人防地下室混凝土產生收縮裂縫機理及預防措施

顏俊山

（上海民防建筑研究設計院有限公司 上海 200000）

隨著經濟建設的發展，人防地下室大量建設，但也出現了很多工程質量問題，特別是滲漏問題尤為突出，產生滲水的一個重要原因是結構裂縫。裂縫不僅對人防工程的密閉性要求產生不利影響，造成水或者毒劑滲漏，甚至可能發展為結構破壞。本文總結了現澆鋼筋混凝土產生收縮裂縫的常見原因和預防措施，并結合工程實例驗證了措施的有效性。

1 人防地下室收縮裂縫機理

導致混凝土結構構件產生裂縫：①主要受外荷載作用及不均勻沉降導致變形引起，人防地下室梁板截面通常較大，配筋率也較高，一般不會產生此類裂縫；②材料本身的收縮裂縫，它主要與混凝土本身的化學收縮和溫度變化有關，人防地下室產生的裂縫大多是此類裂縫，本文著重分析此類裂縫產生機理。

1.1 溫度變形產生的收縮裂縫

混凝土會隨溫度的變化而熱脹冷縮，一般而言，在約束條件下熱脹時產生壓應力對混凝土影響不大，但冷縮產生拉應力，就可能導致結構出現收縮裂縫。在面積較大、形狀不規則、長度超長的人防地下室中較為常見。

1.2 收縮徐變變形產生的收縮裂縫

作為一種多孔非勻質材料，水泥加水成水泥硬化體，產生化學收縮。干燥時毛細孔縫中水溢出，使混凝土干縮。水泥水化是個放熱過程，內外溫差較大，發生冷縮。上述三種收縮都被視為本身材性的收縮，一般總收縮值為0.04～0.06個百分點。

1.3 原材料及施工工藝產生的收縮裂縫

（1）干縮主要受組成材料的配合比影響，與水泥用量及單位用水量主要相關，其中用水量影響更大。

（2）干縮的另一個主要影響因素是骨料，水泥石收縮引起收縮應力，而骨料限制收縮。

（3）外加劑在混凝土中大量運用，從一些實驗資料分析可以看出，摻加外加劑都導致混凝土收縮有不同程度增大。

（4）在長期的潮濕環境中，堿骨料反應也是產生裂縫的不可忽略原因。

如前所述，混凝土在這幾種情況下均會產生收縮，混凝土的收縮若在一種理想的毫無約束的狀態下，是不會產生裂縫的。但人防地下室是由梁、板、柱、墻等構件相互約束形成的空間結構，雖然不同的結構形成的約束條件有所區別，但任何一種約束都會對結構的變形產生限制，也就是混凝土本身要產生收縮，但是我們的人防地下室眾多的約束結構構件不允許其產生收縮變形，這時就會產生收縮拉應力。混凝土抗拉能力較低，極限拉伸變形很小，一般為0.02%～0.03%，而我們上述分析的混凝土在自然條件的最大收縮約為0.04%～0.06%。這說明若混凝土在完全約束條件下，混凝土的自然收縮值會大于開裂的拉應變極限值。我們可以得出，混凝土收縮裂縫產生是跟其本身的收縮性質有關，但更主要的是跟約束條件（或約束剛度）有關，當混凝土受上述二者的總變形大于混凝土開裂的極限拉伸變形時，就會產生收縮裂縫。

2 預防人防地下室開裂的措施

為避免人防地下室出現開裂或減少裂縫出現概率，可以從以下幾個方面進行預防：

2.1 采用冷軋帶肋鋼筋網片及合理配筋率

混凝土收縮時，與鋼筋之間的握裹力也逐步增加，由于握裹力往往小于混凝土收縮的拉應力，使得混凝土收縮拉應力逐漸積累和增長，最后產生收縮裂縫。由此可見，改善鋼筋與混凝土的握裹力可對控制混凝土收縮裂縫作出貢獻。合理增加頂板、底板、外墻配筋率與采用合理的鋼筋直徑及類型，能加大接觸面積，從而使得握裹力提升。冷軋帶肋鋼筋網片由于其縱橫交織焊接，互相間的錨固作用大，與混凝土的握裹力比光圓鋼筋大有提高，可顯著降低混凝土開裂的情況。在設計時，注意應在人防墻板中設置雙層雙向通長鋼筋網，由于人防規范要求的頂板、底板、外墻配筋率大于普通結構要求，因此嚴格按人防規范要求進行設計，對控制裂縫同樣有利。

2.2 采用補償收縮混凝土技術

在補償收縮混凝土中加入膨脹水泥和膨脹劑，最終的變形值可在0.01%左右。目前，我國已經研制了多種膨脹水泥和膨脹劑，已廣泛用于地下室防水混凝土，在結構設計中應予以選用。

2.3 合理設置后澆帶

后澆帶對減少由于溫度變形和收縮徐變產生的收縮裂縫具有非常明顯的效果，因此設計時，應盡量控制穿越后澆帶鋼筋的總量，后澆帶的間距宜結合工程實際情況，控制在40～60m之間，并設置在內力較小位置，間距過大會嚴重影響后澆帶釋放混凝土收縮應力的效果；應將后澆帶的保留足夠的時間，在40-60d后再予以封閉。一般后澆帶可做成企口式，寬度800mm，并在迎水面應加設止水鋼板。

2.4 其他注意事項

地下室頂板、側墻不要裸露在外面，應參照當地氣象情況，一般宜有800mm以上的覆土保護層，充分利用大地的恒溫效果，以免溫差過大而造成開裂，同時回填土采用透水性較小的黏土回填。要求施工單位嚴格控制鋼筋位置，對于較厚板應有專項措施控制溫差，在澆筑完后，應立即采取合理的養護措施，混凝土終凝后，灑水養水應以保持混凝土處于濕潤狀態，保證混凝土在不失水的情況下得到充足的養護。

3 實際案例

南京浦口某人防地下室，地下部分一層，建筑面積約為30000m2（200m×150m），上部主體共有8棟18層剪力墻體系住宅樓，均勻分布在地下室范圍內，與人防地下室連為一體，頂底板均為斜板，坡度約為1%，建筑層高3.8～5.8m。考慮到工程的面積較大，層高變化復雜，本工程設計時考慮了本文前敘的預防人防地下室開裂的措施，在主樓與地下室交界處采用了冷軋帶肋鋼筋網片，適當提高了該處的體積配筋率，頂底板采用了UEA混凝土膨脹劑，并在地下室合理的設置了后澆帶，具體見圖1，間距控制在50m以內。該工程于2015年6月進行了工程竣工驗收，目前已投入使用數年時間，至今未發現任何收縮裂縫，確保了防水工程的質量，也證明了上述預防措施的有效性。

圖1 南京浦口某小區車庫平面及后澆帶布置

4 結語

人防地下室因其自身的特點，裂縫的產生是比較普遍的，但是怎么解決混凝土收縮，控制收縮裂縫，目前國內在這方面的研究仍然不系統，不完善，對混凝土的收縮裂縫進行定量分析是十分困難的，不應僅局限于材料性能方面的研究，更重要的是在結構設計中結合工程案例進行綜合分析。因此，對其進行定性分析，采用概念設計的手法不失為解決問題的一種有效的途徑，通過合理的設計理念與施工方案，及時進行總結，有效提高工程質量。