地下室頂板裂縫原因分析及處理

摘要: 本文以一個(gè)實(shí)際工程為例, 分析了地下室現(xiàn)澆鋼筋混凝土頂板裂縫產(chǎn)生的原因，并提出相應(yīng)的修補(bǔ)措施。從而減少了裂縫的產(chǎn)生,提高了建筑物的承載能力。

關(guān)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(xiàn)了一批上部建筑獨(dú)立、地下部分連體的建設(shè)工程項(xiàng)目。該類建筑工程項(xiàng)目擁有超長(zhǎng)、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(zhǎng)時(shí)間暴露在外，受天氣等環(huán)境因素影響大，常出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。下文結(jié)合工程實(shí)例，分析了地下室現(xiàn)澆鋼筋混凝土頂板裂縫產(chǎn)生的原因，并提出相應(yīng)的修補(bǔ)措施。

一、工程概況

某大廈為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu), 主樓28層, 裙房6層, 地下3層, 深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1m厚鋼筋混凝土地下連續(xù)墻, 兼做主體結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)坍落度為18cm。混凝土澆筑時(shí)氣溫較高, 澆筑完8小時(shí)后開始澆水養(yǎng)護(hù)。大約在澆筑完混凝土的40日后在上述三個(gè)部位發(fā)現(xiàn)裂縫。根據(jù)有關(guān)單位對(duì)上述裂縫9月23日至11月10日的觀測(cè)結(jié)果, 裂縫大多為貫穿裂縫, 隨天氣氣溫變化縫寬有波動(dòng)現(xiàn)象,總的呈增寬趨勢(shì), 波動(dòng)及增寬的趨勢(shì)都較小。

二、地下室頂板裂縫原因分析

混凝土出現(xiàn)裂縫的原因分類方法很多, 國(guó)際預(yù)應(yīng)力混凝土協(xié)會(huì)(FIP)制定的六類分類法比較科學(xué)。根據(jù)檢測(cè)、計(jì)算、分析研究結(jié)果按FIP分類法分析, 本工程開裂的原因可歸結(jié)為混凝土收縮裂縫及溫度裂縫疊加作用的結(jié)果。一般認(rèn)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(chǎn)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(jí)高收縮將增大相反, 骨料級(jí)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(yǎng)護(hù)條件差、表體比大, 都會(huì)使混凝土干縮量加大?；炷翝仓? 水泥水化過程為一放熱過程, 混凝土強(qiáng)度等級(jí)高、水泥用量大、水化熱加大, 如施工環(huán)境溫度高、骨料溫度高, 混凝土入模時(shí)溫度就高?；炷恋臏囟染€脹系數(shù)為10一5/℃如果初凝時(shí)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(dāng)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(huì)產(chǎn)生內(nèi)部約束應(yīng)力, 更不會(huì)產(chǎn)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(huì)在混凝土構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力。由于混凝土的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)低于其抗壓強(qiáng)度, 此拉應(yīng)力大于混凝土的極限杭拉強(qiáng)度時(shí), 就會(huì)在構(gòu)件內(nèi)部出現(xiàn)裂縫。裂縫的產(chǎn)生也是變形的結(jié)果, 從而導(dǎo)致應(yīng)力松弛。

本工程在施工地下室頂板時(shí), 正值南方地區(qū)高溫酷暑季節(jié), 連日氣溫都在35℃ 以上, 有時(shí)高達(dá)39℃。在太陽(yáng)暴曬之下, 實(shí)際混凝土初凝時(shí), 表面溫度可達(dá)50℃～60℃, 而出現(xiàn)裂縫時(shí)氣溫在25℃左右, 溫差變化在30℃上下。一個(gè)月混凝土的收縮完成40％左右, 如果沒有地下室連續(xù)墻及下層已澆筑結(jié)構(gòu)的約束, 頂板內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生溫度收縮應(yīng)力。但是本工程地下連續(xù)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(xù)墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)在一年前已施工完畢, 收縮、徐變已完成80％左右, 其一側(cè)緊靠土體, 本身溫度變化(下降)受環(huán)境影響遠(yuǎn)不如暴露在太陽(yáng)下的板那樣明顯, 況且在施工地下室頂板時(shí)連續(xù)墻也不存在水泥水化熱引起的溫升, 故地下連續(xù)墻的溫差變化在10℃左右。如果在設(shè)計(jì)中認(rèn)為地下室頂板與地下連續(xù)墻同時(shí)澆筑、同時(shí)溫升、同時(shí)溫降、同時(shí)收縮, 則板中應(yīng)力遠(yuǎn)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(yīng)力。另外, 在水中結(jié)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(xù)墻時(shí)尚未降低地下水, 墻體混凝土近似在水中養(yǎng)護(hù), 所以兼作圍護(hù)結(jié)構(gòu)的地下連續(xù)墻一年內(nèi)的收縮值小于其僅作為地下室外墻養(yǎng)護(hù)條件下的收縮值?；炷喜捎帽盟? 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(dāng)然已澆筑的其他豎向構(gòu)件也同樣會(huì)對(duì)頂板的收縮產(chǎn)生側(cè)向約束, 只是地下室連續(xù)墻的剛度大, 澆筑時(shí)間早, 約束力強(qiáng)。

