地下室底板承臺(tái)混凝土裂縫成因分析及防治措施

彭雙艷 曹正斌

（中機(jī)國(guó)際工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 湖南長(zhǎng)沙 410000）

引言

隨著建筑業(yè)的飛速發(fā)展，建筑的結(jié)構(gòu)型式越來(lái)越多樣化、建筑要求不斷提高，由建筑結(jié)構(gòu)挑戰(zhàn)新高帶來(lái)的一系列建筑工程質(zhì)量問題也越來(lái)越多，如混凝土樁基承臺(tái)裂縫就是一個(gè)常見的混凝土裂縫問題?；炷恋牧芽p因其種類多，影響因素多，故而不易進(jìn)行成因分析，進(jìn)而采取相應(yīng)的防止措施，因此也就很難界定混凝土裂縫形成的責(zé)任主體是施工、設(shè)計(jì)還是混凝土供應(yīng)商了。本文就遇到的實(shí)際樁基承臺(tái)裂縫問題，進(jìn)行了一些研究和分析。

1 工程實(shí)例

1.1 工程概況

擬建場(chǎng)地西靠常德洞庭大道，北接二輕路，東為劉家坪路。擬建建筑由5棟住宅（其中 1#、2#、4#棟均31層，3#棟 6層，5#棟18層）帶一層地下室組成。地下室底板板面最低標(biāo)高黃海高程為26.2m，抗浮水位標(biāo)高為29.5m。

1.2 工程設(shè)計(jì)

本工程地基基礎(chǔ)等級(jí)為甲級(jí)，基礎(chǔ)采用長(zhǎng)螺旋鉆孔壓灌樁，主樓采用直徑φ900、φ800兩種直徑，純地下室采用φ600的抗拔樁，樁長(zhǎng)約17m，樁端持力層為圓礫層。主樓承臺(tái)為大體積混凝土樁基承臺(tái)，最大承臺(tái)尺寸為12.6m×11.5m，底板、樁身及承臺(tái)均采用C35混凝土澆筑。地下室抗?jié)B等級(jí)為P8。

1.3 工程施工

其中4#棟承臺(tái)及底板于2014年10月底施工完畢，2015年8月主體驗(yàn)收，該地下室底板及樁基承臺(tái)采用泵送商品混凝土，施工日平均氣溫在18℃左右，混凝土配比符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求，出廠合格證和質(zhì)量證明書等資料均齊全，各組混凝土試塊也滿足規(guī)范要求。4#棟與1#、2#棟等均采用的同一廠家的混凝土，由多家施工隊(duì)伍同步施工，當(dāng)4#棟上部結(jié)構(gòu)施工至10層時(shí)，其中3個(gè)較大的樁基承臺(tái)沿承臺(tái)周邊開始出現(xiàn)細(xì)微裂縫，裂縫長(zhǎng)度15～50mm不等，裂縫寬約1～1.5mm，表現(xiàn)為承臺(tái)與地下室底板相分離，能明顯看出樁基承臺(tái)的輪廓線。施工過程中4#棟每3層觀測(cè)1次沉降，單次沉降量、累計(jì)沉降量和平均沉降量均滿足規(guī)范要求。

2 混凝土底板樁基承臺(tái)裂縫的主要影響因素

混凝土的裂縫種類繁多，影響裂縫的因素可能是一種也可能是多種。本工程地下室11550m2，主樓承臺(tái)為大體積混凝土樁基承臺(tái)，承臺(tái)厚達(dá)2.5m，整個(gè)地下室范圍僅4#棟在施工過程中出現(xiàn)了多條細(xì)微裂縫，且裂縫沿樁基承臺(tái)周邊分布。針對(duì)本工程多棟單體僅4#棟部分承臺(tái)出現(xiàn)裂縫的情況，排除了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、混凝土配合比等影響因素，且4#棟僅施工至10層就出現(xiàn)了混凝土裂縫，沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示正常，未超出規(guī)范要求，也排除了外荷載的影響。因此本文將從大體積混凝土澆筑、混凝土的保溫和保濕養(yǎng)護(hù)等方面進(jìn)行一些分析和研究[1]。

3 大體積混凝土底板樁基承臺(tái)裂縫的成因分析

大體積混凝土的裂縫主要有溫度裂縫、收縮裂縫和安定性裂縫等。裂縫產(chǎn)生的原因有水泥水化熱、約束條件、外界氣溫變化、混凝土的收縮變形、混凝土澆筑施工技術(shù)質(zhì)量等。

