某商業住宅項目地下空間結構裂縫控制問題研究

馬華飛

（浙江五聯建設有限公司，浙江 寧波 315000）

結構裂縫的成因非常復雜。相關調查資料顯示，產生裂縫的因素包括外荷載直接應力與結構次應力作用所產生的裂縫，以及環境溫度、結構膨脹與收縮、徐變、不均勻沉降等引起變形變化而產生的裂縫。其中，又以第二種因素為主，約占結構裂縫的80%。某商業住宅項目地上32層、地下1層，總建筑面積547055m2。

1 地下空間結構裂縫產生的原因

1.1 材料因素

（1）材料收縮。收縮裂縫占變形裂縫的80%左右。按照裂縫產生的原因，收縮裂縫又可以分為干燥收縮裂縫、塑性收縮裂縫和溫差收縮裂縫。第一，干燥收縮。水泥水化之后成為水泥硬化體，其絕對體積將會減小。通常100g水泥水化后的化學縮減值為7～9mL。假設砼水泥用量為350kg/m3，那么水泥水化后所形成的孔縫體積將會達到25～30L，此時砼的抗拉強度和極限拉伸都會降低。同時，水泥漿體也會發生水蒸發現象，其蒸發量為0.06mL/g。在前文假設基礎上，砼在干燥條件下的蒸發水量將會達到21L/m3。毛細孔隙水分的逸出會導致毛細壓力，產生毛細收縮。水泥砂漿的干縮值可以達到0.2%左右，砼的干縮值可以達到0.06%左右，但是砼的極限拉伸為0.02%，此時很容易產生干縮裂縫。第二，溫差收縮。水泥水化時會放熱，其水化熱為每克165～250J。砼水泥用量的增加會產生大量的水化熱，最大絕熱溫升可以達到80℃。當砼表里溫差達到10℃時，結構就會產生0.01%的冷縮值；如果溫差達到30℃，其產生的冷縮值將會達到0.03%；若冷縮值超過砼的極限拉伸值就會產生結構裂縫。第三，塑性收縮。砼在初凝的前一階段會產生泌水與水分蒸發，出現失水收縮現象，這時骨料和水泥之間也會引起不均勻沉縮變形，這一沉降變形產生在砼終凝之前的塑性階段，所以叫作塑性收縮。塑性收縮的收縮量大約為1%。砼的表面如果養護不到位或者抹壓失時都會龜裂，這些龜裂的寬度通常在2mm以內，為表面裂縫。同時，水灰比不恰當、添加劑水性差、振搗差、環境差等都會導致表面失水過大，產生砼塑性收縮，引起表面開裂。

（2）減水劑因素。試驗證實，在砼配合比一定的狀況下，加入減水劑后坍落度可以增加130mm左右，然而和基準砼的收縮值相比增量為120%。因此，《砼減水劑》規范規定摻減水劑的砼和基準砼收縮比≤135%。試驗還證實加入不同種類的減水劑砼其收縮比不同，通常木鈣減水劑收縮比最大，聚丙烯酸減水劑最小。這進一步表明減水劑的使用也會增加商品砼建筑結構開裂的機會。

（3）砼后期膨脹裂縫。砼后期膨脹裂縫產生的主要原因包括以下幾種：一是水泥中的CaO、MgO含量過高，Ca（OH）2、Mg（OH）2體積膨脹產生裂縫；二是外加劑堿過多，和活性硅等產生堿-集料反應導致體積膨脹產生裂縫；三是Mg++等有害離子進入之后對鋼筋產生腐蝕等從而產生裂縫。

1.2 設計因素

鋼筋砼結構中砼、鋼筋一起負擔極限狀態的載荷力，設計者需要結合環境因素、靜動載荷等多種因素對載荷裂縫進行控制。從國內外相關設計規范可以看出，結構變形作用所產生的裂縫主要分為以下兩種。

（1）設計規范沒有對裂縫的驗算方式進行明確，而是讓設計人員自主選擇。這種情況下設計人員基本都采用的是事后處理方式，即裂縫出現之后再堵，實在不行就排。

（2）設計規范對載荷裂縫的計算方式進行了明確，并對允許值進行了明確。這種模式下只需要根據規范預留伸縮縫就可以，設計上采取留縫就不裂的原則。

1.3 施工管理因素

（1）砼配比是否嚴格按照設計要求進行，砂石級、含泥量等是否達到設計要求、砼坍落度情況等都會對結構裂縫產生影響。

（2）砼澆筑振搗、施工縫與細節處理等也會對結構裂縫產生影響。振搗過度會造成浮漿過厚，如果不能及時抹壓就會在砼的表現產生塑性裂縫，影響外觀情況。

（3）邊墻模板拆除問題。過早拆除邊墻模板，砼水化熱處于高峰，此時砼內外溫差過大就會造成砼體開裂。

（4）另外，砼的后期養護問題也很重要，施工單位要關注后期養護問題，特別是對墻體和柱梁的養護，稍有不慎就會產生收縮裂縫。文章案例當地濕度較大，受吹風作用砼水分蒸發過快，導致干縮加快，這也會引起表面裂縫。

2 項目結構載荷作用裂縫控制措施

地下空間結構裂縫的控制措施包括抗與放兩種。所謂的抗就是通過加大混凝土結構的抗拉強度和極限拉伸對混凝土變形進行平衡；放就是利用混凝土結構自由變形對混凝土變形進行釋放。抗和放并不矛盾，在實際施工中通常會兩種措施并用。

