超長地下結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生原因及防治措施探討

徐郁峰 蔡應杰

(華南理工大學土木與交通學院,廣東 廣州 510640)

超長地下結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生原因及防治措施探討

徐郁峰 蔡應杰

(華南理工大學土木與交通學院,廣東 廣州 510640)

結(jié)合實踐經(jīng)驗，從混凝土收縮、溫度效應、材料選擇、施工技術、自然環(huán)境等方面，分析了超長地下結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生原因，并探討了裂縫的防治措施，從而保證地下結(jié)構(gòu)工程的質(zhì)量。

地下結(jié)構(gòu)裂縫，混凝土，溫度效應，防治措施

0 引言

伴隨著社會發(fā)展，有很多工程出現(xiàn)超大型的地下室，其長度達到了200 m甚至300 m。在早期的設計中，此類結(jié)構(gòu)都有設置伸縮縫，即采用建筑防水的方法。但實踐中發(fā)現(xiàn)，在后期的使用階段，伸縮縫處經(jīng)常出現(xiàn)大量滲水的情況。由于伸縮縫的材料壽命一般小于結(jié)構(gòu)設計年限且更換十分困難，伸縮縫處一旦漏水，封堵處理非常困難，往往隨堵隨漏，特別是在地下室層數(shù)較多、地下水位較高時，底板處水頭很高，滲水更加嚴重?！陡咭?guī)》第4.3.13條規(guī)定:當采取適當?shù)臉?gòu)造措施和施工措施減少溫度和混凝土收縮對結(jié)構(gòu)的影響時，可適當放寬伸縮縫的間距。為滿足建筑的功能與防水等要求，越來越多的超長地下結(jié)構(gòu)增大了伸縮縫的設置間距，甚至不設縫。實際上，目前很多設計都采用了無縫的超長地下結(jié)構(gòu)：廣州中華廣場(地下室及裙樓為168 m×137 m，1999年落成)、昆明柏聯(lián)廣場(地下室及裙樓為113 m×84 m，2000年落成)、沈陽百佳廣場(120 m×80 m，2001年落成)均未分縫。

但是，不設縫的超長混凝土地下室結(jié)構(gòu)同樣可能會面臨結(jié)構(gòu)開裂滲水的問題。超長混凝土地下室結(jié)構(gòu)在溫度和混凝土收縮等作用下，會產(chǎn)生大量裂縫，影響結(jié)構(gòu)耐久性。開裂發(fā)展嚴重后，會產(chǎn)生滲水、漏水現(xiàn)象，嚴重影響建筑的使用，裂縫的開展甚至會降低結(jié)構(gòu)承載力(連續(xù)結(jié)構(gòu)變成多跨鉸接結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)抗剪承載力降低等)。同時，由于超長地下室結(jié)構(gòu)埋在地下，結(jié)構(gòu)開裂后修補困難、投資巨大，且不易根治。因此，對超長地下結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生原因分析及提出防治措施十分必要。

1 超長地下結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生原因

1.1 混凝土收縮

混凝土收縮是混凝土的主要特性之一，指的是混凝土在凝結(jié)初期或硬化過程中，在不受外力的情況下出現(xiàn)體積縮小的現(xiàn)象。由于混凝土的早期強度低，收縮產(chǎn)生的微觀裂縫一旦發(fā)展，就易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)裂縫。收縮裂縫在大體積混凝土中發(fā)生比率較高，裂縫形式多為規(guī)則條狀，往往與受力鋼筋平行?；炷潦湛s量的大小主要與混凝土本身的配合比及外界環(huán)境因素有關。一般水灰比越大，收縮越大，養(yǎng)護環(huán)境的溫度與濕度越大，收縮越小。同時影響收縮的因素還包括選用的水泥標號與種類、混凝土的施工質(zhì)量、構(gòu)件的體積與表面積比等。

1.2 溫度效應

在降溫工況下，根據(jù)熱脹冷縮的規(guī)律，結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生收縮，當?shù)叵率业装寤炷恋臏囟仁湛s受到抗側(cè)力構(gòu)件或者土的約束時，構(gòu)件中便會產(chǎn)生拉應力，當拉應力大于混凝土的開裂應力時，結(jié)構(gòu)便會開裂。在升溫工況下，由于混凝土表面的溫度與混凝土內(nèi)部的溫度存在差異，當混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度梯度過大時，由于混凝土本身邊界條件的限制，混凝土內(nèi)部會產(chǎn)生壓應力，而表面會產(chǎn)生拉應力，從而導致混凝土結(jié)構(gòu)表面開裂。一般溫度變化越大、約束越強的結(jié)構(gòu)越容易產(chǎn)生溫度裂縫。

1.3 混凝土材料選擇

混凝土材料選擇的影響主要體現(xiàn)在兩個方面：影響混凝土的收縮量大?。挥绊懟炷恋目估瓘姸?。在混凝土使用的主要材料中：一般礦渣水泥收縮比普通水泥收縮大，粉煤灰水泥及礬土水泥收縮較小，快硬水泥收縮較大；砂巖作骨料時收縮大幅度增加，粗細骨料中含泥量越大，收縮越大，混凝土的抗拉強度越低；骨料粒徑越粗，收縮越小，骨料粒徑越細，砂率越高，收縮也越大。

