某高層建筑地下室裂縫分析與治理

莫春宇

【摘 要】 本文是對(duì)某高層地下室在拆模后即刻出現(xiàn)的裂縫從設(shè)計(jì)，材料，施工等原因進(jìn)行分析，對(duì)已出現(xiàn)的裂縫進(jìn)行危害分析并對(duì)已出現(xiàn)的各類裂縫提出修補(bǔ)方案。

【關(guān)鍵詞】 地下室 超長(zhǎng)結(jié)構(gòu) 裂縫分析 危害分析 裂縫修補(bǔ)

一、 工程概況

某高層建筑地下一層附建式地下工程，地下室主體尺寸為115mx51m，基礎(chǔ)為多樁承臺(tái)樁基，底板為梁板結(jié)構(gòu)，板厚300，頂板為框架結(jié)構(gòu)，板厚200，外墻厚300，內(nèi)墻厚300和200。主體沿縱橫向各設(shè)一條后澆帶，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)均為C30，內(nèi)摻混凝土膨脹劑，要求限制膨脹率2～4x10-4，并摻適量粉煤灰。

墻體拆模后即陸續(xù)發(fā)現(xiàn)墻體上出現(xiàn)裂縫，至目前為止，已發(fā)現(xiàn)墻體裂縫68條，頂板縫15條，從裂縫情況來(lái)看，有以下共同特點(diǎn)：

1、 所有裂縫均出現(xiàn)在墻體及頂板上，而梁、柱上基本沒(méi)有；

2、 墻體裂縫的方向基本與墻體長(zhǎng)邊方向垂直，部分墻體有斜裂縫；

3、 墻體裂縫的位置絕大部分在柱兩側(cè)或梁與墻體的擱置點(diǎn)上；

4、 墻體裂縫從水平施工縫向上延伸至頂板；

5、 裂縫寬度較小，一般0.1～0.5mm，但大部分已發(fā)展成貫通裂縫；

6、 裂縫較穩(wěn)定，后期發(fā)展緩慢或不繼續(xù)發(fā)展

7、 裂縫間距不規(guī)則，較長(zhǎng)間距有30m，較短間距僅2m

二、 裂縫原因分析

近年來(lái)高層建筑地下結(jié)構(gòu)、大底板、外墻及樓板等裂縫問(wèn)題屢見(jiàn)不鮮，裂縫的控制是涉及設(shè)計(jì)、施工及攪拌站三方面的綜合問(wèn)題。

1、 從設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)分析：

本工程主體115mx51m，屬于超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)防裂措施是設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，基于前面計(jì)算分析和有關(guān)規(guī)范要求，設(shè)計(jì)上要求地下結(jié)構(gòu)頂、底板和墻體均采用微膨脹混凝土，限制膨脹率2～4x10-4，，工程結(jié)構(gòu)頂、底板和墻體縱橫向各留一道后澆帶，后澆帶混凝土限制膨脹率4～6x10-4，后澆帶澆筑前垂直向最大間距28.2m，留縫長(zhǎng)度在規(guī)范范圍，水平向最大間距64.95m，雖然理論上仍在允許范圍內(nèi)，但為防止結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采取了以下綜合措施：

（1）水平向在超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)中間增設(shè)一道微膨脹混凝土加強(qiáng)帶，也就是在結(jié)構(gòu)收縮應(yīng)力最大的地方，多摻微脹劑，產(chǎn)生相應(yīng)較大的膨脹來(lái)補(bǔ)償結(jié)構(gòu)收縮。

（2）墻體加強(qiáng)水平向抗裂鋼筋，墻體水平構(gòu)造鋼筋率0.75，大于最小配筋率0.3%的要求，墻體底部有地梁，墻體頂部有5φ20抗裂加強(qiáng)筋。

（3）頂板采取小區(qū)格板塊，一般板區(qū)格在3.4x2.8以內(nèi)，板最小構(gòu)造配筋率在0.5%。

（4）外墻、水池在設(shè)計(jì)時(shí)均補(bǔ)充了結(jié)構(gòu)裂縫驗(yàn)算，通過(guò)增加配筋、限制鋼筋間距等手段，將計(jì)算裂縫寬度控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)。

