某商業(yè)住宅項(xiàng)目地下空間結(jié)構(gòu)裂縫控制問題研究

馬華飛

（浙江五聯(lián)建設(shè)有限公司，浙江 寧波 315000）

結(jié)構(gòu)裂縫的成因非常復(fù)雜。相關(guān)調(diào)查資料顯示，產(chǎn)生裂縫的因素包括外荷載直接應(yīng)力與結(jié)構(gòu)次應(yīng)力作用所產(chǎn)生的裂縫，以及環(huán)境溫度、結(jié)構(gòu)膨脹與收縮、徐變、不均勻沉降等引起變形變化而產(chǎn)生的裂縫。其中，又以第二種因素為主，約占結(jié)構(gòu)裂縫的80%。某商業(yè)住宅項(xiàng)目地上32層、地下1層，總建筑面積547055m2。

1 地下空間結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因

1.1 材料因素

（1）材料收縮。收縮裂縫占變形裂縫的80%左右。按照裂縫產(chǎn)生的原因，收縮裂縫又可以分為干燥收縮裂縫、塑性收縮裂縫和溫差收縮裂縫。第一，干燥收縮。水泥水化之后成為水泥硬化體，其絕對(duì)體積將會(huì)減小。通常100g水泥水化后的化學(xué)縮減值為7～9mL。假設(shè)砼水泥用量為350kg/m3，那么水泥水化后所形成的孔縫體積將會(huì)達(dá)到25～30L，此時(shí)砼的抗拉強(qiáng)度和極限拉伸都會(huì)降低。同時(shí)，水泥漿體也會(huì)發(fā)生水蒸發(fā)現(xiàn)象，其蒸發(fā)量為0.06mL/g。在前文假設(shè)基礎(chǔ)上，砼在干燥條件下的蒸發(fā)水量將會(huì)達(dá)到21L/m3。毛細(xì)孔隙水分的逸出會(huì)導(dǎo)致毛細(xì)壓力，產(chǎn)生毛細(xì)收縮。水泥砂漿的干縮值可以達(dá)到0.2%左右，砼的干縮值可以達(dá)到0.06%左右，但是砼的極限拉伸為0.02%，此時(shí)很容易產(chǎn)生干縮裂縫。第二，溫差收縮。水泥水化時(shí)會(huì)放熱，其水化熱為每克165～250J。砼水泥用量的增加會(huì)產(chǎn)生大量的水化熱，最大絕熱溫升可以達(dá)到80℃。當(dāng)砼表里溫差達(dá)到10℃時(shí)，結(jié)構(gòu)就會(huì)產(chǎn)生0.01%的冷縮值；如果溫差達(dá)到30℃，其產(chǎn)生的冷縮值將會(huì)達(dá)到0.03%；若冷縮值超過砼的極限拉伸值就會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)裂縫。第三，塑性收縮。砼在初凝的前一階段會(huì)產(chǎn)生泌水與水分蒸發(fā)，出現(xiàn)失水收縮現(xiàn)象，這時(shí)骨料和水泥之間也會(huì)引起不均勻沉縮變形，這一沉降變形產(chǎn)生在砼終凝之前的塑性階段，所以叫作塑性收縮。塑性收縮的收縮量大約為1%。砼的表面如果養(yǎng)護(hù)不到位或者抹壓失時(shí)都會(huì)龜裂，這些龜裂的寬度通常在2mm以內(nèi)，為表面裂縫。同時(shí)，水灰比不恰當(dāng)、添加劑水性差、振搗差、環(huán)境差等都會(huì)導(dǎo)致表面失水過大，產(chǎn)生砼塑性收縮，引起表面開裂。

（2）減水劑因素。試驗(yàn)證實(shí)，在砼配合比一定的狀況下，加入減水劑后坍落度可以增加130mm左右，然而和基準(zhǔn)砼的收縮值相比增量為120%。因此，《砼減水劑》規(guī)范規(guī)定摻減水劑的砼和基準(zhǔn)砼收縮比≤135%。試驗(yàn)還證實(shí)加入不同種類的減水劑砼其收縮比不同，通常木鈣減水劑收縮比最大，聚丙烯酸減水劑最小。這進(jìn)一步表明減水劑的使用也會(huì)增加商品砼建筑結(jié)構(gòu)開裂的機(jī)會(huì)。

（3）砼后期膨脹裂縫。砼后期膨脹裂縫產(chǎn)生的主要原因包括以下幾種：一是水泥中的CaO、MgO含量過高，Ca（OH）2、Mg（OH）2體積膨脹產(chǎn)生裂縫；二是外加劑堿過多，和活性硅等產(chǎn)生堿-集料反應(yīng)導(dǎo)致體積膨脹產(chǎn)生裂縫；三是Mg++等有害離子進(jìn)入之后對(duì)鋼筋產(chǎn)生腐蝕等從而產(chǎn)生裂縫。

