超長(大)地下室混凝土頂板裂縫控制探討

【摘 要】超長（大）地下室混凝土頂板裂縫問題普遍存在，對混凝土的危害重大，它直接影響工程的結(jié)構(gòu)質(zhì)量。裂縫發(fā)生的原因很多，如何才能有效地處理和防止裂縫的產(chǎn)生，一直致力解決的技術(shù)難題。

【關(guān)鍵詞】超長（大）地下室；頂板裂縫；原因分析；處理；控制

1.工程概況及施工過程

某工程總建筑面積162610m2，滿堂地下室，上部有13幢高層建筑，為大底盤、多塔結(jié)構(gòu)。地下室建筑面積36340m2，結(jié)構(gòu)總長約178m×204m。由于地形西高東低，地下室分為四個區(qū)，三個高差均為700mm。

地下室頂板混凝土澆筑按2#、3#、5#、6#塔樓平面位置及與之相連的純地下室區(qū)域設(shè)計后澆帶分布位置分4個施工段施工，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ施工段，其中Ⅰ、Ⅲ施工段（即2#、5#塔樓及相連的純地下室區(qū)域）每個施工段分別按各段內(nèi)所設(shè)后澆帶設(shè)置部位再分小段逐次澆筑完成，每個施工小段頂板均一次性連續(xù)澆筑，不留設(shè)施工縫。Ⅰ、Ⅱ施工段的后澆帶混凝土于地下室頂板全部封頂后應(yīng)甲方進(jìn)行地下室頂板上園林施工要求完成澆筑，時間間隔約1個月，未滿足不少于2個月的要求。Ⅲ、Ⅳ段（即3#、6#塔樓及相連的純地下室區(qū)域）澆筑順序同Ⅰ、Ⅱ施工段。Ⅲ、Ⅳ施工段后澆帶混凝土于地下室頂板封頂后，時間間隔約為1個半月，亦不滿足2個月。

地下室頂板混凝土采用C30P6。為了確保混凝土的質(zhì)量，事前項目部要求砼供應(yīng)商按設(shè)計要求做好預(yù)拌混凝土的配合比設(shè)計，提供給項目部審核后報監(jiān)理單位。在混凝土澆筑過程加強(qiáng)混凝土進(jìn)場后的檢測，特別是加強(qiáng)檢測每車混凝土坍落度。在進(jìn)行混凝土澆筑時，梁及梁柱節(jié)點(diǎn)部位采用插人式振動器振搗，樓板采用平板振動器振搗，并在混凝土表面找平后初凝前采用磨壓機(jī)進(jìn)行表面磨壓，以提高混凝土的密實(shí)度，減少早期收縮裂縫。混凝土澆筑完成后12h內(nèi)在混凝土表面覆蓋舊麻袋并澆水保持溫潤，養(yǎng)護(hù)時間為15d?；炷笼g期滿28d，經(jīng)混凝土試塊試驗(yàn)達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度并報監(jiān)理批準(zhǔn)后才進(jìn)行拆模。模板拆除后至后澆帶澆筑前這段時間對頂板進(jìn)行觀察，未發(fā)現(xiàn)地下室頂板出現(xiàn)裂縫。在后澆帶混凝土澆筑完成后，檢查發(fā)現(xiàn)地下室頂板開始出現(xiàn)裂縫，并且逐漸開展、增多，3個月后裂縫開展情況基本穩(wěn)定。

2.裂縫情況

（1）裂縫主要分布在各塔樓與純地下室區(qū)域相連部位第一跨頂板內(nèi)，多為45°方向斜裂縫，部分裂縫長度較長，寬度較大，且大多貫通頂板，可見較明顯的滲水現(xiàn)象。

（2）純地下室區(qū)域裂縫主要分布在整個地下室平面中部區(qū)域的頂板，裂縫長度不長，個別貫通樓板，滲水現(xiàn)象不太明顯。

3.裂縫原因分析

針對頂板出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，經(jīng)研究分析，推測裂縫產(chǎn)生的主要原因有以下幾個方面。

（1）各塔樓與純地下室區(qū)域相連部位第一跨頂板內(nèi)出現(xiàn)的裂縫主要是由結(jié)構(gòu)剛度突變和不均勻沉降引起的。①結(jié)構(gòu)剛度突變處產(chǎn)生應(yīng)力集中而引起裂縫。各塔樓為12-26層的框架剪力墻結(jié)構(gòu)，純地下室區(qū)域?yàn)閱螌涌蚣芙Y(jié)構(gòu)，兩者的結(jié)構(gòu)剛度相差懸殊；塔樓與純地下室地下室頂板標(biāo)高不在同一標(biāo)高而相差1.2m。通過對塔樓與純地下室的組合結(jié)構(gòu)進(jìn)行剛度分析，確定塔樓與純地下室區(qū)域相連部位為整個組合結(jié)構(gòu)的剛度(豎向剛度和水平剛度)突變的薄弱部位，該部位產(chǎn)生應(yīng)力集中使頂板混凝土產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力而導(dǎo)致該處頂板的開裂。②不均勻沉降引起變形應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫。塔樓與純地下室的結(jié)構(gòu)層數(shù)懸殊，隨著塔樓施工樓層增加而不斷加荷，使塔樓與純地下室的沉降差越來越大，最終導(dǎo)致塔樓與純地下室相連部位出現(xiàn)沉降變形應(yīng)力，引起該處開裂。

