地下空間的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制與防水

劉陳好　馬魁　曹博文

摘要：地下空間結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫對建筑而言將產(chǎn)生巨大的威脅，但是地下空間的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫又是不能避免的情況。那么如何有效的對其裂縫進行控制，做好防水工作是建筑設(shè)計者們最為關(guān)心的問題。結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因很復(fù)雜，根據(jù)國內(nèi)外的調(diào)查資料，裂縫的產(chǎn)生與材料、設(shè)計、施工及維護有關(guān)。為此，對地下空間鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫控制與防水加以研究，從本質(zhì)上分析地下空間結(jié)構(gòu)常出現(xiàn)的裂縫滲漏水問題及其控制措施。

關(guān)鍵詞：地下空間結(jié)構(gòu)；鋼筋混凝土；裂縫控制

中圖分類號：TB

文獻標(biāo)識碼：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.01.100

1簡介

隨著城市規(guī)模的擴大，城市的建設(shè)開發(fā)與對耕地的保護之間矛盾日益凸顯，這使得地上空間資源日益短缺。而今后城市化的進一步擴大，會更加加嚴(yán)重這種趨勢，為了較好的節(jié)省地上空間，緩和地上住宅、交通、生產(chǎn)及生活設(shè)施的用地緊張和相互干擾。城市地下空間的利用將是未來城市空間發(fā)展的重要發(fā)展方向?？梢哉f，地下空間結(jié)構(gòu)的抗裂、防水越來越引起人們的重視，它的成功與否，不僅是建筑物使用功能的基本要求，也在一定程度上影響建筑物的結(jié)構(gòu)安全和使用壽命，同時還可以節(jié)約投資，降低工程成本、減少后期維護成本。地下空間結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫對建筑而言將產(chǎn)生巨大的威脅，但是地下空間的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫又是不能避免的情況。那么如何有效的對其裂縫進行控制，做好防水工作是建筑設(shè)計者們最為關(guān)心的問題。

2混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的主要原因

2.1水泥水化熱的影響

水泥水化熱是混凝土產(chǎn)生溫度應(yīng)力的主要原因，水泥水化過程中放出大量的熱，不同品種水泥在不同時間的水化熱不同，其中高水化熱水泥前三天水化熱為70～85kcal/kg；中水化熱水泥前三天的水化熱為50～70kcal/kg；低水化熱水泥前三天的水化熱為40～60kcal/kg，由此可見水泥高溫期主要在澆筑后的三天。由于混凝土內(nèi)外散熱條件不同，內(nèi)部熱量不容易散發(fā)出來，在水化反應(yīng)過程中，混凝土內(nèi)部溫度會越來越高，其導(dǎo)致的結(jié)果是，混凝土中心溫度很高，內(nèi)部和外表形成較大溫差，其表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，而內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，當(dāng)這種應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強度時混凝土表面就會產(chǎn)生裂縫。

2.2混凝土的收縮

混凝土的收縮是指混凝土在空氣中初凝硬化的過程中體積減小的現(xiàn)象。這種不受外力的變形，主要分為塑性收縮、干燥收縮、化學(xué)收縮?；炷恋氖湛s隨著骨料的增加而減小，隨著骨料彈性模量的增大而減小。另外，在混凝土中，不合理的骨料級配也會使混凝土產(chǎn)生裂縫。如果骨料含量過多，由于混凝土的失水，會產(chǎn)生不規(guī)則的網(wǎng)狀裂縫。

2.3混凝土的后期養(yǎng)護

混凝土成型后為保證水泥水化作用能正常進行，應(yīng)及時進行養(yǎng)護。養(yǎng)護的目的是為混凝土硬化創(chuàng)造必須的濕度、溫度條件，混凝土澆筑后如果沒有及時進行養(yǎng)護，則會產(chǎn)生干縮和塑性裂縫。在溫度較高或者風(fēng)較大的天氣，混凝土表面容易較快硬結(jié)，而下部混凝土還未達(dá)到初凝。這種情況只有進行二次振搗，及時覆蓋養(yǎng)護才能解決。

