某高層建筑地下室裂縫分析與治理

莫春宇

【摘 要】 本文是對某高層地下室在拆模后即刻出現(xiàn)的裂縫從設計，材料，施工等原因進行分析，對已出現(xiàn)的裂縫進行危害分析并對已出現(xiàn)的各類裂縫提出修補方案。

【關鍵詞】 地下室 超長結(jié)構(gòu) 裂縫分析 危害分析 裂縫修補

一、 工程概況

某高層建筑地下一層附建式地下工程，地下室主體尺寸為115mx51m，基礎為多樁承臺樁基，底板為梁板結(jié)構(gòu)，板厚300，頂板為框架結(jié)構(gòu)，板厚200，外墻厚300，內(nèi)墻厚300和200。主體沿縱橫向各設一條后澆帶，混凝土設計強度等級均為C30，內(nèi)摻混凝土膨脹劑，要求限制膨脹率2～4x10-4，并摻適量粉煤灰。

墻體拆模后即陸續(xù)發(fā)現(xiàn)墻體上出現(xiàn)裂縫，至目前為止，已發(fā)現(xiàn)墻體裂縫68條，頂板縫15條，從裂縫情況來看，有以下共同特點：

1、 所有裂縫均出現(xiàn)在墻體及頂板上，而梁、柱上基本沒有；

2、 墻體裂縫的方向基本與墻體長邊方向垂直，部分墻體有斜裂縫；

3、 墻體裂縫的位置絕大部分在柱兩側(cè)或梁與墻體的擱置點上；

4、 墻體裂縫從水平施工縫向上延伸至頂板；

5、 裂縫寬度較小，一般0.1～0.5mm，但大部分已發(fā)展成貫通裂縫；

6、 裂縫較穩(wěn)定，后期發(fā)展緩慢或不繼續(xù)發(fā)展

7、 裂縫間距不規(guī)則，較長間距有30m，較短間距僅2m

二、 裂縫原因分析

近年來高層建筑地下結(jié)構(gòu)、大底板、外墻及樓板等裂縫問題屢見不鮮，裂縫的控制是涉及設計、施工及攪拌站三方面的綜合問題。

1、 從設計環(huán)節(jié)分析：

本工程主體115mx51m，屬于超長結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)防裂措施是設計的一個重要環(huán)節(jié)，基于前面計算分析和有關規(guī)范要求，設計上要求地下結(jié)構(gòu)頂、底板和墻體均采用微膨脹混凝土，限制膨脹率2～4x10-4，，工程結(jié)構(gòu)頂、底板和墻體縱橫向各留一道后澆帶，后澆帶混凝土限制膨脹率4～6x10-4，后澆帶澆筑前垂直向最大間距28.2m，留縫長度在規(guī)范范圍，水平向最大間距64.95m，雖然理論上仍在允許范圍內(nèi)，但為防止結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，結(jié)構(gòu)設計采取了以下綜合措施：

（1）水平向在超長結(jié)構(gòu)中間增設一道微膨脹混凝土加強帶，也就是在結(jié)構(gòu)收縮應力最大的地方，多摻微脹劑，產(chǎn)生相應較大的膨脹來補償結(jié)構(gòu)收縮。

（2）墻體加強水平向抗裂鋼筋，墻體水平構(gòu)造鋼筋率0.75，大于最小配筋率0.3%的要求，墻體底部有地梁，墻體頂部有5φ20抗裂加強筋。

（3）頂板采取小區(qū)格板塊，一般板區(qū)格在3.4x2.8以內(nèi)，板最小構(gòu)造配筋率在0.5%。

（4）外墻、水池在設計時均補充了結(jié)構(gòu)裂縫驗算，通過增加配筋、限制鋼筋間距等手段，將計算裂縫寬度控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)。

如果按照設計要求施工，理論上不應產(chǎn)生貫通的溫縮裂縫。從現(xiàn)場裂縫位置來看，裂縫不但出現(xiàn)在較長的外墻、頂板等位置，而且象1/J軸墻體長僅10.4米，也出現(xiàn)的兩條裂縫，可見結(jié)構(gòu)超長不是本工程出現(xiàn)多處貫通裂縫的原因。

2、 從混凝土配比分析：

本工程防水混凝土配比是看，水灰比0.42（規(guī)范允許<0.55），水泥用量316kg/m3（規(guī)范允許>280），灰砂比1：2.46（規(guī)范允許1：1.5～2.5），粉煤灰摻量20%（規(guī)范允許15%～20%），膨脹劑摻量8%（廠家建議6%～0%），從配比看，各項指標基本在規(guī)范允許范圍內(nèi)，其中水泥用量略高，給結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生留下了一定的不利影響，但從其它工程的類比看，這種影響不是很大。

