某工程地下室剪力墻裂縫的原因分析及處理

崔淑梅 趙志新

隨著經(jīng)濟的發(fā)展,高層建筑發(fā)展迅速,高強混凝土在高層建筑的地下室中應用越來越普遍。由于高強混凝土水泥用量大,水泥強度等級高,再加上有些地下室剪力墻長度比較大,約束較大,因此在地下室外墻鋼筋混凝土施工中裂縫較為多見。下面結合一個工程實例來談談高強混凝土地下室剪力墻裂縫的產(chǎn)生原因及控制措施。

1 工程概況

某酒店工程位于海邊,距離海灘300 m左右。酒店為地上12層,地下3層,總建筑面積為23 500 m2。該建筑結構為框剪結構,筏板基礎;位于海邊旅游區(qū)內(nèi),防護林邊上,施工場地狹小;為深基坑工程,深度為11 m;地下室的防水等級為Ⅱ級。

該建筑地下室剪力墻長度較長為60 m。使用的商品混凝土設計強度為C55,抗?jié)B等級為S8,坍落度為140 mm～160 mm。

2 施工情況

地下室外墻施工嚴格按照施工規(guī)范要求進行澆筑,支模完成后以后澆帶為界分三次澆筑完畢。施工日期為7月份,氣溫較高,最高溫度為30℃,最低溫度為18℃。因為靠近海邊,濕度較大,沒有采取特別措施進行養(yǎng)護。

3 拆模后裂縫情況

地下室外墻拆模后發(fā)現(xiàn)裂縫較多,裂縫位于兩柱距之間的墻上,分布較均勻,間距為0.5 m～1.5 m,裂縫方向基本上垂直分布,高度約為2 m～3.5 m,部分為貫通裂縫,橫向沒有裂縫。

由于剪力墻拆模時,上部結構尚未建成,荷載不大,并且通過觀測地基尚未變形,因此斷定該裂縫屬于非結構性裂縫,對結構的安全性影響不大。但是因為本工程靠近海邊,地下水位很高,所以對防水造成很大的影響,嚴重影響地下室的使用。

4 混凝土早期裂縫的類型及其產(chǎn)生的原因[1]

4.1 溫度裂縫

1)水化熱產(chǎn)生的溫度裂縫。大量的水化熱聚集在混凝土內(nèi)部而不易散發(fā),導致內(nèi)部溫度急劇上升,而混凝土表面與外界環(huán)境接觸,散熱較快,這樣就形成內(nèi)外的較大溫差。由于熱脹冷縮的關系,較大的溫差造成內(nèi)部與外部熱脹冷縮的程度不同,內(nèi)部混凝土的膨脹受到外部混凝土的約束,從而使混凝土表面產(chǎn)生拉應力。當拉應力超過混凝土的抗拉強度極限時,混凝土表面就會產(chǎn)生裂縫。2)外界溫度驟變引起的溫度裂縫。在混凝土的施工中當環(huán)境溫差變化較大,或者是混凝土受到寒潮的侵襲時,會導致混凝土表面溫度急劇下降,而產(chǎn)生降溫收縮,表面收縮的混凝土受內(nèi)部混凝土的約束,將產(chǎn)生很大的拉應力而產(chǎn)生裂縫,這種裂縫通常只在混凝土表面較淺的范圍內(nèi)產(chǎn)生。

4.2 干燥收縮裂縫

混凝土的干燥收縮裂縫是硬化前的新拌混凝土在凝結過程中因表面水分蒸發(fā)而引起的裂縫。混凝土受到外部條件的影響,表面失水會產(chǎn)生收縮,當收縮受到基礎或者內(nèi)部約束時將產(chǎn)生拉應力,該拉應力超過混凝土抗壓強度時便會產(chǎn)生干燥收縮裂縫。常見于澆筑后混凝土構件的外露表面,在干熱或大風天氣出現(xiàn)。裂縫多為表面性,呈中間寬、兩端細且長短不一的平行線狀或網(wǎng)狀形式,寬度多在0.05 mm～0.2 mm之間,互不連貫。大體積混凝土中平面部位多見,較薄的梁板中多沿其短向分布。

4.3 強約束引起裂縫

約束是對結構構件活動和變形的制約,約束分為內(nèi)部約束和外部約束。當墻體混凝土收縮變形產(chǎn)生內(nèi)應力,若外約束很強,產(chǎn)生的內(nèi)應力不能造成約束變形時,則墻體混凝土出現(xiàn)開裂。尤其是早期混凝土容易開裂,因為混凝土早期抗拉強度較低。墻體的最大外約束應力一般都產(chǎn)生在外約束的邊緣,即墻體與柱、筒體、基礎、底板、梁等交接處。但實際裂縫并非在墻與約束體的交接處,而是離開0.3 m～0.5 m,其理由是裂縫由約束產(chǎn)生,反過來約束又能推遲裂縫的出現(xiàn)和限制裂縫的擴展,這就是人們常說的“模箍作用”。

