某地下室頂板裂縫成因分析

侯高峰 彭建和 凌建璋

1 工程概況

某建筑工程由六棟住宅樓和一個(gè)整體地下室工程組成，基礎(chǔ)均為人工挖孔樁基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為全現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)，地下室架空部分為框架結(jié)構(gòu)，其中地上34層，地下1層，總高度98.9 m?？偨ㄖ娣e為133 829 m2，其中地下建筑面積為15 863 m2，地上建筑面積為117 967 m2。地下室軸線平面尺寸為138.22 m×125.22 m，未設(shè)置伸縮縫，但在縱、橫方向各設(shè)兩道后澆帶(后澆帶為折線狀)。

2 地下室頂板無損檢測及裂縫開展情況

2.1 頂板無損檢測情況

本工程地下室頂板混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級為C30，厚度為250 mm。現(xiàn)場采用無損檢測方法對裂縫區(qū)域內(nèi)的鋼筋混凝土施工質(zhì)量進(jìn)行抽檢，結(jié)果表明:1)抽檢的地下室頂板混凝土強(qiáng)度推定為34.2 MPa～38.4 MPa，滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級C30的要求。2)抽檢的現(xiàn)澆板板底縱橫兩個(gè)方向的鋼筋間距基本滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范［1］要求，保護(hù)層厚度合格點(diǎn)率為80.3%。3)抽檢現(xiàn)澆板的厚度基本滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

2.2 頂板裂縫開展情況

利用直觀量測、拍照和描繪的方法普查地下室頂板混凝土裂縫外觀形態(tài)及寬度，并選取有代表性的裂縫騎縫鉆取芯樣，觀察現(xiàn)澆板裂縫上下開展的形態(tài)。經(jīng)普查，該工程地下室頂板裂縫的主要特征表現(xiàn)為:

1)地下室頂板裂縫數(shù)量多(共發(fā)現(xiàn)數(shù)百條裂縫)、分布廣，有些裂縫與頂梁相接，或單跨或連續(xù)多跨穿過混凝土頂梁，部分裂縫與剪力墻相接。

2)從裂縫的形態(tài)上看，主要有:a.斜向裂縫，主要沿45°對角線分布，在柱邊或梁邊有一條或多條呈放射狀，裂縫長度為單跨或連續(xù)多跨;b.裂縫平行于墻或主、次梁分布，有時(shí)離梁邊較近，有時(shí)居于板跨中間;c.裂縫與梁邊成45°角切角裂縫，部分裂縫會呈現(xiàn)多道平行裂縫;d.洞口處裂縫;e.其他無明顯規(guī)則裂縫。

3)從板厚的方向來看，絕大多數(shù)裂縫已經(jīng)貫穿現(xiàn)澆板，從頂板底部向上觀察，基本都有滲水或滴水現(xiàn)象，部分裂縫底部有白色或者淡黃色析出物。結(jié)合騎縫鉆取的芯樣可見，裂縫大多是貫穿縫，也有部分裂縫并未貫穿現(xiàn)澆板，板面裂縫縫寬約在0.10 mm～0.25 mm，板底裂縫縫寬約在 0.05 mm ～0.20 mm，極少數(shù)裂縫超過0.30 mm，裂縫主要表現(xiàn)為裂縫板面大板底小或者裂縫寬度無明顯變化。

4)從建筑平面上來看，頂板裂縫在整個(gè)平面基本都有分布，但頂板西北角及中部區(qū)域裂縫較多，見圖1，圖2(其中中間黑色實(shí)線條表示裂縫，圖中標(biāo)注f為裂縫寬度，單位為mm)。

圖1 西北角處頂板裂縫示意圖（局部）

圖2 中部頂板裂縫示意圖（局部）

3 地下室頂板裂縫成因分析

3.1 材料方面

1)設(shè)計(jì)要求地下室室外頂板等凡與土體、水接觸部分的混凝土均采用密實(shí)防水混凝土，混凝土配制時(shí)須加3%的WJB型混凝土復(fù)合液及C-X混凝土抗裂纖維;地下室頂板的混凝土施工要求采用補(bǔ)償收縮混凝土，其性能應(yīng)滿足相應(yīng)規(guī)范［5］的要求，限制膨脹率不小于0.15%(水中14 d)，限制干縮率不大于0.03%(水中14 d，空氣中28 d)。但本工程地下室頂板所用混凝土外加劑用JEA-S代替WJB型混凝土復(fù)合液，用科力絲混凝土抗裂纖維代替C-X混凝土抗裂纖維。但無相關(guān)檢測資料證明這種變更能否滿足設(shè)計(jì)要求，也無相關(guān)補(bǔ)償收縮混凝土性能的相關(guān)檢驗(yàn)資料。

2)工程實(shí)際采用泵送混凝土，坍落度要求較大，含砂率較高，粉煤灰摻合料量較大，水泥用量也較大，膠結(jié)料與骨料的比例大于普通混凝土，在混凝土結(jié)硬過程中發(fā)生的體積變形(收縮)較大。此外，本工程混凝土由兩家混凝土攪拌站提供，混凝土配合比不同，外加劑種類和摻量也不同，使其混凝土性能特別是補(bǔ)償收縮能力也不同，尤其是在整個(gè)頂板后澆帶澆筑完成后，地下室頂板連在一起形成一個(gè)整體，其混凝土抗收縮及變形能力的不同對裂縫的開展有不利的影響。

