人防地下室混凝土產(chǎn)生收縮裂縫機(jī)理及預(yù)防措施

顏俊山

（上海民防建筑研究設(shè)計(jì)院有限公司 上海 200000）

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，人防地下室大量建設(shè)，但也出現(xiàn)了很多工程質(zhì)量問題，特別是滲漏問題尤為突出，產(chǎn)生滲水的一個(gè)重要原因是結(jié)構(gòu)裂縫。裂縫不僅對人防工程的密閉性要求產(chǎn)生不利影響，造成水或者毒劑滲漏，甚至可能發(fā)展為結(jié)構(gòu)破壞。本文總結(jié)了現(xiàn)澆鋼筋混凝土產(chǎn)生收縮裂縫的常見原因和預(yù)防措施，并結(jié)合工程實(shí)例驗(yàn)證了措施的有效性。

1 人防地下室收縮裂縫機(jī)理

導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生裂縫：①主要受外荷載作用及不均勻沉降導(dǎo)致變形引起，人防地下室梁板截面通常較大，配筋率也較高，一般不會(huì)產(chǎn)生此類裂縫；②材料本身的收縮裂縫，它主要與混凝土本身的化學(xué)收縮和溫度變化有關(guān)，人防地下室產(chǎn)生的裂縫大多是此類裂縫，本文著重分析此類裂縫產(chǎn)生機(jī)理。

1.1 溫度變形產(chǎn)生的收縮裂縫

混凝土?xí)S溫度的變化而熱脹冷縮，一般而言，在約束條件下熱脹時(shí)產(chǎn)生壓應(yīng)力對混凝土影響不大，但冷縮產(chǎn)生拉應(yīng)力，就可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)收縮裂縫。在面積較大、形狀不規(guī)則、長度超長的人防地下室中較為常見。

1.2 收縮徐變變形產(chǎn)生的收縮裂縫

作為一種多孔非勻質(zhì)材料，水泥加水成水泥硬化體，產(chǎn)生化學(xué)收縮。干燥時(shí)毛細(xì)孔縫中水溢出，使混凝土干縮。水泥水化是個(gè)放熱過程，內(nèi)外溫差較大，發(fā)生冷縮。上述三種收縮都被視為本身材性的收縮，一般總收縮值為0.04～0.06個(gè)百分點(diǎn)。

1.3 原材料及施工工藝產(chǎn)生的收縮裂縫

（1）干縮主要受組成材料的配合比影響，與水泥用量及單位用水量主要相關(guān)，其中用水量影響更大。

（2）干縮的另一個(gè)主要影響因素是骨料，水泥石收縮引起收縮應(yīng)力，而骨料限制收縮。

（3）外加劑在混凝土中大量運(yùn)用，從一些實(shí)驗(yàn)資料分析可以看出，摻加外加劑都導(dǎo)致混凝土收縮有不同程度增大。

（4）在長期的潮濕環(huán)境中，堿骨料反應(yīng)也是產(chǎn)生裂縫的不可忽略原因。

如前所述，混凝土在這幾種情況下均會(huì)產(chǎn)生收縮，混凝土的收縮若在一種理想的毫無約束的狀態(tài)下，是不會(huì)產(chǎn)生裂縫的。但人防地下室是由梁、板、柱、墻等構(gòu)件相互約束形成的空間結(jié)構(gòu)，雖然不同的結(jié)構(gòu)形成的約束條件有所區(qū)別，但任何一種約束都會(huì)對結(jié)構(gòu)的變形產(chǎn)生限制，也就是混凝土本身要產(chǎn)生收縮，但是我們的人防地下室眾多的約束結(jié)構(gòu)構(gòu)件不允許其產(chǎn)生收縮變形，這時(shí)就會(huì)產(chǎn)生收縮拉應(yīng)力。混凝土抗拉能力較低，極限拉伸變形很小，一般為0.02%～0.03%，而我們上述分析的混凝土在自然條件的最大收縮約為0.04%～0.06%。這說明若混凝土在完全約束條件下，混凝土的自然收縮值會(huì)大于開裂的拉應(yīng)變極限值。我們可以得出，混凝土收縮裂縫產(chǎn)生是跟其本身的收縮性質(zhì)有關(guān)，但更主要的是跟約束條件（或約束剛度）有關(guān)，當(dāng)混凝土受上述二者的總變形大于混凝土開裂的極限拉伸變形時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生收縮裂縫。

2 預(yù)防人防地下室開裂的措施

為避免人防地下室出現(xiàn)開裂或減少裂縫出現(xiàn)概率，可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行預(yù)防：

