高層住宅樓地下室墻板裂縫原因分析及處理技術(shù)

劉家寬LIU Jia-kuan；陳芝標(biāo)CHEN Zhi-biao

（十七冶集團(tuán)房屋工程技術(shù)公司，馬鞍山 243000）

（Housing Engineering Company，MCC17 Group，Maanshan 243000，China）

1 工程概況

某高層住宅樓為地下1 層、地上18 層雙塔框架剪力墻結(jié)構(gòu)，總建筑面積32712m2，建筑總高度54m，基礎(chǔ)埋深5.5m，地下室外形尺寸長(zhǎng)107.4m，寬20.9m。其中2#樓地下室底板2013 年3 月4 日開始澆筑混凝土，3 月5 日澆筑完。地下室外墻、柱、頂板2013 年4 月24 日開始澆筑混凝土，25 日凌晨混凝土澆筑完，27 日開始拆除外墻外模板，28 日發(fā)現(xiàn)2#樓地下室頂板出現(xiàn)裂縫，5 月3 日拆除墻、柱、頂板模板發(fā)現(xiàn)2#樓地下室外墻板出現(xiàn)裂縫。

2 裂縫原因分析

2.1 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查 據(jù)現(xiàn)場(chǎng)業(yè)主、監(jiān)理相關(guān)技術(shù)人員反應(yīng)，在2#樓地下室墻板、頂板混凝土澆筑過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)混凝土骨料中含有少量30mm～50mm 的碎石（目測(cè)含量1～2%），微風(fēng)化碎石（表面呈黃色，目測(cè)含量1～3%）及瓜米碎石（目測(cè)含量20～30%），混凝土呈散狀，和易性差。混凝土供應(yīng)不及時(shí)，24 日上午7 點(diǎn)開始澆注，在澆注過(guò)程中，罐與罐之間間隔最少有20～30min，其中在上午8：45～11：15、下午4：06～5：20 混凝土澆筑施工中出現(xiàn)停歇。墻板混凝土分三層澆注，每層澆注1m 高左右，最后澆注梁、頂板混凝土。混凝土拆模后個(gè)別部位出現(xiàn)蜂窩、麻面。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)裂縫檢測(cè) 2013 年6 月3 日，對(duì)2#樓地下室墻、頂板混凝土裂縫進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，2-K 軸混凝土墻發(fā)現(xiàn)裂縫共41 條，其中40 條垂直裂縫，1 條水平裂縫；2-A軸混凝土墻發(fā)現(xiàn)裂縫28 條，均為垂直裂縫；地下室混凝土頂板發(fā)現(xiàn)裂縫46 條，均垂直于外墻長(zhǎng)邊方向，裂縫寬度在0.1mm 左右。檢測(cè)的裂縫主要有以下特點(diǎn)：

①裂縫均出現(xiàn)在外墻及頂板上，而柱、剪力墻上未出現(xiàn)。少數(shù)平行于外墻長(zhǎng)方向的梁也發(fā)現(xiàn)裂縫，梁的裂縫與頂板上的裂縫連貫。②裂縫的方向基本與外墻長(zhǎng)邊方向垂直，一處墻體靠近頂板處出現(xiàn)一條水平裂縫。③外墻板裂縫在中部較多，兩端較少。在柱梁兩側(cè)基本出現(xiàn)裂縫。④頂板裂縫在剪力墻處較集中，中部裂縫較多，逐漸向兩邊分散。⑤裂縫方向基本上垂直于外墻長(zhǎng)邊方向。⑥裂縫的數(shù)量和長(zhǎng)度隨時(shí)間的增長(zhǎng)而增多、延伸，裂縫出現(xiàn)較早，在澆灌后4d 左右即出現(xiàn)裂縫。⑦裂縫基本為貫穿性，寬度一般在0.1mm，墻板裂縫兩端偏窄中間偏寬，呈棗核形。

2.3 產(chǎn)生裂縫的原因分析 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的主要成因可分為由外荷載引起的和由變形變化引起的。因結(jié)構(gòu)變形變化引起的裂縫，主要是由不均勻沉降、溫度變化、膨脹和收縮等因素造成的。

2.3.1 外荷載因素：本工程裂縫出現(xiàn)時(shí)，結(jié)構(gòu)并未承受使用荷載。從墻、頂板、梁裂縫的分布和形狀等特點(diǎn)分析，如荷載引起的梁、頂板的受力裂縫，應(yīng)在受拉區(qū)出現(xiàn)裂縫，而不是貫穿裂縫。本工程裂縫不符合外荷載引起的裂縫的特征。可以排除外荷載因素。

2.3.2 不均勻沉降因素：對(duì)地下室底板標(biāo)高的檢測(cè)，地下室底板目前未出現(xiàn)不均勻沉降。從裂縫的形狀和分布特點(diǎn)分析，如由不均勻沉降造成的，墻板裂縫應(yīng)出現(xiàn)斜裂縫，垂直裂縫也應(yīng)上大下小。本工程裂縫不符合不均勻沉降引起的裂縫特征，可以排除不均勻沉降因素。