(2)純地下室區(qū)域中部裂縫主要是由溫度應(yīng)力引起的。經(jīng)觀察，在Ⅰ、Ⅱ施工段頂板后澆帶施工完成后，及時覆蓋土壤進(jìn)行園林施工，在頂板上形成一個隔熱保溫層，該兩段純地下室區(qū)域出現(xiàn)的裂縫較少。而Ⅲ、Ⅳ施工段頂板后澆帶施工完成后沒有覆蓋土壤，該兩段純地下室區(qū)域出現(xiàn)的裂縫較多。Ⅲ、Ⅳ施工段純地下室區(qū)域處于露天環(huán)境，直接受到氣溫變化作用而產(chǎn)生較大溫差，溫差引起變形應(yīng)力。而且，該區(qū)域頂板后澆帶混凝土澆筑封閉過早，在澆筑完成后使頂板形成一個非常大的結(jié)構(gòu)體，使溫差引起的變形應(yīng)力增大。上述兩個因素致使該處出現(xiàn)較多的裂縫。

（3）地下室頂板部分裂縫較多且沿著頂板預(yù)埋的線盒與線管位置出現(xiàn)，這是由于該處頂板預(yù)埋過多的線管與線盒，削弱了該處混凝土表面的抗拉強(qiáng)度，當(dāng)受到荷載作用和變形應(yīng)力作用時，容易產(chǎn)生裂縫。

4.裂縫處理措施

分析地下室頂板裂縫的各種原因可知，所有裂縫并不是全由混凝土強(qiáng)度等級達(dá)不到設(shè)計要求或超荷作用引起的，也不都是由板負(fù)筋下沉引起的。綜上所述，裂縫的存在對結(jié)構(gòu)承載能力影響較小。此類裂縫可采用化學(xué)壓力灌漿法封閉以防止板內(nèi)鋼筋銹蝕，確保結(jié)構(gòu)耐久性，同時可起到防止?jié)B漏的作用。此外，對純地下室區(qū)域頂板應(yīng)及時進(jìn)行下一工序施工，做好土壤覆蓋。壓力灌漿液采用環(huán)氧樹脂發(fā)泡劑。該材料自身會膨脹，適用于滲水、帶水混凝土裂縫的封堵。

5.控制裂縫的技術(shù)措施

在地下室大體積混凝土結(jié)構(gòu)的施工中可采取以下幾個方面的技術(shù)措施來防止裂縫的產(chǎn)生。

5.1設(shè)置后澆帶

《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010-2010）規(guī)定：“現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)室內(nèi)或埋入土中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)伸縮縫最大間距為55m，露天為35m；現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)相應(yīng)情況分別為45m、30m”。但實(shí)際工程中墻長均超過此規(guī)定，可采取設(shè)置后澆帶的方式增大伸縮縫的最大間距，后澆帶的設(shè)置雖然簡單，但施工時也應(yīng)予以充分重視，一旦處理不好，不僅無法達(dá)到預(yù)期效果，還會給結(jié)構(gòu)留下安全隱患，并影響結(jié)構(gòu)的防水性能。

(1)后澆帶間距。沿東西及南北向每約45m間距各設(shè)置1道后澆帶，頂板與底板上下層對應(yīng)，后澆帶寬800mm，這樣將建筑分割成若干塊。保證后澆帶兩側(cè)的混凝土能相對的自由收縮，由于早期收縮量占混凝土收縮變形的大部分(相對1年的收縮量，1個月占45％-55％，2個月占65％-80％)，待頂板施工完成后60d，再用高一級微膨脹混凝土作二次澆搗后澆帶。由于鋼筋及兩側(cè)混凝土的約束作用，縫內(nèi)混凝土密實(shí)度得以提高。而且增強(qiáng)了與兩側(cè)先澆混凝土的結(jié)合，避免在交接面產(chǎn)生裂縫，提高了結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性。

(2)留設(shè)位置。小跨梁開間或受力較小的部位，一般可在梁跨I/3處；布置時，要注意梁的布置宜平行于后澆帶以免梁截斷太多。

(3)后澆帶做法。后澆帶兩側(cè)宜設(shè)鋼板網(wǎng)，防止主體混凝土流入后澆帶；澆筑前應(yīng)將接縫表面鑿毛，清洗干凈并刷上水泥凈漿。

(4)混凝土養(yǎng)護(hù)。在后澆帶混凝土澆筑后，其養(yǎng)護(hù)時間一般不少于28d。根據(jù)混凝土散熱(降溫或保溫)養(yǎng)護(hù)等需要，可采用圍擋放水，濕麻袋覆蓋等養(yǎng)護(hù)措施，有效保持混凝土內(nèi)水分不蒸發(fā)，避免表面裂縫的產(chǎn)生。