3、 從施工角度分析：

據(jù)了解，施工單位在地下室墻柱施工過程中曾有過管理不嚴格，出現(xiàn)振搗不密實，養(yǎng)護不充分的現(xiàn)象，但基本來說還是按有關施工規(guī)程操作， 特別經(jīng)建設和監(jiān)理單位進一步嚴格要求后，施工單位在施工和環(huán)節(jié)上做的還比較好，未出現(xiàn)嚴重違反操作規(guī)程的現(xiàn)象，施工總體比較順利，特別是頂板出現(xiàn)裂縫的施工段，施工養(yǎng)護是做的最好的一段。而且從裂縫發(fā)展規(guī)律來看，很少出現(xiàn)表面龜裂和不規(guī)則裂縫，應該不是施工澆筑和養(yǎng)護的原因。

4、 對裂縫產(chǎn)生原因的初步推斷：

首先，我們可以肯定本工程裂縫不是由外荷載引起的裂縫，因為裂縫在一拆模時就發(fā)現(xiàn)，這時無論是外墻還是頂板均還未承受外荷載作用；也不太可能是地基變形引起的裂縫，本工程為樁基礎，目前僅完成地下室部分，荷載還遠沒達到樁基設計承載力；從前面已作總結(jié)的裂縫的分布情況看，本工程裂縫應屬于由于混凝土收縮引起的裂縫，由于混凝土澆筑過程中產(chǎn)主水化熱，使混凝土溫度由較高溫度向正常環(huán)境溫度降溫，混凝土收縮變形引起應力，當溫縮應力大于混凝土極限拉伸時，混凝土就會拉裂，按前面理論計算，300厚普通混凝土墻在長度大于7.8米時，墻體就可能拉裂，在混凝土早期強度比較低更容易拉裂。墻體裂縫之所以出現(xiàn)在柱兩側(cè)，是因為柱剛度較大，約束的混凝土的變形，梁在墻的擱置處易出現(xiàn)裂縫，是因為梁端在墻頂?shù)那豆淌沟脡鶆蛐猿霈F(xiàn)缺口，在缺口邊出現(xiàn)應力集中而首先被拉裂進而擴展，裂縫在頂板上的分布也符合上述推測，可以看出頂板裂縫雖然有穿過次梁的斜裂縫，但裂縫基本是被限制在主梁所圍的板塊內(nèi)，估計是因為主梁剛度較大，可以限制板變形，次梁然剛度不足以限制板開裂，但其本身由于剛度和配筋較大些，所以沒被拉裂。

本工程墻體和頂板混凝土均是按微膨脹混凝土設計，按前面理論計算，當微膨脹混凝土14天限制膨脹率能達到2.5x10-4時，裂縫的理論間距是無限長，也就是說在合適摻量膨脹劑作用下膨脹效能抵消混凝土收縮是，混凝土不應產(chǎn)生溫縮裂縫，即使考慮運輸、澆筑、養(yǎng)護過程中不利因素影響，在設計采取了一定措施的情況下，按我們以前經(jīng)驗，一次澆筑100～120米左右不留伸縮縫應該不成問題，而本工程最大長度也就60多米，特別在有些墻體總長僅10.4米就出現(xiàn)兩條溫縮裂縫，應該可以初步推測是混凝土的膨脹效能未達到設計要求的原因。

混凝土14天限制膨脹率指標是本工程設計的一個重要指標，在設計圖中未指定膨脹劑的品牌和摻量，但對限制膨脹率指標確給出的具體要求，并在圖紙會審時也予以強調(diào)試驗的重要性，這是因為混凝土的膨脹效能達不到設計要求，可能有幾個方面的原因：1、混凝土配合比不合理，膨脹劑摻量不合適；2、膨脹劑產(chǎn)品本身性能不符合要求；3、本批次產(chǎn)品不合格；4、混凝土攪拌時管理不嚴格，不按配合比下料。這其中前兩個因素需經(jīng)過試驗確定，如果在配合比試驗時限制膨脹率指標數(shù)據(jù)達不到要求，就是前兩個原因，應改變配比或更換品種，如果配合比試驗數(shù)據(jù)合格而現(xiàn)場試塊不合格，就有可能是后兩個原因，需要在加強管理上下功夫，如果兩個試驗數(shù)據(jù)均合格，就應該從其它方面找原因。