2.3.3 溫度因素：溫度引起裂縫的原因，無(wú)非是混凝土的水化熱及氣溫突降造成的。四至五月份本地區(qū)未出現(xiàn)大的氣溫突降天氣，不應(yīng)引起混凝土出現(xiàn)因溫度變化而形成裂縫。分析混凝土水化熱因素，根據(jù)本工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，依據(jù)ACI209R 可測(cè)算出混凝土的熱脹系數(shù)at為8.56×10-6/℃。依據(jù)ACI207.2R 測(cè)算出混凝土最大溫度高峰值出現(xiàn)在第一天，此時(shí)混凝土內(nèi)水化熱溫升幅度為10.3℃，假設(shè)混凝土表面采取強(qiáng)降溫措施，則混凝土受水化熱溫升的應(yīng)變?yōu)?8×10-6，混凝土在早期的極限拉伸應(yīng)變可達(dá)100×10-6，大于最大溫度梯度所造成的應(yīng)變，此時(shí)應(yīng)不致引發(fā)混凝土裂縫，且混凝土在澆筑后的2～5d，混凝土的彈性模量很低，基本處于塑性及彈塑性狀態(tài)，約束應(yīng)力很低，則相應(yīng)的應(yīng)變值也低于上述計(jì)算的應(yīng)變值。查相關(guān)文獻(xiàn)資料，混凝土在早期不致引發(fā)裂縫的溫差為8℃～14℃。所以本工程的裂縫不是由混凝土的水化熱溫差引起的。

2.3.4 混凝土膨脹因素：根據(jù)本工程混凝土外墻、頂板受基礎(chǔ)底板約束的條件，混凝土膨脹不應(yīng)出現(xiàn)以上裂縫特征。外墻混凝土膨脹時(shí)，受基礎(chǔ)底板約束，應(yīng)形成基礎(chǔ)底板拉應(yīng)力，如膨脹造成的基礎(chǔ)底板拉應(yīng)力超過(guò)抗變形能力，則造成基礎(chǔ)底板出現(xiàn)裂縫。因此本工程裂縫不是混凝土膨脹裂縫。

2.3.5 混凝土收縮因素：分析本工程裂縫分布及形狀特征，本工程的裂縫為收縮裂縫。裂縫大部分垂直于結(jié)構(gòu)長(zhǎng)邊方向，混凝土收縮應(yīng)變值一定時(shí)，此方向的變形最大。外墻板變形受基礎(chǔ)底板和頂板處梁鋼筋骨架的約束，在混凝土內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力，拉應(yīng)力大于混凝土抗變形能力時(shí)，則產(chǎn)生裂縫。由于墻板兩端基礎(chǔ)底板和梁的模箍作用，形成墻板裂縫中間大兩頭小形成棗核形。頂板變形受剪力墻和梁、柱鋼筋骨架的約束，產(chǎn)生裂縫。且裂縫出現(xiàn)時(shí)間在混凝土第一次干燥后，并隨著混凝土在空氣中暴露時(shí)間延長(zhǎng)，裂縫增多增寬。

按混凝土設(shè)計(jì)配合比估算混凝土收縮應(yīng)變，以ACI209 法估算（不考慮摻加膨脹劑）狀態(tài)下7d、14d 和28d 的混凝土收縮應(yīng)變?nèi)绫? 所示。

表1 各因素中，構(gòu)件濕養(yǎng)時(shí)間長(zhǎng)、空氣相對(duì)濕度大、構(gòu)件厚度大、混凝土坍落度小、混凝土細(xì)骨料率少、水泥含量低、混凝土含氣率小均可減小混凝土收縮應(yīng)變。

從估算的設(shè)計(jì)配合比（不考慮摻加膨脹劑因素）混凝土干縮應(yīng)變值可以看出，混凝土外墻在7d 和14d 時(shí)干縮應(yīng)變值在100×10-6左右，混凝土早期的極限拉伸應(yīng)變?cè)?00×10-6。混凝土在28d 時(shí)干縮應(yīng)變值為183×10-6，此時(shí)混凝土的極限拉伸應(yīng)變可達(dá)到150×10-6。從以上估算可以知道，如混凝土按設(shè)計(jì)配合比施工，且混凝土加強(qiáng)濕養(yǎng)，應(yīng)不致在頂板和外墻上出現(xiàn)大量的裂縫。

