地下室頂板裂縫原因分析及處理

摘要: 本文以一個實際工程為例, 分析了地下室現澆鋼筋混凝土頂板裂縫產生的原因，并提出相應的修補措施。從而減少了裂縫的產生,提高了建筑物的承載能力。

關鍵詞: 地下室頂板；裂縫；原因分析；處理措施

為了充分利用建筑用地，目前涌現了一批上部建筑獨立、地下部分連體的建設工程項目。該類建筑工程項目擁有超長、大體積的地下室，施工過程中有大面積的頂板外露部分。在工程施工過程中，頂板較長時間暴露在外，受天氣等環境因素影響大，常出現開裂現象。下文結合工程實例，分析了地下室現澆鋼筋混凝土頂板裂縫產生的原因，并提出相應的修補措施。

一、工程概況

某大廈為現澆鋼筋混凝土結構, 主樓28層, 裙房6層, 地下3層, 深基坑圍護結構采用1m厚鋼筋混凝土地下連續墻, 兼做主體結構的地下室外墻。地下室頂板利用后澆縫分3次澆筑。南裙房地下室頂板C40混凝土于一年半后澆筑, 水泥:水:砂;石子重量比為1:0.442:1.651:1.883;辦公樓地下室頂板C35混凝土于2009年8月6日至7日澆筑, 水泥:水: 砂:石子重量比為1:0.494:1.943:2.566;北公寓B2板C40混凝土于2004年8月15日至16日澆筑, 水泥:水: 砂:石子重量比為1：0.453:1.651:2.295。所有混凝土均摻用15％的粉煤灰及SP406外加劑, 設計坍落度為18cm。混凝土澆筑時氣溫較高, 澆筑完8小時后開始澆水養護。大約在澆筑完混凝土的40日后在上述三個部位發現裂縫。根據有關單位對上述裂縫9月23日至11月10日的觀測結果, 裂縫大多為貫穿裂縫, 隨天氣氣溫變化縫寬有波動現象,總的呈增寬趨勢, 波動及增寬的趨勢都較小。

二、地下室頂板裂縫原因分析

混凝土出現裂縫的原因分類方法很多, 國際預應力混凝土協會(FIP)制定的六類分類法比較科學。根據檢測、計算、分析研究結果按FIP分類法分析, 本工程開裂的原因可歸結為混凝土收縮裂縫及溫度裂縫疊加作用的結果。一般認為混凝土的收縮, 是由水泥膠體本身的收縮（即凝縮）和混凝土失水產生的體積收縮(即干縮)兩部分組成。從凝縮的角度看, 水泥用量多、水泥等級高收縮將增大相反, 骨料級配好、密度大、彈性模量高的混凝土收縮小。從干縮的角度看, 水灰比大、養護條件差、表體比大, 都會使混凝土干縮量加大。混凝土澆筑后, 水泥水化過程為一放熱過程, 混凝土強度等級高、水泥用量大、水化熱加大, 如施工環境溫度高、骨料溫度高, 混凝土入模時溫度就高。混凝土的溫度線脹系數為10一5/℃如果初凝時混凝土的溫度高于正常條件下20℃～30℃ , 則由于溫度變化引起的變形相當于混凝土的極限收縮量。

混凝土收縮和溫度降低引起的體積縮小, 如果沒有邊界條件的約束自由變形, 則不會產生內部約束應力, 更不會產生裂縫。只有在邊界有約束的條件下, 自由變形得不到滿足, 收縮才會在混凝土構件內部產生拉應力。由于混凝土的抗拉強度遠低于其抗壓強度, 此拉應力大于混凝土的極限杭拉強度時, 就會在構件內部出現裂縫。裂縫的產生也是變形的結果, 從而導致應力松弛。

本工程在施工地下室頂板時, 正值南方地區高溫酷暑季節, 連日氣溫都在35℃ 以上, 有時高達39℃。在太陽暴曬之下, 實際混凝土初凝時, 表面溫度可達50℃～60℃, 而出現裂縫時氣溫在25℃左右, 溫差變化在30℃上下。一個月混凝土的收縮完成40％左右, 如果沒有地下室連續墻及下層已澆筑結構的約束, 頂板內不會產生溫度收縮應力。但是本工程地下連續墻為1m厚, 同地下室頂板剛性連接, 極大程度上限制了混凝土板的自由變形。由于連續墻作為圍護結構在一年前已施工完畢, 收縮、徐變已完成80％左右, 其一側緊靠土體, 本身溫度變化(下降)受環境影響遠不如暴露在太陽下的板那樣明顯, 況且在施工地下室頂板時連續墻也不存在水泥水化熱引起的溫升, 故地下連續墻的溫差變化在10℃左右。如果在設計中認為地下室頂板與地下連續墻同時澆筑、同時溫升、同時溫降、同時收縮, 則板中應力遠小于由于施工不同步引起的溫度和收縮變化不同步下的應力。另外, 在水中結硬的混凝土, 其體積將逐步有所膨脹。該工程地下水位一般在地表下1m處, 施工地下連續墻時尚未降低地下水, 墻體混凝土近似在水中養護, 所以兼作圍護結構的地下連續墻一年內的收縮值小于其僅作為地下室外墻養護條件下的收縮值。混凝上采用泵送, 要求坍落度大, 板的表面積與其體積之比較大, 也都是板易開裂的因素。當然已澆筑的其他豎向構件也同樣會對頂板的收縮產生側向約束, 只是地下室連續墻的剛度大, 澆筑時間早, 約束力強。