如果按照設(shè)計(jì)要求施工，理論上不應(yīng)產(chǎn)生貫通的溫縮裂縫。從現(xiàn)場(chǎng)裂縫位置來(lái)看，裂縫不但出現(xiàn)在較長(zhǎng)的外墻、頂板等位置，而且象1/J軸墻體長(zhǎng)僅10.4米，也出現(xiàn)的兩條裂縫，可見(jiàn)結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)不是本工程出現(xiàn)多處貫通裂縫的原因。

2、 從混凝土配比分析：

本工程防水混凝土配比是看，水灰比0.42（規(guī)范允許<0.55），水泥用量316kg/m3（規(guī)范允許>280），灰砂比1：2.46（規(guī)范允許1：1.5～2.5），粉煤灰摻量20%（規(guī)范允許15%～20%），膨脹劑摻量8%（廠家建議6%～0%），從配比看，各項(xiàng)指標(biāo)基本在規(guī)范允許范圍內(nèi)，其中水泥用量略高，給結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生留下了一定的不利影響，但從其它工程的類比看，這種影響不是很大。

3、 從施工角度分析：

據(jù)了解，施工單位在地下室墻柱施工過(guò)程中曾有過(guò)管理不嚴(yán)格，出現(xiàn)振搗不密實(shí)，養(yǎng)護(hù)不充分的現(xiàn)象，但基本來(lái)說(shuō)還是按有關(guān)施工規(guī)程操作， 特別經(jīng)建設(shè)和監(jiān)理單位進(jìn)一步嚴(yán)格要求后，施工單位在施工和環(huán)節(jié)上做的還比較好，未出現(xiàn)嚴(yán)重違反操作規(guī)程的現(xiàn)象，施工總體比較順利，特別是頂板出現(xiàn)裂縫的施工段，施工養(yǎng)護(hù)是做的最好的一段。而且從裂縫發(fā)展規(guī)律來(lái)看，很少出現(xiàn)表面龜裂和不規(guī)則裂縫，應(yīng)該不是施工澆筑和養(yǎng)護(hù)的原因。

4、 對(duì)裂縫產(chǎn)生原因的初步推斷：

首先，我們可以肯定本工程裂縫不是由外荷載引起的裂縫，因?yàn)榱芽p在一拆模時(shí)就發(fā)現(xiàn)，這時(shí)無(wú)論是外墻還是頂板均還未承受外荷載作用；也不太可能是地基變形引起的裂縫，本工程為樁基礎(chǔ)，目前僅完成地下室部分，荷載還遠(yuǎn)沒(méi)達(dá)到樁基設(shè)計(jì)承載力；從前面已作總結(jié)的裂縫的分布情況看，本工程裂縫應(yīng)屬于由于混凝土收縮引起的裂縫，由于混凝土澆筑過(guò)程中產(chǎn)主水化熱，使混凝土溫度由較高溫度向正常環(huán)境溫度降溫，混凝土收縮變形引起應(yīng)力，當(dāng)溫縮應(yīng)力大于混凝土極限拉伸時(shí)，混凝土就會(huì)拉裂，按前面理論計(jì)算，300厚普通混凝土墻在長(zhǎng)度大于7.8米時(shí)，墻體就可能拉裂，在混凝土早期強(qiáng)度比較低更容易拉裂。墻體裂縫之所以出現(xiàn)在柱兩側(cè)，是因?yàn)橹鶆偠容^大，約束的混凝土的變形，梁在墻的擱置處易出現(xiàn)裂縫，是因?yàn)榱憾嗽趬數(shù)那豆淌沟脡鶆蛐猿霈F(xiàn)缺口，在缺口邊出現(xiàn)應(yīng)力集中而首先被拉裂進(jìn)而擴(kuò)展，裂縫在頂板上的分布也符合上述推測(cè)，可以看出頂板裂縫雖然有穿過(guò)次梁的斜裂縫，但裂縫基本是被限制在主梁所圍的板塊內(nèi)，估計(jì)是因?yàn)橹髁簞偠容^大，可以限制板變形，次梁然剛度不足以限制板開(kāi)裂，但其本身由于剛度和配筋較大些，所以沒(méi)被拉裂。

