏罗系凝灰岩，钻探深度内按其风化程度可划分为全、强、中、微四个风化带，具体分述如下：

全风化凝灰岩(层序号⑥)（）：褐黄色，岩石完全风化，矿物成份除石英外已全部风化成土，具微弱残余结构强度,岩芯呈坚硬土柱状。场地内所有钻孔均有揭露，揭露层厚1.90~8.00m，层顶埋深12.50~26.30m，层顶标高-14.04~-2.70m。现场进行标贯试验20次，击数32~48击，平均38.8击。岩体基本质量等级为Ⅴ级。

强风化凝灰岩(层序号⑦)（）：褐黄、灰褐色,岩石强烈风化,裂隙极发育,岩芯呈土柱状,局部底部呈半岩半土状,合金钻进较易。场地内所有钻孔均有揭露，揭露层厚4.60~16.40m，层顶埋深15.20~29.00m，层顶标高-16.74~-7.70m。现场进行标贯试验16次，击数均大于50击。属极软岩，岩体完整程度为破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级。

中风化凝灰岩(层序号⑧)（）：褐黄、灰褐色,裂隙较发育,裂隙面被铁锰质浸染,岩芯呈短柱状、扁柱状,局部较破碎，岩块较坚硬,合金钻进困难,金刚石钻进较易。分布于8、12~15、17~21号钻孔，揭露层厚0.70~5.40m，层顶埋深22.60~32.60m，层顶标高-23.77~-12.25m。属较软岩，岩体较完整，局部较破碎，岩石质量指标RQD为0~10%，岩体基本质量等级为Ⅳ级。

微风化凝灰岩(层序号⑨)（）：灰黑色,裂隙较发育~发育,裂隙面多被硅质充填、少量微张,岩芯呈短柱状，岩石硅化较明显，岩块较新鲜、坚硬,需金刚石方能钻进。分布于8、12~21号钻孔，揭露厚度（未揭穿）3.60~8.40m，层顶埋深22.00~34.50m，层顶标高-25.67~-14.25m。微风化凝灰岩为坚硬岩，岩体较完整，局部较破碎，岩体基本质量等级为Ⅲ级。

2.6地下水概况

场地内地下水主要接受大气降水补给，径流方向由西北向东南排泄。勘察期间测得稳定水位埋深2.40~7.60m，标高1.99~7.86m。场地地下水位受大气降水量的大小控制而变化，场地地下水位年变化幅度约为2.0~4.0m。

场地内地下水主要分为两类：①为赋存于第四系冲洪积粉砂及含卵石砾砂中的孔隙潜水，其含水性及透水性强，属富含水、强透水层；②为赋存于强、中、微风化带的基岩裂隙水，其含水量及透水性受基岩裂隙发育程度控制，属弱含水、弱透水性地层。其余各地层属弱含水、弱透水层或相对隔水层。

勘察期间测得稳定水位埋深2.40~7.60m，标高1.99~7.86m。场地内地下水在强透水性地层中对混凝土结构具弱腐蚀性，在弱透水性地层中对混凝土结构具微腐蚀性；对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。场地内地下水位以上土层对混凝土结构具微腐蚀性；对钢筋混凝土结构中钢筋具微腐蚀性；对钢结构具微腐蚀性。场地地下水位受大气降水量的大小控制而变化，场地地下水位年变化幅度约为2.0~4.0m。

3、东岭花园4-1耐久性设计

3.1耐久性设计使用年限

该项目的建筑设计使用年限为50年。现行的规范均按照50年的基准期编制，目前各种规范给出的荷载、材料性能，各种指标数据都是按照50年的设计基准期。混凝土结构的耐久性设计年限按照50年。

3.2环境分类及环境作用等级

根据《混凝土结构设计规范》混凝土结构的环境类别的界定，综合分析国家体育馆周边的环境条件及使用过程中的环境因素，可以判断该工程所处的环境类别为二a类。主要的环境的危害是由于碳化引起的钢筋锈蚀。

裙房、塔楼部分平面（右边属于裙房部分）

塔楼部分平面

地下四层~地下二层主要作为车库使用，封闭。首层作为车库架空，属于露天环境，二~六层裙房作为商业商铺，餐厅等，七~八层为电影院，封闭环境。九层部分作为种植屋面，上面覆土300mm.即八层以下全部作为封闭环境。九层屋面属于露天结构。地下室外墙及地下室底板，人工挖孔灌注桩所处环境地下水有弱腐蚀性，按照《工业建筑防腐蚀设计规范》采取最低混凝土强度等级来处理。