載荷裂縫的控制主要通過在設計階段對結構不同部位能夠產生的最大拉應力界面進行計算，讓結構設計可以滿足裂縫控制條件。所以要保障某商業住宅項目結構設計基礎資料收集的準確性。在對某商業住宅項目結構進行設計時，需要考慮其地下水位與土層情況，并作為外墻水壓力設計的依據；同時還要考慮基礎持力層會對基礎結構的形式與沉降產生直接影響、天氣情況對溫度和濕度的應力計算產生的影響。

某商業住宅項目結構設計階段的裂縫控制主要從以下幾個方面來進行：

（1）確保基礎梁、板計算的基礎資料真實、可靠，所使用公式與計算方式科學、合理。現階段地基反力的三種假設其計算結果存在一定的差異性，因此，選擇哪種假設和計算方式要結合實際情況來進行。

（2）確保支座假設科學、合理。構件支座假設的確定與壁板、鏈接部位、地下室頂板等有關，假設是否合理直接影響裂縫設計的科學性。

（3）合理選擇載荷組合。應包含施工和檢修階段的載荷組合。

（4）判斷極端溫度的取值和其影響部位的計算是否合理。

3 項目結構收縮與溫濕差裂縫控制

收縮與溫濕差裂縫的控制通常以相關規范規定為基礎，嚴格按照混凝土配比、用料要求等進行設計和操作，另外，還要重視混凝土灌注的養護。對于超長基礎還要重視伸縮縫、添加劑、后期澆筑等對裂縫的影響。

某商業住宅項目結構設計以《給水排水工程構筑物結構設計規范》（GB 50069—2016）要求為基礎。當現澆鋼筋混凝土基底是土基時，要每隔20m或30m處增加一道伸縮縫；如果基地是巖基時，間距為15m或20m；如果基地是裝配整體式時，間距為20m或30m。這種增加伸縮縫的方式可以有效消除季節溫差形成的溫度應力，降低混凝土收縮作用。

（1）伸縮縫可以把結構切斷。不過在實際設計中因功能需求有時很難實現。因此，在某商業住宅項目結構設計時通過完全或者不完全收縮縫來替代，保障伸縮縫的部分功能。不過這種設計對溫度所造成的伸縮問題效果并不理想，而且會導致混凝土局部壓碎。所以該項目在使用收縮縫時還要注意在結構表面開槽進行封膠處理。另外，收縮縫所在位置盡量不要在構建的受壓區或應力集中區。變形縫設置需要相應的構造措施做保障，對節點的處理、材料質量、施工水平等都有一定的要求。無論哪一個環節出現差錯都會對整個結構產生不良影響。在建筑工程中，經驗豐富的作業人員可以選擇在混凝土中使用外加劑或者設后澆帶，降低收縮變形，提高收縮縫間距限制。通常在一些超長大體積的混凝土設計中會采用添加劑、加強帶、后澆帶等方法來降低伸縮縫。

（2）使用添加劑的目的是提升混凝土的均勻密實性、減少混凝土結硬時的收縮變形。如果混凝土的均勻密實性較高，混凝土受力變形開裂之后裂縫會較細，從而達到控制裂縫寬度的目的。抗裂防水劑類添加劑通常用在加強帶位置。綜合前面所述，該項目可以通過在混凝土收縮與溫度應力最大處設置加強帶將超長地下室分割開。在加強帶位置，通過提高混凝土強度與抗裂防水劑類添加劑的摻量、加強帶內增配溫度鋼筋等方式，以增加混凝土的膨脹率與抗拉強度，消減混凝土內聚拉應力。

4 項目結構材料品質與構造形成裂縫控制

某商業住宅項目地下空間結構設計以《給水排水工程鋼筋混凝土水池結構設計規程》（CECS 138：2002）為基礎，對結構的使用材料進行了確定，主要控制內容如下：

（1）澆筑混凝土堅決不能用過期的水泥或因受潮而結塊的水泥，避免水泥水化不完全對混凝土抗滲性帶來不利影響。

（2）水灰比也會對混凝土開裂產生直接影響。一般，水灰比越大，混凝土中水分蒸發后產生的毛細孔越多，進而提高混凝土開裂風險；同時，沙石粒徑的均勻性、級配、粗骨料粒質量等都會對混凝土的密實度與和易性產生影響，增加裂縫發生的機會；另外，混凝土中添加劑的選擇也會對混凝土裂縫產生影響。

（3）結構各部位構造的合理性。在保障材料質量的同時，結構部位構造的合理性也會對裂縫產生影響。在構造設計時，要通過合理的措施以確保構造的實際受力狀態和計算模型是一致的。同時，還要根據不同構件和節點在結構體系中的作用使用不同的構造方法。因此，一方面，合理的細節構造設計及有效的完善和調整，可有效抑制裂縫的出現；另一方面，在理想的設計模型中應設有可靠的保障性構造措施，以滿足結構的實際受力情況。

5 結束語

地下空間結構裂縫產生的原因非常復雜，卻又難以避免。結構裂縫不但會降低建筑物的抗滲性和耐久性，而且還會影響建筑物的承載能力，減少建筑物使用壽命。所以，要重視地下空間結構裂縫控制，采用多種措施和方式減少裂縫發生的可能。