2.4其他原因

產(chǎn)生裂縫的原因還有建筑物基礎(chǔ)的不均勻沉降，伴隨著地基基礎(chǔ)的沉降這種裂縫會逐漸增大，等基地沉降穩(wěn)定后，將不再發(fā)生變化。當(dāng)構(gòu)件所承受的荷載超過其設(shè)計值，或者當(dāng)構(gòu)件未完全硬化達(dá)到設(shè)計強度，而使其過早承受荷載產(chǎn)生裂縫，這類裂縫叫荷載裂縫。還有遇到暴雨、寒流或者提前拆除結(jié)構(gòu)保溫層而使混凝土表面溫度降低，在這種短時間內(nèi)，溫度突然下降很容易使表面產(chǎn)生裂縫。

3地下空間鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制與防水的主要措施

3.1混凝土材料選取與配合比設(shè)計

3.1.1混凝土品種與原材料選用

嚴(yán)格控制水泥、沙、石和外加劑的等原材料的質(zhì)量，嚴(yán)格按照設(shè)計以及規(guī)范進行配合比設(shè)計。在混凝土生產(chǎn)過程中，控制好砂石水泥外加劑等材料計量偏差，及時對骨料的含水率進行檢測，根據(jù)骨料的含水率調(diào)整用水量，控制好水灰比?；炷林兴嗟挠昧恐苯佑绊懰療岬亩嗌伲虼嗽诓牧系倪x取上，我們應(yīng)當(dāng)考慮選擇水化熱較低的水泥，如低熱礦渣硅酸鹽水泥、中熱硅酸鹽水泥等。適當(dāng)?shù)臏p少水泥用量，禁止使用不穩(wěn)定的水泥，因為其中含有的一些成分（如氧化鎂）與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)會使體積發(fā)生膨脹，從而產(chǎn)生裂縫。在骨料的選擇上，選用優(yōu)質(zhì)量的粗細(xì)集料，可以提高混凝土的和易性，改善混凝土工作性能，降低水化熱。細(xì)集料采用級配較好的中砂為宜，可以有效的減少水和水泥的用量。同時，采用粉煤灰技術(shù)，在混凝土中摻用適量粉煤灰能節(jié)約水泥，降低混凝土水灰比，使早期水化熱明顯降低，并且能夠大幅度提高混凝土后期強度。

3.1.2采用外加劑

摻加適量減水劑，可提高混凝土的和易性與早、后期強度，并能適當(dāng)降低水泥用量，間接降低混凝土水化反應(yīng)過程中水化熱的產(chǎn)生，減小混凝土收縮。采用膨脹劑，較常見的膨脹劑大致有無水硫鋁酸鈣或硫酸鋁、U型膨脹劑等。膨脹劑可以降低水化熱，改善混凝土抗?jié)B性和泌水性。

3.1.3防水混凝土

防水混凝土是通過調(diào)整混凝土配合比或摻外加劑等方法，來提高混凝土本身的密實性和抗?jié)B性。常用的防水混凝土有普通防水混凝土和外加劑防水混凝土。

普通防水混凝土與普通混凝土所用原料基本相同，其除了滿足設(shè)計強度要求外，還需要根據(jù)抗?jié)B設(shè)計等級來配置。水泥砂漿主要承擔(dān)填充和粘結(jié)作用，但在防水混凝土中，還要求其在石子周圍形成一定數(shù)量和質(zhì)量良好的砂漿包裹層，減少混凝土內(nèi)部毛細(xì)管、縫隙的形成，切斷其內(nèi)部可能存在的滲水通路，從而達(dá)到結(jié)構(gòu)抗?jié)B的要求。普通防水混凝土宜采用普通硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥，水泥強度等級不應(yīng)低于325。如果摻外加劑，也可用礦渣硅酸鹽水泥。

外加劑防水混凝土是在混凝土拌合物中加入一定量的外加劑，（如減水劑、引氣劑、加氣劑、膨脹劑等），以改善混凝土和易性和其結(jié)構(gòu)組成，提高混凝土密實性和抗?jié)B性，達(dá)到防水抗?jié)B要求。