3.1 水泥水化熱是大體積混凝土裂縫形成的主要因素

大體積混凝土結(jié)構(gòu)一般要求一次性整體澆筑。澆筑后，水泥在水化過程中產(chǎn)生大量的熱量，這是大體積混凝土內(nèi)部熱量的主要來(lái)源。由于混凝土體積大，樁基承臺(tái)斷面較厚，聚集在內(nèi)部的水泥水化熱不易散發(fā)，故引起混凝土內(nèi)部溫度急驟升高，而混凝土的表面卻能較快的散熱，故形成了較大的溫度差，從而產(chǎn)生溫度應(yīng)力。一般在澆筑后的3d左右混凝土內(nèi)部出現(xiàn)最高溫度，且隨著混凝土齡期的增長(zhǎng)，其強(qiáng)度也相應(yīng)提高，對(duì)混凝土內(nèi)部降溫收縮變形的約束越來(lái)越強(qiáng)，溫度應(yīng)力也隨之變強(qiáng)，當(dāng)混凝土的抗拉強(qiáng)度不足以抵抗溫度應(yīng)力時(shí)，即產(chǎn)生溫度裂縫[2]。

3.2 受內(nèi)外約束條件及溫差的影響

約束條件一般可以概括為外約束和內(nèi)約束兩類。其中外約束是指，澆搗過程遭遇暴雨或是保濕措施不到位的問題，進(jìn)而導(dǎo)致構(gòu)件溫度突然下降，增加了結(jié)構(gòu)內(nèi)外部的溫差。內(nèi)約束是指，過渡的入模溫度，將導(dǎo)致樁基承臺(tái)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)與表層，即表層與氣溫環(huán)境溫差過大。

3.3 混凝土內(nèi)粗骨料沉降產(chǎn)生裂縫

由于粗骨料的密度較大，因此，初凝前處于緩慢下沉狀態(tài)，這就導(dǎo)致其會(huì)與膠凝體產(chǎn)生位移。此過程，一旦受到鋼筋網(wǎng)物的約束，就會(huì)產(chǎn)生順筋裂紋，進(jìn)而使混凝土中的高水灰比突出[3]。

4 混凝土裂縫控制措施

4.1 水泥水化熱影響控制

對(duì)于因水泥水化熱不穩(wěn)定所造成的裂縫病害，應(yīng)從材料、配比以及養(yǎng)護(hù)措施控制入手，來(lái)提高地下室混凝土底板樁基承臺(tái)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[4]。具體來(lái)說(shuō)，為最大限度的規(guī)避混凝土結(jié)構(gòu)裂縫病害，實(shí)際施工階段，應(yīng)采用完善措施進(jìn)行配比設(shè)計(jì)。如，采用水化熱度較低的礦渣硅酸水泥，即通過檢驗(yàn)來(lái)控制其施工過程可能帶來(lái)的溫度變化影響。此外，還應(yīng)選擇含泥程度不高的天然砂，以作為細(xì)骨料。如此，在進(jìn)行混凝土的配比設(shè)計(jì)階段，不僅能夠保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，還能降低水泥的使用量。值得注意的是，在攪拌混凝土材料時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)控制好水泥量，并在混凝土中放入一定量的減水劑來(lái)提高其作用于施工實(shí)踐的安全穩(wěn)定性。

攪拌運(yùn)輸過程中的大體積混凝土攪拌作業(yè)，應(yīng)以均勻攪拌方式，來(lái)對(duì)時(shí)間與原材料的使用效果進(jìn)行控制。此外，為保證攪拌作業(yè)的連續(xù)性，應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土樁基承臺(tái)結(jié)構(gòu)的坍落度。此外，為在運(yùn)輸期間規(guī)避混凝土離析現(xiàn)象的出現(xiàn)，應(yīng)盡可能縮短運(yùn)輸?shù)臅r(shí)間，并在施工使用大體積混凝土前進(jìn)行一次攪拌，以提高水泥施工的均勻性。值得注意的是，對(duì)于入模作業(yè)混凝土的自由傾落高度達(dá)到了2m，施工技術(shù)人員應(yīng)采用串筒進(jìn)行下料作業(yè)，以規(guī)避離析問題的發(fā)生。

澆筑大體積混凝土的施工過程，施工技術(shù)人員應(yīng)采用分層澆筑方式進(jìn)行作業(yè)，并根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行分層控制。此外，振搗作業(yè)過程，應(yīng)深入上層混凝土環(huán)境5cm以上，并配合快插慢拔的操作。在對(duì)振搗點(diǎn)進(jìn)行振搗作業(yè)時(shí)，應(yīng)將時(shí)間控制在20～30s范圍內(nèi)，直至混凝土表面無(wú)氣泡現(xiàn)象。如此，停止振搗作業(yè)后投入澆筑施工使用，就能滿足結(jié)構(gòu)基本的性能質(zhì)量要求。