因此东岭花园4-1结构的环境状况大概分成三种：第一种地下室及二~八层以及塔楼内都是封闭的环境环境类别为一类。第二种裙房屋面，塔楼屋面及地下室顶板层属于非严寒和非寒冷地区的露天环境，环境类别为二a类。地下室四层底板，人工挖孔灌注桩基础，地下室外墙属于水位频繁变动的环境属于二b类。

按照《混凝土结构耐久性设计与施工指南》（CCES01-2004）在环境分类上更加明确。按照所处环境对钢筋和混凝土材料的不同腐蚀作用机理分为5类。同时按照环境作用对配筋（钢筋和预应力筋）混凝土结构侵蚀的严重程度分为6级。

参照《混凝土结构耐久性设计与施工指南》东岭花园4-1环境类别分都是属于I类环境，属于无冻融、盐、酸等作用的环境。主要损伤是碳化引起的钢筋锈蚀的一般环境。可以进一步将环境作用对于混凝土结构的侵蚀分为I-A级，I-B级，I-C级共三个级别。

I-A级：环境类别为I类，环境作用等级为A级，作用程度可以忽略。具体结构部位为地下室室内，二~八层裙房以及整个塔楼室内部分。

I-B级：环境类别为I类，环境作用等级为B级，作用程度轻度。具体部位是地下室顶板架空层部分，裙房屋面部分，塔楼屋面部分。地下室顶板架空层部分属于中、高湿度环境中的室内混凝土构件。裙房屋面属于与湿润土体接触的土中构件。

I-C级：环境类别为I类，环境作用等级为C级，作用程度中等。具体部位地下室底板，挖孔灌注桩，地下室外墙，由于地下水随季节性变化较大，定义为干湿交替环境。

3.3东岭花园4-1混凝土组分设计

混凝土及混凝土组分设计在耐久性设计中具有重要意义，一方面可以保证混凝土的耐久性品质；另一方面可以通过控制混凝土各组分，达到减小混凝土水化热，减小混凝土收缩，防止混凝土开裂的目的。

3.3.1 混凝土设计

混凝土设计主要包括：混凝土的强度等级、水胶比、胶凝材料的最大用量以及最小用量，混凝土中有害物质总量控制、混凝土特殊性能等。混凝土强度等级主要受力构件的混凝土强度等级不小于C30。其中地下室底板及承台的混凝土强度等级为C35。地下室外墙C35。二、三层地下室楼板的混凝土强度等级为C30。墙柱由于考虑到其强度的要求，底层的混凝土墙柱强度等级为C60。水胶比，在满足混凝土和易性前提下，综合考虑掺和料及外加剂等其他因素后，水胶比不大于0.5，宜配合水胶比小于0.5的混凝土。水泥用量（含掺和料）最小胶凝材料用量不得小于300kg/m3。单方混凝土中胶凝材料总量不得大于420kg/m3。避免使用碱活性骨料，若使用碱活性骨料时，混凝土各组分（含外加剂）中的氯离子含量小于胶凝材料重量的0.06%。混凝土特殊性能要求，基础底板、桩承台采用补偿收缩混凝土，抗渗等级为P10，地下室外墙的抗渗等级随着基础埋置深度的递减，抗渗等级亦递减。

3.3.2混凝土组分设计

混凝土中的水泥在整个结构中各个部位用处不尽相同，其中基础底板承台宜使用水化热比较低，耐蚀性，抗渗性较好的火山灰水泥。墙柱部分由于基本都是在室内的，可以使用硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥。控制指标：水泥中C3A含量小于8%；水泥细度小于350m2/kg；游离氧化钙小于1.5%；C3S的含量不宜过高。

粉煤灰，应该选用一级或者二级粉煤灰，控制烧失量、需水量比、三氧化硫含量、细度等指标；尽可能选用需水量比小且烧失量低的粉煤灰。粉煤灰掺量为胶凝材料的总量的20%~30%。

细骨料，选用含泥量小于1%的级配良好的中砂，严禁使用海砂。细度模数不宜小于2.6，同时满足《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》