1.4 施工原因

超長地下混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫產(chǎn)生與施工質(zhì)量及施工順序也有很大關聯(lián)。首先，施工過程中的施工縫或后澆帶交界界面處理不當、混凝土振搗不實、養(yǎng)護不當、混凝土配置時配合不準確等原因都會造成混凝土質(zhì)量下降，降低混凝土抗拉強度或增大混凝土的早期收縮變形，從而導致開裂滲水的現(xiàn)象產(chǎn)生。施工過程中澆筑混凝土的順序不當，一次性澆筑較多體積的混凝土時，可能導致混凝土早期的內(nèi)部約束較大，繼而產(chǎn)生較大的收縮應力，造成開裂。

1.5 其他因素(環(huán)境)

環(huán)境越干燥、收縮越大，早期采用泡水養(yǎng)護可以減少混凝土的收縮應力，但突然斷水后會產(chǎn)生較大的收縮應力，從而導致開裂；環(huán)境中風速對混凝土的收縮也有影響，風速越大，收縮越大。同時，研究發(fā)現(xiàn)盡早對開挖的土進行回填，封閉房屋和裝修對混凝土的裂縫控制與防水都十分重要。

2 超長地下結(jié)構(gòu)裂縫防治措施

2.1 合理設計，優(yōu)化構(gòu)造

由于約束是影響溫度變化工況下混凝土開裂的一個重要因素，太強的約束會造成結(jié)構(gòu)在約束附近更易開裂。因此在設計時，不應一味增大墻、柱子的約束剛度，采用橫向分布筋等整體柔性約束可以減少開裂的可能性。同時，可以采用設置伸縮溝等構(gòu)造，減小底板的水平約束剛度。通常的伸縮溝在構(gòu)造上，是把頂板、底板、側(cè)壁局部做成U型結(jié)構(gòu)，利用U型結(jié)構(gòu)良好的變形能力來抵抗變形，在構(gòu)造上伸縮溝的側(cè)壁應做得盡量高，厚度做得盡量薄，同時配置數(shù)量多而間距密的受力筋，使其成為既柔軟又強韌的伸縮元件。若底板下為堅硬土層或巖層，底板變形會受到巖石的摩擦約束，此時應將伸縮溝的間距適當減小，必要時需采取措施(如采取柔性防水，在底板與巖層間加一層砂層等)減少底板與巖石的摩擦效應，如底板下為較軟的土層，則其約束較小，伸縮溝的間距可適當放松。

2.2 選擇合適的原材料及配合比

合理的混凝土原材料的選擇及配合比設計可以減少甚至避免結(jié)構(gòu)后期開裂的可能性。地下室底板宜采用普通硅酸鹽水泥、選用大減水率的混凝土減水劑，降低水灰比，從而減少混凝土的早期收縮。同時，地下室底板的泵送混凝土的坍落度不宜太大。采用添加膨脹劑的方法也可以降低早期收縮的影響，但這對溫度應力造成的開裂滲水作用不大。高強度混凝土徐變小，應力松弛低，脆性高并容易引起開裂，應根據(jù)結(jié)構(gòu)需要選擇合適強度標號的混凝土，梁、板、墻一般混凝土強度宜采用C25～C35，盡可能不超過C40。如遇有不可避免的高強度的大體積混凝土時，應當利用后期90 d強度。

2.3 優(yōu)化施工順序與施工方法

首先，施工中應采取必要的施工質(zhì)量保證措施，保證混凝土的澆筑質(zhì)量與養(yǎng)護環(huán)境滿足要求。施工過程中，應避免雨天澆筑混凝土；混凝土不宜過早拆模；做好早期保濕養(yǎng)護；澆筑混凝土時

做好施工縫交接處的表面處理；振搗混凝土時避免超振。

其次，可以通過合理設置后澆帶的方法，減少混凝土早期收縮造成的裂縫，混凝土的收縮大部分集中在初期，混凝土大部分收縮完成后，再進行后澆帶封閉。另外施工時可采取跳倉施工的方法進行混凝土澆筑。

3 結(jié)語

針對超長地下結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因，可以從優(yōu)化設計及構(gòu)造、合理選擇原材料和混凝土配合比、保證施工質(zhì)量、優(yōu)化施工順序等多方面入手，根據(jù)工程實際情況，綜合采用上述措施，從而達到控制裂縫產(chǎn)生及發(fā)展的目的，保證地下結(jié)構(gòu)的工程質(zhì)量與使用壽命。

[1] 王鐵夢.工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997.

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

[3] 傅學怡,吳 兵.混凝土結(jié)構(gòu)溫差收縮效應分析計算[J].土木工程學報,2007,40(10):50-59.

Exploration on super-long underground structure cracking causes and its preventive measures

Xu Yufeng Cai Yingjie

(CollegeofCivil&Traffic,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640,China)

Combining with practical experience, starting from aspects of concrete shrinkage, temperature effect, material selection, construction technology and natural environment, the paper analyzes super-long underground structure cracking causes, and explores its preventive measures, so as to guarantee the underground structure engineering quality.

underground structure cracks, concrete, temperature effect, preventive measures

1009-6825(2017)01-0048-02

2016-10-22

徐郁峰(1976- )，男，副教授； 蔡應杰(1991- )，男，在讀碩士

TU312.3

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