3.2施工工藝

3.2.1模板工程

在防水混凝土工程中，對模板的要求應(yīng)平整、拼縫嚴(yán)實不漏漿，并且應(yīng)當(dāng)有較高的強度和剛度。在支模時，鐵絲或者螺栓不宜貫穿混凝土，當(dāng)無法避免這類情況時，應(yīng)采取相應(yīng)止水措施?？梢栽诼菟ㄩg加焊一塊止水鋼板（100mm*100mm）來阻止?jié)B水通路的產(chǎn)生，并且在模板拆除后，在混凝土墻外壁涂上防水材料（特別是螺栓斷口處，以免螺栓銹蝕，長時間會穿透墻體使墻內(nèi)壁產(chǎn)生紅棕色銹斑）。另外，對鋼筋保護層厚度也有要求，防水混凝土迎水面鋼筋保護層厚度不等小于30mm，底部鋼筋均不得接觸底板墊層。

3.2.2施工縫

在混凝土澆筑過程中應(yīng)采用機械攪拌、機械振搗，要嚴(yán)格做到分層、連續(xù)澆筑。施工縫是防水薄弱的位置，因此在施工過程中應(yīng)盡量不留、少留。墻體不得留垂直施工縫，其水平施工縫的留設(shè)不應(yīng)留在剪力與彎矩最大處或板底與墻體交接處，最低水平施工縫距離板底面不少于200mm。施工縫的留設(shè)形式有：平口縫、凸縫、高低縫、金屬止水縫。如圖1所示。

3.2.3混凝土后期養(yǎng)護

為保證水泥水化作用能正常進行，為混凝土硬化創(chuàng)造必須的濕度、溫度條件，在混凝土澆筑后要及時進行養(yǎng)護，否則很容易產(chǎn)生干縮和塑性裂縫，而且混凝土的強度也很難達(dá)到預(yù)期值?；炷恋酿B(yǎng)護方法主要有自然養(yǎng)護、加熱養(yǎng)護和蓄熱養(yǎng)護。蓄熱養(yǎng)護多用于冬季施工；而加熱養(yǎng)護除用于冬季施工外，常用于預(yù)制構(gòu)件養(yǎng)護。在地下工程施工過程中常見的養(yǎng)護方法是自然養(yǎng)護，自然養(yǎng)護是指在自然氣溫條件下，對混凝土采取覆蓋、澆水濕潤、擋風(fēng)、保溫等養(yǎng)護措施。自然養(yǎng)護又分為覆蓋澆水養(yǎng)護和塑料薄膜養(yǎng)護兩種。

3.3構(gòu)件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

（1）設(shè)計合理的結(jié)構(gòu)形式，可以減少工程數(shù)量，減低水化熱。

（2）改善邊界約束的構(gòu)造設(shè)計，在外約束的接觸面上設(shè)置緩沖層和滑動層以及應(yīng)力緩和溝，可大大減小外約束。如在遇有約束強的巖土類地基和較厚的砼墊層時，可在接觸面上設(shè)滑動層來減少溫度應(yīng)力。

（3）設(shè)計時對結(jié)構(gòu)構(gòu)件施加一定預(yù)壓力，抵消構(gòu)件自重和外部荷載以及補償混凝土內(nèi)部溫度收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力，這樣可以有效的減少結(jié)構(gòu)裂縫的生成。

（4）可增配直徑小、小間距的構(gòu)造鋼筋，控制全截面配筋率在0.3%～0.5%之間。為了更有效地提高混凝土抗裂能力，可以在其表面增設(shè)金屬擴張網(wǎng)。

4結(jié)束語

現(xiàn)澆混凝土裂縫是難以避免的，但其危害卻是可以控制的，過大會降低建筑物的抗?jié)B性、耐久性和承載能力，同時嚴(yán)重影響建筑物使用壽命。本文通過對混凝土材料、施工工藝與后期維護、改善結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面做出分析，采取綜合措施，降低混凝土的收縮和溫度應(yīng)力、掌握現(xiàn)場施工要點，減少混凝土裂縫的產(chǎn)生，有效避免地下結(jié)構(gòu)裂縫滲水。

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