3.2 溫度方面

本工程地下室頂板分期分片澆筑的。2008年11月22日～2009年1月1日澆筑的三棟住宅樓頂板混凝土，澆筑時(shí)溫度偏低，裂縫相對偏少;2009年5月7日～2009年6月17日澆筑其余部分的頂板混凝土，澆筑時(shí)溫度較高，澆筑時(shí)間較長，一般都在2 d左右，裂縫相對較多。2009年5月25日～2009年11月22日澆筑后澆帶混凝土，大部分后澆帶混凝土澆筑時(shí)溫度都較高，最高溫度為36℃。

由于本工程地下室頂板面積較大，澆筑后地下室頂板大部分暴露在自然環(huán)境中，板上表面失水很快，且受環(huán)境溫度影響較大，而板底的溫濕度變化較小。在這種條件下，板體必然產(chǎn)生不均勻溫濕差和收縮變形。頂板混凝土澆筑后溫濕差變形和收縮變形將產(chǎn)生迭加，一旦澆筑的混凝土不足以克服這種溫濕差變形及收縮應(yīng)力，即產(chǎn)生的約束拉應(yīng)力大于混凝土早期抗拉強(qiáng)度時(shí)，極易產(chǎn)生裂縫，而且以板角斜向裂縫居多。

3.3 施工方面

在頂板施工過程中施工單位存在擅自對混凝土加水導(dǎo)致坍落度變化的現(xiàn)象，而過早或過重在頂板上堆放鋼管等建筑材料、重型機(jī)械如攪拌車等在頂板上通行、混凝土的養(yǎng)護(hù)不到位等現(xiàn)象，這些因素都會加劇裂縫的開展，頂板西北角和中部區(qū)域裂縫相對較多與此有一定關(guān)系。

3.4 設(shè)計(jì)方面

1)本工程地下室為超長結(jié)構(gòu)［6］，且地下室頂板大部分暴露在自然環(huán)境中，設(shè)計(jì)時(shí)沒有考慮設(shè)置伸縮縫，采取設(shè)置后澆帶并使用補(bǔ)償收縮混凝土的辦法。實(shí)際結(jié)果卻表明，施工后澆帶并沒有達(dá)到預(yù)期的避免混凝土開裂的效果，或者說，施工后澆帶僅能在頂板施工過程中有一定效果，而當(dāng)施工后澆帶封閉后，由于溫度效應(yīng)，頂板混凝土仍不可避免要開裂，但是若適當(dāng)延長后澆帶澆筑時(shí)間，對抵抗裂縫是有利的。

2)該工程四周布置六棟34層全現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)住宅，中間為框架結(jié)構(gòu)地下室，周邊抗變形剛度較大，這種結(jié)構(gòu)在混凝土構(gòu)件變形的時(shí)候受到的約束也較大。地下室頂板裂縫多數(shù)呈45°方向，說明頂板混凝土澆筑后溫縮及收縮變形受到縱橫兩個(gè)方向上約束的影響。

3.5 沉降方面

查閱2009年6月18日～2010年4月12日的沉降觀測資料可見，沉降量均未超過國家規(guī)范允許的要求且未見結(jié)構(gòu)有不均勻沉降現(xiàn)象。但通過詢問業(yè)主與監(jiān)理，并結(jié)合沉降觀測報(bào)告，施工期間也未發(fā)生地下室上浮等現(xiàn)象，因此認(rèn)為沉降不是產(chǎn)生裂縫的原因。

綜上所述，從裂縫長度、縫寬、形態(tài)等特點(diǎn)并結(jié)合相關(guān)資料來分析，可以初步判定地下室頂板開裂主要是由板上下溫濕差及混凝土收縮變形受到較強(qiáng)約束產(chǎn)生的。這類裂縫一般不影響結(jié)構(gòu)安全，但由于裂縫開展較多，其對結(jié)構(gòu)的剛度、整體性和耐久性有一定的影響;另外頂板的裂縫有一部分穿過或與頂梁相接，或延伸到剪力墻上，故均應(yīng)進(jìn)行妥善處理。

4 結(jié)論與總結(jié)

1)混凝土開裂是多種原因綜合導(dǎo)致的，主要有設(shè)計(jì)措施不當(dāng)，施工管理不嚴(yán)，混凝土養(yǎng)護(hù)措施不到位及原材料品質(zhì)、氣候及環(huán)境條件等。單純采用設(shè)置施工后澆帶的方法并不能從根本上防止超長結(jié)構(gòu)混凝土頂板的開裂，如果確有必要采取此種設(shè)計(jì)，必須考慮溫度變形及混凝土自身收縮變形對結(jié)構(gòu)的影響。

2)裂縫控制不能僅考慮某單一環(huán)節(jié)，應(yīng)從多方面采取措施，進(jìn)行綜合控制。因此制定嚴(yán)格的施工組織方案，選擇水灰比較小的混凝土、有利的施工氣候，適當(dāng)延長后澆帶的澆筑時(shí)間并加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，對避免裂縫的產(chǎn)生和開展是有利的。

［1］ GB 50204-2002，混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范［S］.

［2］ 王鐵夢.工程結(jié)構(gòu)裂縫控制［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1997:1-22.

［3］ 徐有鄰，顧祥林.混凝土結(jié)構(gòu)工程裂縫的判斷與處理［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2010:4-7.

［4］ 羅國強(qiáng).混凝土與砌體結(jié)構(gòu)裂縫控制技術(shù)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2006:1-10.

［5］ GB 50119-2003，混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范［S］.

［6］ GB 50010-2002，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.