1.2 設(shè)計(jì)因素

鋼筋砼結(jié)構(gòu)中砼、鋼筋一起負(fù)擔(dān)極限狀態(tài)的載荷力，設(shè)計(jì)者需要結(jié)合環(huán)境因素、靜動(dòng)載荷等多種因素對(duì)載荷裂縫進(jìn)行控制。從國(guó)內(nèi)外相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范可以看出，結(jié)構(gòu)變形作用所產(chǎn)生的裂縫主要分為以下兩種。

（1）設(shè)計(jì)規(guī)范沒有對(duì)裂縫的驗(yàn)算方式進(jìn)行明確，而是讓設(shè)計(jì)人員自主選擇。這種情況下設(shè)計(jì)人員基本都采用的是事后處理方式，即裂縫出現(xiàn)之后再堵，實(shí)在不行就排。

（2）設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)載荷裂縫的計(jì)算方式進(jìn)行了明確，并對(duì)允許值進(jìn)行了明確。這種模式下只需要根據(jù)規(guī)范預(yù)留伸縮縫就可以，設(shè)計(jì)上采取留縫就不裂的原則。

1.3 施工管理因素

（1）砼配比是否嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，砂石級(jí)、含泥量等是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求、砼坍落度情況等都會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生影響。

（2）砼澆筑振搗、施工縫與細(xì)節(jié)處理等也會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生影響。振搗過度會(huì)造成浮漿過厚，如果不能及時(shí)抹壓就會(huì)在砼的表現(xiàn)產(chǎn)生塑性裂縫，影響外觀情況。

（3）邊墻模板拆除問題。過早拆除邊墻模板，砼水化熱處于高峰，此時(shí)砼內(nèi)外溫差過大就會(huì)造成砼體開裂。

（4）另外，砼的后期養(yǎng)護(hù)問題也很重要，施工單位要關(guān)注后期養(yǎng)護(hù)問題，特別是對(duì)墻體和柱梁的養(yǎng)護(hù)，稍有不慎就會(huì)產(chǎn)生收縮裂縫。文章案例當(dāng)?shù)貪穸容^大，受吹風(fēng)作用砼水分蒸發(fā)過快，導(dǎo)致干縮加快，這也會(huì)引起表面裂縫。

2 項(xiàng)目結(jié)構(gòu)載荷作用裂縫控制措施

地下空間結(jié)構(gòu)裂縫的控制措施包括抗與放兩種。所謂的抗就是通過加大混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度和極限拉伸對(duì)混凝土變形進(jìn)行平衡；放就是利用混凝土結(jié)構(gòu)自由變形對(duì)混凝土變形進(jìn)行釋放?？购头挪⒉幻?，在實(shí)際施工中通常會(huì)兩種措施并用。

載荷裂縫的控制主要通過在設(shè)計(jì)階段對(duì)結(jié)構(gòu)不同部位能夠產(chǎn)生的最大拉應(yīng)力界面進(jìn)行計(jì)算，讓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以滿足裂縫控制條件。所以要保障某商業(yè)住宅項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料收集的準(zhǔn)確性。在對(duì)某商業(yè)住宅項(xiàng)目結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮其地下水位與土層情況，并作為外墻水壓力設(shè)計(jì)的依據(jù)；同時(shí)還要考慮基礎(chǔ)持力層會(huì)對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的形式與沉降產(chǎn)生直接影響、天氣情況對(duì)溫度和濕度的應(yīng)力計(jì)算產(chǎn)生的影響。

某商業(yè)住宅項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段的裂縫控制主要從以下幾個(gè)方面來進(jìn)行：

（1）確?；A(chǔ)梁、板計(jì)算的基礎(chǔ)資料真實(shí)、可靠，所使用公式與計(jì)算方式科學(xué)、合理?，F(xiàn)階段地基反力的三種假設(shè)其計(jì)算結(jié)果存在一定的差異性，因此，選擇哪種假設(shè)和計(jì)算方式要結(jié)合實(shí)際情況來進(jìn)行。

（2）確保支座假設(shè)科學(xué)、合理。構(gòu)件支座假設(shè)的確定與壁板、鏈接部位、地下室頂板等有關(guān)，假設(shè)是否合理直接影響裂縫設(shè)計(jì)的科學(xué)性。

（3）合理選擇載荷組合。應(yīng)包含施工和檢修階段的載荷組合。

（4）判斷極端溫度的取值和其影響部位的計(jì)算是否合理。

3 項(xiàng)目結(jié)構(gòu)收縮與溫濕差裂縫控制

收縮與溫濕差裂縫的控制通常以相關(guān)規(guī)范規(guī)定為基礎(chǔ)，嚴(yán)格按照混凝土配比、用料要求等進(jìn)行設(shè)計(jì)和操作，另外，還要重視混凝土灌注的養(yǎng)護(hù)。對(duì)于超長(zhǎng)基礎(chǔ)還要重視伸縮縫、添加劑、后期澆筑等對(duì)裂縫的影響。