三．溫度收縮應(yīng)力的估算

現(xiàn)以辦公樓A1板為例來初步估算溫度收縮應(yīng)力

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

T=55-25=30℃

40天的收縮:。

收縮當(dāng)量溫差：。

考慮連續(xù)墻降溫相對(duì)溫差：T=30+10.7-10=30.7℃。

地基水平阻力系數(shù):C=2.5N/mm。

考慮到板與連續(xù)墻剛接板中最大收縮應(yīng)力: =3.15=(開裂)

其中：為考慮徐變引起的內(nèi)力松弛系數(shù), 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(xù)墻約束變形所產(chǎn)生的拉應(yīng)力方向, 部分裂縫位于板中洞口的邊角部位, 是由于拉應(yīng)力集中所致。也正是由于地下室頂板同地下連續(xù)墻施工的不同步, 造成板的溫度變形及收縮變形遠(yuǎn)大于同期內(nèi)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(shè)了控制沉降的后澆縫, 在一定程度上緩解了應(yīng)力緊張狀況。但后澆縫之間的距離仍然在50m以上, 大于規(guī)范中20～40m的要求, 在此之間混凝土的溫度及收縮應(yīng)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(jié)不在夏季, 氣溫較低, 溫差較小, 溫度應(yīng)力也較小, 避免了裂縫的出現(xiàn)。

四.裂縫的危害性及修補(bǔ)

本工程中出現(xiàn)的裂縫不屬于受力裂縫, 裂縫出現(xiàn)前板中拉應(yīng)力較大, 拉應(yīng)力同板與墻之間的剪應(yīng)力相平衡。裂縫出現(xiàn)后, 應(yīng)力水平得以緩解, 降溫及收縮的應(yīng)力狀態(tài)將逐步趨于一固定值, 無危險(xiǎn)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(huì)因此再引起附加的應(yīng)力同時(shí), 由于地下室板有人防要求, 承載力較富余, 故對(duì)裂縫不必做補(bǔ)強(qiáng)處理。在裂縫開展穩(wěn)定后(一般在三個(gè)月后, 具體可根據(jù)觀測(cè)結(jié)果定), 對(duì)表面裂縫, 用環(huán)氧材料進(jìn)行封閉處理對(duì)貫穿裂縫,尤其在洞口處, 由于應(yīng)力集中引起的裂縫, 采用環(huán)氧灌漿處理。具體操作如下:

表面裂縫處理

對(duì)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(cè)2～3cm處擦洗干凈。如有油污等雜物, 還須用丙酮擦洗, 待風(fēng)干后, 在裂縫兩側(cè)涂一層環(huán)氧基液, 用環(huán)氧膠泥或環(huán)氧基液沾貼玻璃絲布修補(bǔ), 并注意凝固前不得受雨淋。環(huán)氧材料配比見表1。

表1環(huán)氧材料配比（重量比）

（2）深層裂縫處理

為了恢復(fù)板的整體性, 對(duì)貫穿裂縫還必須進(jìn)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(shè)灌漿咀

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

配制及灌漿

環(huán)氧樹脂液的配制方法, 是先將環(huán)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(yīng)速度緩慢, 粘度增長(zhǎng)不致太快, 便于灌漿。灌漿前, 應(yīng)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(dá)到無水及干凈狀態(tài)。在一條裂縫上灌漿, 可由上而下, 由一端到另一端開始進(jìn)漿后要注意觀察, 待下一個(gè)咀出漿時(shí)立即關(guān)閉閥門, 然后繼續(xù)加壓灌漿, 直到壓力基本穩(wěn)定后, 再保持一定的時(shí)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(kuò)大。

封口及結(jié)束工作

待縫內(nèi)漿液達(dá)到初凝而不外流時(shí), 可拆灌漿咀, 再用環(huán)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(huán)氧灌漿液的配比

五.結(jié)束語(yǔ)

施工時(shí)由于某些相鄰構(gòu)件不能連續(xù)施工, 時(shí)間較長(zhǎng), 都應(yīng)考慮不同步的溫度及收縮變形對(duì)后澆筑構(gòu)件的影響。相鄰構(gòu)件所處的養(yǎng)護(hù)環(huán)境不同, 二者之間的溫度及收縮變形也不同。不但地下連續(xù)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(shí), 以前澆筑的構(gòu)件同樣會(huì)對(duì)新構(gòu)件產(chǎn)生不同程度的約束, 對(duì)此在施工中也應(yīng)給予重視, 并同設(shè)計(jì)配合, 作出合理的施工方案。

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

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)以PDF形式查看。