粗骨料，控制含泥量小于0.7%，应进行人工级配优化，控制空隙率小于35%，压碎指标不大于7%，吸水率不大于2%，针、片状颗粒含量应小于5%，粗骨料粒径宜为20mm左右，不宜超过25mm,且不应超过保护层厚度的2/3。粗骨料同时应满足《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》。外加剂的选择与使用应该满足《混凝土外加剂应用技术规范》。混凝土拌制水，其质量应符合《混凝土拌合用水标准》，并严格控制水中的氯离子含量。纤维，在地下室外墙和地下室底板中考虑掺入一定量的纤维，有关技术指标应满足《纤维混凝土结构技术规程》中的规定。

3.3.3钢筋保护层厚度

《混凝土结构设计规范》规定：结构构件中钢筋外边缘至构件表面范围用于保护钢筋的混凝土。根据不同的部位及所处的环境类别，设计中对钢筋保护层的厚度要求如下：1）桩身主筋保护层厚度为70mm;2)基础底板底面主筋保护层厚度为50mm,顶面保护层厚度为20mm,地下室外墙（有防水层）外侧保护层厚度为30mm,内侧为20 mm。柱保护层厚度为30 mm，梁保护层厚度I-A为25mm,I-B保护层厚度为30mm。

3.3.4裂缝的控制

裂缝控制是东岭花园4-1项目耐久性设计的另一个重点。东岭花园4-1项目在裙房和塔楼部分从地下室顶板面上来后采用抗震缝脱开。在地下室顶板以下连接在一起，在地下室以下属于超长结构，大于了《混凝土结构设计规范》规定的结构类型设伸缩缝的最小长度。为此我们在地下室部分设置了两道1000mm宽的后浇带，其中塔楼与裙房交界处设置沉降后浇带，裙房部分由于超长设置伸缩后浇带，以减低温度应力。地下室底板采用双层双向钢筋布置原则，采用细而密的钢筋给予布置，规范规定的底板的钢筋间距不宜大于150mm。因此采用18@150,双层双向布置，应力集中的地方附加钢筋。地下室底板底部和地下室外墙的外侧的裂缝控制等级为三级，裂缝宽度需要控制在2mm之内。地下室底板采用盈建科有限元软件行进分析，裂缝控制不不到位的地方附加钢筋。地下室外墙采用理正工具箱计算。 3.3.5施工要求

混凝土施工主要考虑加强措施减少混凝土早期裂缝，另外是考虑加强混凝土早期浇筑、养护工作消除耐久性隐患。

基础底板和承台为大体积超长混凝土，施工单位需要编制详细可行的施工方案，并严格按照施工方案执行，确保底板大体积混凝土的质量。由于本工程的桩基是人工挖孔桩且桩径较大属于大体积混凝土。考虑灌注桩所处环境及耐久性要求，本工程的桩的混凝土强度等级为C40。混凝土灌注桩在施工的过程中应该严格控制混凝土入模温度。高温施工时，入模温度不应大于30度。混凝土内部预埋管道，进行水冷散热。混凝土的中心温度与混凝土表面温度差不得大于25度，表面温度与大气温度差不得大于20度，养护时间不得大于14d。

基础底板和承台的混凝土搅拌时间不得小于2min,在浇筑过程中分层浇筑，分层厚度不得大于500mm,并采用机械振捣。基础底板承台在施工过程中应该连续施工，尽量少留施工缝。在底板浇筑完毕后，浇筑面应及时进行二次抹压处理，减少表面收缩裂缝。

梁板柱混凝土浇筑属于非大体积混凝土浇筑后应该及时对混凝土进行养护，同时注意拆模的时间。当为悬臂构件时，拆模时间需要在混凝土强度达到设计强度的100%方可以进行拆模。板跨度在2<Ln≤8米时，混凝土强度需要达到设计强度的75%，方可以进行拆模。梁拱壳的跨度Ln >8米时，混凝土强度等级需要达到设计强度的100%方可以拆模。拆模顺序需要遵循先支后拆，先拆除非承重结构模板后拆除承重部分模板。这些措施都是为了消除混凝土耐久性的早期隐患。

参考文献

[1] GB50010-2010 混凝土结构设计规范

[2] GB/T 50476-2008混凝土结构耐久性设计规范

[3]JGJ3-2010 高层建筑混凝土结构技术规程

[4]CECS104:99高强混凝土结构技术规程

[5]CCES01-2004 混凝土结构耐久性设计施工与指南

[6]建筑工程裂缝防治指南

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