混凝土澆筑完畢后養(yǎng)護(hù)施工，應(yīng)在滿足大體積混凝土施工溫度與硬度效果要求下，采用科學(xué)有效的養(yǎng)護(hù)措施。具體來(lái)說(shuō)，就是在澆筑工作結(jié)束后的12h內(nèi)對(duì)大體積混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)作業(yè)。此外，還應(yīng)盡可能采用蓄水覆蓋方式。對(duì)于混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間，應(yīng)結(jié)合混凝土實(shí)際作用硬度來(lái)進(jìn)行確定。

4.2 溫控措施運(yùn)用控制

4.2.1 溫控措施

由于大體積混凝土結(jié)構(gòu)的溫度會(huì)受到粗集料的影響，因此，溫控措施應(yīng)用人員應(yīng)將其作為重點(diǎn)工作對(duì)象。如，夏季高溫施工環(huán)境，施工技術(shù)人員應(yīng)采用篷布對(duì)建筑材料進(jìn)行覆蓋，以避免其因溫度過高而出現(xiàn)施工與材料使用效果下降的問題。此外，還應(yīng)用草帶蓋住混凝土的輸送泵，并用灑水方式對(duì)其進(jìn)行降溫，以降低混凝土結(jié)構(gòu)的表面溫度。值得注意的是，篷布還應(yīng)作用于混凝土的運(yùn)輸過程，以避免其受陽(yáng)光直射的影響而降低結(jié)構(gòu)施工的質(zhì)量。

4.2.2 溫控監(jiān)測(cè)

要想保證大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工的溫控措施應(yīng)用效果，應(yīng)按照從下自上的順序進(jìn)行監(jiān)督控制。具體來(lái)說(shuō)，在進(jìn)行平面溫測(cè)時(shí)，應(yīng)將每個(gè)測(cè)點(diǎn)間的距離控制在5m范圍，以提高溫測(cè)工作開展的質(zhì)量與準(zhǔn)確性。對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度監(jiān)測(cè)，應(yīng)采用預(yù)留孔洞的方式，來(lái)使監(jiān)測(cè)點(diǎn)能夠布設(shè)于其中。在應(yīng)用測(cè)量?jī)x器設(shè)備進(jìn)行溫度測(cè)量時(shí)，如半導(dǎo)體液晶顯示溫度計(jì)，應(yīng)時(shí)刻觀察混凝土的溫度變化情況。如，施工階段，混凝土的溫度升高狀態(tài)導(dǎo)致溫差大于23℃，應(yīng)通過降低混凝土的覆蓋程度來(lái)降低溫差。當(dāng)混凝土處于降溫狀態(tài)，且混凝土的溫度大于25℃時(shí)，則應(yīng)對(duì)其進(jìn)行增溫處理，即通過保溫措施，來(lái)提高混凝土結(jié)構(gòu)的抗壓能力。

4.2.3 施工階段控制

混凝土的施工作業(yè)階段，應(yīng)通過調(diào)整砂率與減水劑的摻入來(lái)將塌落度控制在科學(xué)合理的范圍內(nèi)。此過程，溫控措施應(yīng)用人員不能隨意添加水分來(lái)控制塌落度。此外，在施工作業(yè)前期，應(yīng)對(duì)機(jī)具、物料以及其他相關(guān)設(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)備，以使分層澆筑作業(yè)不會(huì)出現(xiàn)泌水層的問題。對(duì)于分層澆筑混凝土的作業(yè)，應(yīng)控制好時(shí)間間隔，并將上層混凝土的表面溫度降至大氣平均溫度，最終實(shí)現(xiàn)降低作用溫度的目標(biāo)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，設(shè)計(jì)在混凝土抗裂方面未給出太多的措施，主要依靠施工中的控制。在施工過程中，混凝土的內(nèi)外溫度發(fā)展都在允許范圍之內(nèi)。要想實(shí)現(xiàn)大體積混凝土的溫度控制，首先要有優(yōu)質(zhì)的原材料和合理的混凝土配合比作基礎(chǔ)，然后還要有正確的施工方案、合理的施工組織和有效的溫控方案做保證。事實(shí)證明，在大體積混凝土澆筑過程中，只有從原材料、施工、管理等各種方面采取措施，盡量減少水化熱聚集引起的裂縫，同時(shí)做好溫度測(cè)控措施，從而保證混凝土施工質(zhì)量。故而，相關(guān)建設(shè)者應(yīng)將上述分析內(nèi)容與科研結(jié)果更多地作用于不同施工環(huán)境的地下室承臺(tái)混凝土結(jié)構(gòu)作業(yè)，以達(dá)到工程項(xiàng)目建設(shè)使用的預(yù)期。