三．溫度收縮應力的估算

現以辦公樓A1板為例來初步估算溫度收縮應力

A1板的有效高度H=0.2L=10200mm；溫差: 澆筑后初凝時混凝土板的最高溫度55℃；穩定溫度25℃。

T=55-25=30℃

40天的收縮:。

收縮當量溫差：。

考慮連續墻降溫相對溫差：T=30+10.7-10=30.7℃。

地基水平阻力系數:C=2.5N/mm。

考慮到板與連續墻剛接板中最大收縮應力: =3.15=(開裂)

其中：為考慮徐變引起的內力松弛系數, 40天取0.6。

從裂縫開展的走向看, 大部分裂縫垂直于由于連續墻約束變形所產生的拉應力方向, 部分裂縫位于板中洞口的邊角部位, 是由于拉應力集中所致。也正是由于地下室頂板同地下連續墻施工的不同步, 造成板的溫度變形及收縮變形遠大于同期內墻體的變形, 二者之間的變形差是這次板中裂縫的主要原因。由于在主樓與裙房間設了控制沉降的后澆縫, 在一定程度上緩解了應力緊張狀況。但后澆縫之間的距離仍然在50m以上, 大于規范中20～40m的要求, 在此之間混凝土的溫度及收縮應力只有靠混凝土材料本身去抵抗了。地下室其他層樓板因其施工季節不在夏季, 氣溫較低, 溫差較小, 溫度應力也較小, 避免了裂縫的出現。

四.裂縫的危害性及修補

本工程中出現的裂縫不屬于受力裂縫, 裂縫出現前板中拉應力較大, 拉應力同板與墻之間的剪應力相平衡。裂縫出現后, 應力水平得以緩解, 降溫及收縮的應力狀態將逐步趨于一固定值, 無危險性。日后隨建筑物的建成和投入使用, 樓板及墻體的溫度變化趨于一致, 不會因此再引起附加的應力同時, 由于地下室板有人防要求, 承載力較富余, 故對裂縫不必做補強處理。在裂縫開展穩定后(一般在三個月后, 具體可根據觀測結果定), 對表面裂縫, 用環氧材料進行封閉處理對貫穿裂縫,尤其在洞口處, 由于應力集中引起的裂縫, 采用環氧灌漿處理。具體操作如下:

表面裂縫處理

對于板面上的表面裂縫, 無需鑿槽, 沿裂縫騎中清除表面的灰塵、白灰、浮渣等物, 用鋼絲刷等工具刷至混凝上本體, 并把裂縫兩側2～3cm處擦洗干凈。如有油污等雜物, 還須用丙酮擦洗, 待風干后, 在裂縫兩側涂一層環氧基液, 用環氧膠泥或環氧基液沾貼玻璃絲布修補, 并注意凝固前不得受雨淋。環氧材料配比見表1。

表1環氧材料配比（重量比）

（2）深層裂縫處理

為了恢復板的整體性, 對貫穿裂縫還必須進行灌漿處理。

清縫鑿槽

將裂縫表面的污物清除, 用毛刷刷去浮塵, 騎縫鑿成寬2～3cm, 深1.5～2cm的V形槽, 并沿縫向兩端延伸2～5cm, 然后用鋼絲刷將槽表面的混凝土碎屑、粉塵清除干凈。

封縫, 埋設灌漿咀

將已鑿好的V形槽表面涂上一層環氧基液, 預留灌漿咀的位置。封閉裂縫時, 用油工刀將環氧膠泥刮抹到裂縫處, 厚度1mm。

配制及灌漿

環氧樹脂液的配制方法, 是先將環氧樹脂稍加熱, 使其能較好地與其他外加劑攪拌混合。攪拌必須均勻。漿液配制好后最好能子以冷卻, 使其反應速度緩慢, 粘度增長不致太快, 便于灌漿。灌漿前, 應將所有的灌漿咀的閥門打開, 用壓縮空氣將孔洞及裂縫吹干凈, 達到無水及干凈狀態。在一條裂縫上灌漿, 可由上而下, 由一端到另一端開始進漿后要注意觀察, 待下一個咀出漿時立即關閉閥門, 然后繼續加壓灌漿, 直到壓力基本穩定后, 再保持一定的時間(一般分2鐘)。常用的灌漿壓力為0.2MPa。壓力需逐漸升高, 不宜驟然升高, 防止裂縫擴大。

封口及結束工作

待縫內漿液達到初凝而不外流時, 可拆灌漿咀, 再用環氧膠泥把灌漿孔處抹平封好, 然后用丙酮沖洗管路中的漿液或用火燒掉已固化在其上的漿, 以便下次使用。

表2常用的環氧灌漿液的配比

五.結束語

施工時由于某些相鄰構件不能連續施工, 時間較長, 都應考慮不同步的溫度及收縮變形對后澆筑構件的影響。相鄰構件所處的養護環境不同, 二者之間的溫度及收縮變形也不同。不但地下連續墻與地下室樓板之間存在這樣的問題, 某些停建、緩建工程重新開工時, 以前澆筑的構件同樣會對新構件產生不同程度的約束, 對此在施工中也應給予重視, 并同設計配合, 作出合理的施工方案。

作者簡介：陳通（1977-），男，漢族，廣東省茂名市電白縣人，初級工程師，大專，現供職單位于廣東省電白二建工程有限公司。

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