2.3.6 本工程裂縫成因分析：核查本工程設(shè)計(jì)施工圖，鋼筋的配置及后澆帶的布置均符合設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。設(shè)計(jì)要求用于地下室墻板、頂板的混凝土應(yīng)為補(bǔ)償收縮混凝土。此種混凝土的特點(diǎn)是限制混凝土的收縮率，并減緩混凝土的收縮速率。此種混凝土應(yīng)達(dá)到在水中濕養(yǎng)14d，空氣中28d 收縮應(yīng)變小于300×10-6的性能要求。隨著混凝土期齡的增加，混凝土的抗拉強(qiáng)度也隨之提高，相應(yīng)的混凝土與鋼筋的握裹力也增大，當(dāng)混凝土抗拉強(qiáng)度提高到一定的水平可將混凝土出現(xiàn)的貫穿性干縮裂縫分散到不可見(jiàn)的微細(xì)程度。

綜合上述分析結(jié)果，結(jié)合本工程裂縫出現(xiàn)時(shí)間早，出現(xiàn)裂縫數(shù)量多的特點(diǎn)，本工程混凝土施工配合比在控制混凝土收縮方面存在缺陷。在混凝土后期養(yǎng)護(hù)上也存在不足，按規(guī)范要求，對(duì)墻體等不易保水的結(jié)構(gòu)，宜從頂部設(shè)水管噴淋，拆模后宜用濕麻袋緊貼墻體覆蓋，并澆水養(yǎng)護(hù)，保持混凝土表面潮濕，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不宜少于14d。混凝土振搗不密實(shí)是造成混凝土頂板面層和墻板水平塑性裂縫的主要原因。

表1 各項(xiàng)調(diào)整系數(shù)

表2

3 裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)的影響

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的裂縫均為收縮裂縫，當(dāng)裂縫出現(xiàn)時(shí)，混凝土的拉應(yīng)力也相應(yīng)地釋放掉了，回彈檢測(cè)本工程28d 以后混凝土強(qiáng)度，均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。出現(xiàn)裂縫的結(jié)構(gòu)在未承載前，恢復(fù)混凝土構(gòu)件的整體性，對(duì)結(jié)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生影響。

4 裂縫處理技術(shù)

在結(jié)構(gòu)承受荷載前，所有裂縫采用環(huán)氧類漿液進(jìn)行壓力注漿，注入的漿液應(yīng)充實(shí)裂縫，使裂縫處的抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度及粘結(jié)強(qiáng)度不低于基材強(qiáng)度值。

4.1 施工準(zhǔn)備：①根據(jù)混凝土表面裂縫壓力注漿的工藝原理，做好人員、材料、設(shè)備等準(zhǔn)備工作。②施工技術(shù)安全要求、壓力注漿方法、操作工藝、質(zhì)量控制的交底及勞動(dòng)力的組織安排。③清除裂縫兩側(cè)各50mm 的浮漿、殘留砂漿、油漬及松散雜物，并將粉塵、浮灰清理干凈。用高純度洗滌劑（丙酮等有機(jī)溶液）沿裂縫開口兩邊清洗，使縫中粉塵揮發(fā)，保持干凈。

4.2 埋置注漿嘴：埋置時(shí)，先在注漿嘴角抹上一層約1mm 的環(huán)氧膠泥封閉膠，將注漿嘴的進(jìn)漿孔騎縫粘貼在縫中心。根據(jù)裂縫的大小，其注漿嘴的間距一般為150mm～300mm。

4.3 封閉裂縫：封閉裂縫應(yīng)根據(jù)不同裂縫情況及注漿要求確定。用環(huán)氧膠泥封閉膠在裂縫兩側(cè)寬20mm 涂抹一層厚約1mm 的封閉膠將裂縫封閉。

4.4 配制膠液：注漿漿液選用專業(yè)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的環(huán)氧類專用高強(qiáng)注漿材料。

4.5 注漿施工：①將專用注漿材料漿液拌勻，裝入注漿的注漿器，擰緊壓力筒。②將壓力注漿器緊扣已粘結(jié)好的注漿嘴，由上向下（豎向裂縫）或由左向右（水平裂縫）一進(jìn)一出逐一灌注，穩(wěn)壓3～5min，使裂縫內(nèi)漿液達(dá)到初凝而不外流時(shí)，可卸下注漿嘴，換上堵頭。③漿液一般在30min達(dá)到表面初凝后可拆下預(yù)埋的注漿嘴，再用速凝封閉膠，將注漿嘴處封堵平整，即為壓力注漿完畢。④用鋼砂紙打磨封口封閉膠，用高效洗滌劑（丙酮）清洗干凈。⑤注漿結(jié)束后，及時(shí)檢查注漿修補(bǔ)的效果和質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)缺陷應(yīng)及時(shí)補(bǔ)救，確保注漿工程質(zhì)量。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)該高層住宅樓地下室墻、頂板裂縫采用環(huán)氧類壓力注漿封閉施工技術(shù)，施工方便，工期短，質(zhì)量可靠。工程自2013 年6 月20 日施工完畢后至今，使用良好。

[1]建筑施工手冊(cè)[M].第五版.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2013.

[2]建筑業(yè)10 項(xiàng)新技術(shù)（2010）應(yīng)用指南[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

[3]GB50550-2010，建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

[4]GB50204-2002（2011 年版），混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].