5.2采用微膨脹一補(bǔ)償收縮混凝土

當(dāng)混凝土中摻入適量(一般為5％～10％)的微膨脹劑就形成了微膨脹一補(bǔ)償收縮混凝土。膨脹劑的作用是與水泥中的組分發(fā)生反應(yīng)而生成鈣礬石，它把混凝土中相當(dāng)一部分自由水變成結(jié)晶水，以固體形式存于混凝土中并使其適度膨脹。在鋼筋的約束下，混凝土受壓而鋼筋受拉(即自應(yīng)力混凝土)，就能達(dá)到預(yù)應(yīng)力混凝土那樣的高抗裂性和不透水性，它可部分或全部抵消限制收縮所產(chǎn)生的抗應(yīng)力，使結(jié)構(gòu)不開裂。

5.3防止混凝土早期裂縫

(1)合理選擇原材料。①施工中宜采用低熱的水泥品種；盡量避免使用細(xì)度過細(xì)的水泥，因?yàn)榧?xì)度太細(xì)的水泥水化快，水化收量大，易開裂。②粗骨料應(yīng)盡可能接近中間級配；細(xì)骨料以采用中、粗砂為宜。這樣每立方米混凝土可減少了用水量，水泥用量也可相應(yīng)減少，從而降低了混凝土的溫升和減少混凝土的收縮。③砂、石料的含泥量必須嚴(yán)格控制，超過規(guī)定，會增加混凝土的收縮，引起混凝土抗拉強(qiáng)度降低，對混凝土的抗裂十分不利，一般石子的含泥量控制在小于1％、砂子含泥量控制在小于2％。

(2)消除混凝土初凝后的擾動。①混凝土強(qiáng)度達(dá)到l～2N/mm2前不得在其上踩踏或安裝模板及支架。②混凝土澆筑前，認(rèn)真檢查模板牢固程度。特別對跨度較大的部位應(yīng)加密支撐。③合理布置混凝土輸送管，輸送管支架桿必須支撐在模板上，消除對模板的擾動。④混凝土表層蓋了塑料薄膜，外上層再覆蓋1～2層草袋保溫，促使混凝土強(qiáng)度發(fā)展迅速。⑤嚴(yán)格控制拆模時間。

5.4“跳倉法”

先把超長混凝土結(jié)構(gòu)按長寬各30～40m分為獨(dú)立塊體，先期隔塊跳倉澆筑。后期分塊封倉，從而起到早期混凝土主要靠分塊釋放溫度應(yīng)力，后期主要靠混凝土的抗拉強(qiáng)度承擔(dān)溫度應(yīng)力，從而達(dá)到控制裂縫的目的，跳倉的時間間隔一般為7～10天。

“跳倉法”由于澆筑的連續(xù)性，并不需要特別處理施工縫；同時施工縫的數(shù)目較使用后澆帶減少了一半，降低滲水的概率，即使偶爾滲水也容易通過通過注漿的辦法處理。因此，跳倉法具有方便施工，減少施工周期及節(jié)約造價的優(yōu)點(diǎn)。

5.5采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)

地下室混凝土結(jié)構(gòu)采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力施工是在安裝好混凝土結(jié)構(gòu)普通鋼筋后根據(jù)設(shè)計要求安裝預(yù)應(yīng)力筋套管定位支架，穿設(shè)無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到85%之后張拉預(yù)應(yīng)力筋（有后澆帶的位置須待后澆帶澆筑，并達(dá)到強(qiáng)度），之后進(jìn)行無粘結(jié)筋錨固區(qū)的混凝土封堵。通過預(yù)應(yīng)力筋的張拉，在混凝土結(jié)構(gòu)上建立了預(yù)壓應(yīng)力，抵消了混凝土的收縮應(yīng)力和溫度應(yīng)力，提高了混凝土結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性能和承載性能。

6.結(jié)束語

地下室混凝土頂板裂縫的發(fā)生較為普遍。裂縫發(fā)生的原因很多，裂縫控制不能僅考慮某一環(huán)節(jié)，應(yīng)從結(jié)構(gòu)設(shè)計、構(gòu)造優(yōu)化、原材料優(yōu)選、混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計、施工過程控制等多方面采取措施，進(jìn)行綜合控制。只要措施采取得當(dāng)并嚴(yán)格執(zhí)行，裂縫控制就能取得較好的效果。

參考文獻(xiàn)

[l]GB50010-2002.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[2]王玉泉，孔凡敏，李洪亮.超長地下室外墻和超大面積頂板混凝土結(jié)構(gòu)施工裂縫控制技術(shù)[J].建筑技術(shù)開發(fā).2006，3.