本工程墻體和頂板混凝土均是按微膨脹混凝土設(shè)計(jì)，按前面理論計(jì)算，當(dāng)微膨脹混凝土14天限制膨脹率能達(dá)到2.5x10-4時(shí)，裂縫的理論間距是無(wú)限長(zhǎng)，也就是說(shuō)在合適摻量膨脹劑作用下膨脹效能抵消混凝土收縮是，混凝土不應(yīng)產(chǎn)生溫縮裂縫，即使考慮運(yùn)輸、澆筑、養(yǎng)護(hù)過(guò)程中不利因素影響，在設(shè)計(jì)采取了一定措施的情況下，按我們以前經(jīng)驗(yàn)，一次澆筑100～120米左右不留伸縮縫應(yīng)該不成問(wèn)題，而本工程最大長(zhǎng)度也就60多米，特別在有些墻體總長(zhǎng)僅10.4米就出現(xiàn)兩條溫縮裂縫，應(yīng)該可以初步推測(cè)是混凝土的膨脹效能未達(dá)到設(shè)計(jì)要求的原因。

混凝土14天限制膨脹率指標(biāo)是本工程設(shè)計(jì)的一個(gè)重要指標(biāo)，在設(shè)計(jì)圖中未指定膨脹劑的品牌和摻量，但對(duì)限制膨脹率指標(biāo)確給出的具體要求，并在圖紙會(huì)審時(shí)也予以強(qiáng)調(diào)試驗(yàn)的重要性，這是因?yàn)榛炷恋呐蛎浶苓_(dá)不到設(shè)計(jì)要求，可能有幾個(gè)方面的原因：1、混凝土配合比不合理，膨脹劑摻量不合適；2、膨脹劑產(chǎn)品本身性能不符合要求；3、本批次產(chǎn)品不合格；4、混凝土攪拌時(shí)管理不嚴(yán)格，不按配合比下料。這其中前兩個(gè)因素需經(jīng)過(guò)試驗(yàn)確定，如果在配合比試驗(yàn)時(shí)限制膨脹率指標(biāo)數(shù)據(jù)達(dá)不到要求，就是前兩個(gè)原因，應(yīng)改變配比或更換品種，如果配合比試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格而現(xiàn)場(chǎng)試塊不合格，就有可能是后兩個(gè)原因，需要在加強(qiáng)管理上下功夫，如果兩個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)均合格，就應(yīng)該從其它方面找原因。

三、 裂縫危害分析

1、 結(jié)構(gòu)承載力分析

從前面分析可以看出，本工程裂縫產(chǎn)生的主要原因是混凝土收縮過(guò)程中產(chǎn)生的溫縮裂縫，在目前混凝土強(qiáng)度已達(dá)到80%以上，特別是下一步回填土完成后，溫度趨于穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生新的溫度應(yīng)力，原有溫縮應(yīng)力在裂縫產(chǎn)生后，應(yīng)力得至釋放，應(yīng)力與應(yīng)變趨于平衡，而且在混凝土產(chǎn)生裂縫發(fā)生變形后，鋼筋的應(yīng)力開(kāi)始發(fā)生效能，在沒(méi)有外荷載作用下，裂縫一般不會(huì)繼續(xù)發(fā)展。

但是，裂縫的存在就使得墻板由一個(gè)均勻完整體系出現(xiàn)了薄弱點(diǎn)，如果有外荷載作用時(shí)，就在裂縫邊產(chǎn)生應(yīng)力集中，其值遠(yuǎn)大于墻板平均承受荷載產(chǎn)生的應(yīng)力，一旦應(yīng)力大于鋼筋混凝土極限拉伸，裂縫就有可能進(jìn)一步發(fā)展，使裂縫寬度和長(zhǎng)度不斷加大，如果裂縫寬度過(guò)大（>0.5mm）以后，就會(huì)對(duì)降低結(jié)構(gòu)承載力。