某商業(yè)住宅項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以《給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50069—2016）要求為基礎(chǔ)。當(dāng)現(xiàn)澆鋼筋混凝土基底是土基時(shí)，要每隔20m或30m處增加一道伸縮縫；如果基地是巖基時(shí)，間距為15m或20m；如果基地是裝配整體式時(shí)，間距為20m或30m。這種增加伸縮縫的方式可以有效消除季節(jié)溫差形成的溫度應(yīng)力，降低混凝土收縮作用。

（1）伸縮縫可以把結(jié)構(gòu)切斷。不過在實(shí)際設(shè)計(jì)中因功能需求有時(shí)很難實(shí)現(xiàn)。因此，在某商業(yè)住宅項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)通過完全或者不完全收縮縫來替代，保障伸縮縫的部分功能。不過這種設(shè)計(jì)對(duì)溫度所造成的伸縮問題效果并不理想，而且會(huì)導(dǎo)致混凝土局部壓碎。所以該項(xiàng)目在使用收縮縫時(shí)還要注意在結(jié)構(gòu)表面開槽進(jìn)行封膠處理。另外，收縮縫所在位置盡量不要在構(gòu)建的受壓區(qū)或應(yīng)力集中區(qū)。變形縫設(shè)置需要相應(yīng)的構(gòu)造措施做保障，對(duì)節(jié)點(diǎn)的處理、材料質(zhì)量、施工水平等都有一定的要求。無論哪一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)差錯(cuò)都會(huì)對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不良影響。在建筑工程中，經(jīng)驗(yàn)豐富的作業(yè)人員可以選擇在混凝土中使用外加劑或者設(shè)后澆帶，降低收縮變形，提高收縮縫間距限制。通常在一些超長(zhǎng)大體積的混凝土設(shè)計(jì)中會(huì)采用添加劑、加強(qiáng)帶、后澆帶等方法來降低伸縮縫。

（2）使用添加劑的目的是提升混凝土的均勻密實(shí)性、減少混凝土結(jié)硬時(shí)的收縮變形。如果混凝土的均勻密實(shí)性較高，混凝土受力變形開裂之后裂縫會(huì)較細(xì)，從而達(dá)到控制裂縫寬度的目的。抗裂防水劑類添加劑通常用在加強(qiáng)帶位置。綜合前面所述，該項(xiàng)目可以通過在混凝土收縮與溫度應(yīng)力最大處設(shè)置加強(qiáng)帶將超長(zhǎng)地下室分割開。在加強(qiáng)帶位置，通過提高混凝土強(qiáng)度與抗裂防水劑類添加劑的摻量、加強(qiáng)帶內(nèi)增配溫度鋼筋等方式，以增加混凝土的膨脹率與抗拉強(qiáng)度，消減混凝土內(nèi)聚拉應(yīng)力。

4 項(xiàng)目結(jié)構(gòu)材料品質(zhì)與構(gòu)造形成裂縫控制

某商業(yè)住宅項(xiàng)目地下空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以《給水排水工程鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》（CECS 138：2002）為基礎(chǔ)，對(duì)結(jié)構(gòu)的使用材料進(jìn)行了確定，主要控制內(nèi)容如下：

（1）澆筑混凝土堅(jiān)決不能用過期的水泥或因受潮而結(jié)塊的水泥，避免水泥水化不完全對(duì)混凝土抗?jié)B性帶來不利影響。

（2）水灰比也會(huì)對(duì)混凝土開裂產(chǎn)生直接影響。一般，水灰比越大，混凝土中水分蒸發(fā)后產(chǎn)生的毛細(xì)孔越多，進(jìn)而提高混凝土開裂風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，沙石粒徑的均勻性、級(jí)配、粗骨料粒質(zhì)量等都會(huì)對(duì)混凝土的密實(shí)度與和易性產(chǎn)生影響，增加裂縫發(fā)生的機(jī)會(huì)；另外，混凝土中添加劑的選擇也會(huì)對(duì)混凝土裂縫產(chǎn)生影響。

（3）結(jié)構(gòu)各部位構(gòu)造的合理性。在保障材料質(zhì)量的同時(shí)，結(jié)構(gòu)部位構(gòu)造的合理性也會(huì)對(duì)裂縫產(chǎn)生影響。在構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)，要通過合理的措施以確保構(gòu)造的實(shí)際受力狀態(tài)和計(jì)算模型是一致的。同時(shí)，還要根據(jù)不同構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)在結(jié)構(gòu)體系中的作用使用不同的構(gòu)造方法。因此，一方面，合理的細(xì)節(jié)構(gòu)造設(shè)計(jì)及有效的完善和調(diào)整，可有效抑制裂縫的出現(xiàn)；另一方面，在理想的設(shè)計(jì)模型中應(yīng)設(shè)有可靠的保障性構(gòu)造措施，以滿足結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力情況。

5 結(jié)束語

地下空間結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因非常復(fù)雜，卻又難以避免。結(jié)構(gòu)裂縫不但會(huì)降低建筑物的抗?jié)B性和耐久性，而且還會(huì)影響建筑物的承載能力，減少建筑物使用壽命。所以，要重視地下空間結(jié)構(gòu)裂縫控制，采用多種措施和方式減少裂縫發(fā)生的可能。