三、 裂縫危害分析

1、 結(jié)構(gòu)承載力分析

從前面分析可以看出，本工程裂縫產(chǎn)生的主要原因是混凝土收縮過程中產(chǎn)生的溫縮裂縫，在目前混凝土強度已達到80%以上，特別是下一步回填土完成后，溫度趨于穩(wěn)定，不會產(chǎn)生新的溫度應力，原有溫縮應力在裂縫產(chǎn)生后，應力得至釋放，應力與應變趨于平衡，而且在混凝土產(chǎn)生裂縫發(fā)生變形后，鋼筋的應力開始發(fā)生效能，在沒有外荷載作用下，裂縫一般不會繼續(xù)發(fā)展。

但是，裂縫的存在就使得墻板由一個均勻完整體系出現(xiàn)了薄弱點，如果有外荷載作用時，就在裂縫邊產(chǎn)生應力集中，其值遠大于墻板平均承受荷載產(chǎn)生的應力，一旦應力大于鋼筋混凝土極限拉伸，裂縫就有可能進一步發(fā)展，使裂縫寬度和長度不斷加大，如果裂縫寬度過大（>0.5mm）以后，就會對降低結(jié)構(gòu)承載力。

本工程墻體是按上下支承單向板設計，水平向主要為構(gòu)造鋼筋，目前裂縫寬度較小，對墻體結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生較大影響，可以不進行處理。

頂板上的裂縫雖然對板的承載力有一定不利，但結(jié)構(gòu)梁沒裂，板跨較小，就目前裂縫寬度而言，對頂板整體承載力影響不大，但必需采取措施防止裂縫進一步發(fā)展。

（1） 滲漏分析：

經(jīng)分析，本工程滲漏程度應屬于有有潮濕痕跡無滲水現(xiàn)象，一般這種形式的裂縫當外界水分通過時，水與混凝土裂縫處的石灰CaO化合形成Ca（OH），游離的Ca（OH）又是很容易溶于水的礦物質(zhì)，它必然沿著裂縫向地下室內(nèi)浸出，與室內(nèi)的二氧化碳CO2形成碳酸鈣（CaCO3），沉積在裂縫的表面和里面，逐漸封閉裂縫，這就是混凝土的自愈現(xiàn)象，所以就目前本工程的裂縫而言，即使不進行修補，也不會長期漏水，但是滲水痕跡的存在，會使住戶對結(jié)構(gòu)質(zhì)量產(chǎn)生疑慮，影響到開發(fā)商的聲譽，因此還是應該對裂縫進行修補。

四、 修補方案分析

根據(jù)前面裂縫危害分析，本工程裂縫修補應達到兩個方面的目的：一是堵漏，防止外界水滲入室內(nèi)；二是防止裂縫在外荷載作用下進一步發(fā)展，以免影響以后結(jié)構(gòu)安全。

目前工程界對小裂縫的修補方案主要是壓力灌漿法，灌漿材料主要環(huán)氧漿液、聚氨脂漿液、丙凝漿液、水玻璃漿液等，其共同特點是流動性好，填充性好，有一定變形能力，能在裂縫進一步變形時保持一定的封漏能力，這是符合混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制中“放”的原則，但其不能阻止裂縫在外荷載作用下進一步的發(fā)展，也就是說明只能達到我們要求的一個目的。

經(jīng)考慮，我們認為采用嵌縫膠泥結(jié)合壓貼鋼板的方法能達到本工程裂縫修補要求，先以配制的膠泥嵌入縫達到堵漏的目的，另以反扣螺栓將鋼板條固定在裂縫兩側(cè)，鋼板條一方面能起到壓緊膠泥使之更加密實的作用，另一方面能起到像拉鏈一樣牢牢鎖住裂縫，使裂縫不再發(fā)展的作用，這是符合混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制中“抗”的原則。

首先應確定裂縫的發(fā)展是否穩(wěn)定，對還在繼續(xù)擴展的裂縫，應進一步觀察其發(fā)展情況，分析其原因后再確定修補措施；對已經(jīng)穩(wěn)定的裂縫，應視裂縫發(fā)展情況的不同程度采取不同的處理方法：對于寬度在0.3mm以下的非貫通性裂縫，可不作處理，僅在作外防水層時作掃縫處理；對大于0.3mm以上在非貫通性裂縫，按膠泥嵌縫處理；對寬度在1mm以下的貫通性裂縫，采用鋼板條壓膠泥的方法；對于寬度在1mm以上的貫通性裂縫，必須另行評估按混凝土加固處理，這種情況目前尚未出現(xiàn)，暫不作處理。

參考文獻

[1] 徐榮年，徐欣磊 編著 出版社： 中國建筑工業(yè)出版社 出版時間： 2010

[2] GB 50010-2010，混凝土結(jié)構(gòu)工程設計規(guī)范.

[3] GB 50208-2011，地下防水工程質(zhì)量驗收規(guī)范