4.4 建筑物的形體及結構構件斷面對墻體裂縫的影響

框架柱斷面大,墻板厚度小,柱墻連接斷面變化大,不利于防止墻體裂縫,其原因除了柱墻混凝土水化熱產(chǎn)生溫差收縮變化和大柱子給墻板增加約束造成墻體裂縫以外,還因框架柱是高層建筑主要傳力構件。基礎以上的所有荷重全部由柱子、筒體傳給基礎、基巖,當?shù)鼗霈F(xiàn)沉降或基礎壓縮下沉時,墻體在基礎邊緣部位產(chǎn)生剪力,導致裂縫出現(xiàn)。

4.5 其他原因產(chǎn)生的裂縫

構件在制作、脫模、運輸、堆放、吊裝過程中,由于各種原因而產(chǎn)生縱向、橫向、斜向、豎向、水平、表面或貫穿的各種裂縫。

5 本工程產(chǎn)生裂縫的原因分析

1)本工程地下室外墻采用C55 S8泵送商品混凝土,采用礦渣水泥,水灰比為 0.39,水泥用量為460 kg/m3,砂用量為607 kg/m3,石子用量為1 034 kg/m3,外加劑膨脹劑UEA-D為44 kg/m3。為追求可泵性,一般水灰比都偏大且骨料粒徑偏小。骨料粒徑偏小不利于制約混凝土的收縮。2)當時施工期間正值夏季,氣溫較高,容易使混凝土失水收縮。3)本工程墻體較長,約為60 m,而高度只有3.5 m,長寬比較大,配筋率較高,所以在水平方向上受的約束作用很大。混凝土的收縮使混凝土處于受壓狀態(tài)。由于約束的作用,反而使混凝土處于受拉狀態(tài),當對混凝土產(chǎn)生的拉應力大于混凝土的抗拉強度時,就出現(xiàn)裂縫。而水平方向上因墻體高度不大(相對于水平長度而言),混凝土的收縮變形較小,且上部無約束作用(上面的梁板還沒有澆筑),僅為豎向配置的鋼筋對其有約束,所以不會在水平方向上出現(xiàn)裂縫。

6 裂縫處理措施

由于本工程地下室墻體出現(xiàn)不規(guī)則細小裂縫,部分為貫穿性裂縫,存在漏水隱患,故采用某品牌聚合物改性水泥基防水灰漿涂刷2.00 mm厚。

6.1 基層處理

1)基層表面要求平整、堅實,無尖銳角、浮塵和明水,對于基層上的油污、脫模劑、油漆等妨礙滲透的物質,必須清理干凈。2)基層的陰角部位應用聚氨酯密封膠進行25 mm×25 mm倒角處理。3)凡和基層相連接的管/構件必須牢固,接縫嚴密,不允許有松動現(xiàn)象。

6.2 施工工藝流程

1)基層清理→細部附加處理→第一遍涂膜→第二遍涂膜→…→面層涂膜→防水層第一次試水→保護飾面層施工→防水層第二次試水→工程質量驗收。2)防水材料的操作工藝:首先對管根、陰陽角等易發(fā)生漏水的部位增加一層增強處理。細部節(jié)點處理完畢并且涂膜干燥后,進行第一道大面涂層的施工。涂刷時要均勻,不能有局部沉積,并要多次涂刷使涂料與基層之間不留氣泡。在第一道涂層充分固化后,進行第二道涂層的施工,涂刷的方向與第一道垂直,干燥后再涂刷下一道涂層,直到達到設計厚度。涂膜收頭時應采用防水涂料多遍涂刷,以保證良好的防水效果。3)防水層的驗收:施工時應邊涂刷邊檢查,發(fā)現(xiàn)缺陷及時修補,現(xiàn)場施工員、質檢員必須跟班檢查。檢查合格后方可進行下一道工序的施工。

實踐證明,此種方法的防水效果良好。

高強混凝土的應用越來越普遍,控制裂縫是一個關鍵問題。它受設計、施工、材料及環(huán)境等多方面因素的影響,只要我們從設計到施工每個環(huán)節(jié)都采取妥善措施,高強混凝土的裂縫問題就可以得到解決,從而保證混凝土的強度及耐久性。

[1] 陳肇元,崔京浩.鋼筋混凝土裂縫機理與控制[J].工程力學,2006(23):86-107.

[2] Erika Holt.Early Age Autogenous Shrinkage of concrete[D].University of Washington,2001:2.

[3] 陳海英.混凝土裂縫的原因分析與防治措施[J].山西建筑,2008,34(2):157-158.