2.1 采用冷軋帶肋鋼筋網(wǎng)片及合理配筋率

混凝土收縮時(shí)，與鋼筋之間的握裹力也逐步增加，由于握裹力往往小于混凝土收縮的拉應(yīng)力，使得混凝土收縮拉應(yīng)力逐漸積累和增長，最后產(chǎn)生收縮裂縫。由此可見，改善鋼筋與混凝土的握裹力可對控制混凝土收縮裂縫作出貢獻(xiàn)。合理增加頂板、底板、外墻配筋率與采用合理的鋼筋直徑及類型，能加大接觸面積，從而使得握裹力提升。冷軋帶肋鋼筋網(wǎng)片由于其縱橫交織焊接，互相間的錨固作用大，與混凝土的握裹力比光圓鋼筋大有提高，可顯著降低混凝土開裂的情況。在設(shè)計(jì)時(shí)，注意應(yīng)在人防墻板中設(shè)置雙層雙向通長鋼筋網(wǎng)，由于人防規(guī)范要求的頂板、底板、外墻配筋率大于普通結(jié)構(gòu)要求，因此嚴(yán)格按人防規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，對控制裂縫同樣有利。

2.2 采用補(bǔ)償收縮混凝土技術(shù)

在補(bǔ)償收縮混凝土中加入膨脹水泥和膨脹劑，最終的變形值可在0.01%左右。目前，我國已經(jīng)研制了多種膨脹水泥和膨脹劑，已廣泛用于地下室防水混凝土，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)予以選用。

2.3 合理設(shè)置后澆帶

后澆帶對減少由于溫度變形和收縮徐變產(chǎn)生的收縮裂縫具有非常明顯的效果，因此設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量控制穿越后澆帶鋼筋的總量，后澆帶的間距宜結(jié)合工程實(shí)際情況，控制在40～60m之間，并設(shè)置在內(nèi)力較小位置，間距過大會(huì)嚴(yán)重影響后澆帶釋放混凝土收縮應(yīng)力的效果；應(yīng)將后澆帶的保留足夠的時(shí)間，在40-60d后再予以封閉。一般后澆帶可做成企口式，寬度800mm，并在迎水面應(yīng)加設(shè)止水鋼板。

2.4 其他注意事項(xiàng)

地下室頂板、側(cè)墻不要裸露在外面，應(yīng)參照當(dāng)?shù)貧庀笄闆r，一般宜有800mm以上的覆土保護(hù)層，充分利用大地的恒溫效果，以免溫差過大而造成開裂，同時(shí)回填土采用透水性較小的黏土回填。要求施工單位嚴(yán)格控制鋼筋位置，對于較厚板應(yīng)有專項(xiàng)措施控制溫差，在澆筑完后，應(yīng)立即采取合理的養(yǎng)護(hù)措施，混凝土終凝后，灑水養(yǎng)水應(yīng)以保持混凝土處于濕潤狀態(tài)，保證混凝土在不失水的情況下得到充足的養(yǎng)護(hù)。

3 實(shí)際案例

南京浦口某人防地下室，地下部分一層，建筑面積約為30000m2（200m×150m），上部主體共有8棟18層剪力墻體系住宅樓，均勻分布在地下室范圍內(nèi)，與人防地下室連為一體，頂?shù)装寰鶠樾卑澹露燃s為1%，建筑層高3.8～5.8m?？紤]到工程的面積較大，層高變化復(fù)雜，本工程設(shè)計(jì)時(shí)考慮了本文前敘的預(yù)防人防地下室開裂的措施，在主樓與地下室交界處采用了冷軋帶肋鋼筋網(wǎng)片，適當(dāng)提高了該處的體積配筋率，頂?shù)装宀捎昧薝EA混凝土膨脹劑，并在地下室合理的設(shè)置了后澆帶，具體見圖1，間距控制在50m以內(nèi)。該工程于2015年6月進(jìn)行了工程竣工驗(yàn)收，目前已投入使用數(shù)年時(shí)間，至今未發(fā)現(xiàn)任何收縮裂縫，確保了防水工程的質(zhì)量，也證明了上述預(yù)防措施的有效性。

圖1 南京浦口某小區(qū)車庫平面及后澆帶布置

4 結(jié)語

人防地下室因其自身的特點(diǎn)，裂縫的產(chǎn)生是比較普遍的，但是怎么解決混凝土收縮，控制收縮裂縫，目前國內(nèi)在這方面的研究仍然不系統(tǒng)，不完善，對混凝土的收縮裂縫進(jìn)行定量分析是十分困難的，不應(yīng)僅局限于材料性能方面的研究，更重要的是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中結(jié)合工程案例進(jìn)行綜合分析。因此，對其進(jìn)行定性分析，采用概念設(shè)計(jì)的手法不失為解決問題的一種有效的途徑，通過合理的設(shè)計(jì)理念與施工方案，及時(shí)進(jìn)行總結(jié)，有效提高工程質(zhì)量。