本工程墻體是按上下支承單向板設(shè)計(jì)，水平向主要為構(gòu)造鋼筋，目前裂縫寬度較小，對(duì)墻體結(jié)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生較大影響，可以不進(jìn)行處理。

頂板上的裂縫雖然對(duì)板的承載力有一定不利，但結(jié)構(gòu)梁沒(méi)裂，板跨較小，就目前裂縫寬度而言，對(duì)頂板整體承載力影響不大，但必需采取措施防止裂縫進(jìn)一步發(fā)展。

（1） 滲漏分析：

經(jīng)分析，本工程滲漏程度應(yīng)屬于有有潮濕痕跡無(wú)滲水現(xiàn)象，一般這種形式的裂縫當(dāng)外界水分通過(guò)時(shí)，水與混凝土裂縫處的石灰CaO化合形成Ca（OH），游離的Ca（OH）又是很容易溶于水的礦物質(zhì)，它必然沿著裂縫向地下室內(nèi)浸出，與室內(nèi)的二氧化碳CO2形成碳酸鈣（CaCO3），沉積在裂縫的表面和里面，逐漸封閉裂縫，這就是混凝土的自愈現(xiàn)象，所以就目前本工程的裂縫而言，即使不進(jìn)行修補(bǔ)，也不會(huì)長(zhǎng)期漏水，但是滲水痕跡的存在，會(huì)使住戶對(duì)結(jié)構(gòu)質(zhì)量產(chǎn)生疑慮，影響到開(kāi)發(fā)商的聲譽(yù)，因此還是應(yīng)該對(duì)裂縫進(jìn)行修補(bǔ)。

四、 修補(bǔ)方案分析

根據(jù)前面裂縫危害分析，本工程裂縫修補(bǔ)應(yīng)達(dá)到兩個(gè)方面的目的：一是堵漏，防止外界水滲入室內(nèi)；二是防止裂縫在外荷載作用下進(jìn)一步發(fā)展，以免影響以后結(jié)構(gòu)安全。

目前工程界對(duì)小裂縫的修補(bǔ)方案主要是壓力灌漿法，灌漿材料主要環(huán)氧漿液、聚氨脂漿液、丙凝漿液、水玻璃漿液等，其共同特點(diǎn)是流動(dòng)性好，填充性好，有一定變形能力，能在裂縫進(jìn)一步變形時(shí)保持一定的封漏能力，這是符合混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制中“放”的原則，但其不能阻止裂縫在外荷載作用下進(jìn)一步的發(fā)展，也就是說(shuō)明只能達(dá)到我們要求的一個(gè)目的。

經(jīng)考慮，我們認(rèn)為采用嵌縫膠泥結(jié)合壓貼鋼板的方法能達(dá)到本工程裂縫修補(bǔ)要求，先以配制的膠泥嵌入縫達(dá)到堵漏的目的，另以反扣螺栓將鋼板條固定在裂縫兩側(cè)，鋼板條一方面能起到壓緊膠泥使之更加密實(shí)的作用，另一方面能起到像拉鏈一樣牢牢鎖住裂縫，使裂縫不再發(fā)展的作用，這是符合混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制中“抗”的原則。

首先應(yīng)確定裂縫的發(fā)展是否穩(wěn)定，對(duì)還在繼續(xù)擴(kuò)展的裂縫，應(yīng)進(jìn)一步觀察其發(fā)展情況，分析其原因后再確定修補(bǔ)措施；對(duì)已經(jīng)穩(wěn)定的裂縫，應(yīng)視裂縫發(fā)展情況的不同程度采取不同的處理方法：對(duì)于寬度在0.3mm以下的非貫通性裂縫，可不作處理，僅在作外防水層時(shí)作掃縫處理；對(duì)大于0.3mm以上在非貫通性裂縫，按膠泥嵌縫處理；對(duì)寬度在1mm以下的貫通性裂縫，采用鋼板條壓膠泥的方法；對(duì)于寬度在1mm以上的貫通性裂縫，必須另行評(píng)估按混凝土加固處理，這種情況目前尚未出現(xiàn)，暫不作處理。

參考文獻(xiàn)

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