住宅樓人防地下室構(gòu)件裂縫檢測及加固方案探析

徐 柯 （安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計院特種檢測研究所，安徽 合肥 230031）

0 前言

人防地下室構(gòu)件通常為混凝土構(gòu)件，包括剪力墻、梁板、頂板等。筆者調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，人防地下室的構(gòu)件裂縫問題主要包括溫度、濕度、不均勻沉降等，裂縫的形式包括表面裂縫、深層裂縫和貫穿裂縫。為保證人防地下室的使用安全，必須對人防地下室的裂縫問題進(jìn)行檢測，并根據(jù)裂縫的實際情況選擇合適的加固方案，進(jìn)而有效抑制裂縫的生長，保證整體住宅樓的質(zhì)量。

1 工程概況

為了更好地分析住宅類人防地下室構(gòu)件裂縫的檢測及加固方案，本文選擇以某住宅小區(qū)為例，該小區(qū)為了滿足車輛停放需求和人防要求，選擇配備大面積的地下室。該住宅小區(qū)的地下室結(jié)構(gòu)形式為大底盤多塔結(jié)構(gòu)，地上8 棟住宅樓，地下室1 層，地下室面積約為20198m2，地下室的抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類（丙類），抗震設(shè)防烈度為6 度，場地類別為II 類。該住宅小區(qū)1#樓和2#樓地下室采用的是平板式筏形基礎(chǔ)，筏板厚度為1000mm，其余6 棟地下室采用的是人工挖孔灌注樁，樁型為端承樁。地下室基礎(chǔ)力層為5 層中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖，混凝土強度等級均為C30，平板式筏形基礎(chǔ)的筏板配筋為C20@150 雙層向分布，人工挖孔灌注樁的樁基設(shè)計等級為丙級，樁身承受豎向承載力。

就目前情況而言，該住宅小區(qū)地下室已經(jīng)投入使用，現(xiàn)已出現(xiàn)了裂縫問題，其中，裂縫出現(xiàn)最多的部位在澆梁板墻上面，而若未能夠?qū)α芽p進(jìn)行良好的處理，則會導(dǎo)致地下室的使用安全性嚴(yán)重降低，將會對小區(qū)居民的生命財產(chǎn)安全帶來嚴(yán)重的威脅。因此，建設(shè)單位為查明裂縫原因，委托專門的檢測機構(gòu)對地下室構(gòu)件裂縫進(jìn)行檢測，根據(jù)實際的裂縫情況分析地下室構(gòu)件裂縫產(chǎn)生的原因，并針對裂縫問題提出針對性的加固措施，以期解決該住宅小區(qū)的地下室構(gòu)件裂縫問題，保證地下室的使用安全[1]。

2 現(xiàn)場裂縫檢測情況

經(jīng)過檢測機構(gòu)的裂縫檢測表明，該住宅小區(qū)人防地下室的裂縫情況主要包括三種，分別為梁裂縫、剪力墻裂縫及頂板裂縫。

該住宅小區(qū)人防地下室梁裂縫主要分布在1#樓和地下室的交接處，裂縫最大寬度可達(dá)0.6mm。裂縫數(shù)量較多，多為直裂縫且對稱貫穿。

該住宅小區(qū)人防地下室的剪力墻裂縫主要分布于1#樓和地下室的交接處，裂縫最大寬度可達(dá)2mm，且對稱貫穿。

在進(jìn)行該小區(qū)人防地下室頂板裂縫的檢測時，先對頂板的板厚及配筋進(jìn)行了檢測，檢測結(jié)果顯示，頂板厚度及配筋均能夠滿足設(shè)計要求。頂板裂縫最大寬度為0.2mm，裂縫較少，且均對稱貫穿。

3 檢測結(jié)論

首先，檢測結(jié)果顯示，該住宅小區(qū)人防地下室的頂板、墻鋼筋配置、梁橫截面積、頂板厚度等均符合設(shè)計要求，故不存在由于未按照設(shè)計要求進(jìn)行施工的問題。

其次，檢測結(jié)果顯示，該住宅小區(qū)人防地下室的頂板混凝土強度等級為C30，剪力墻混凝土強度等級為C35。該小區(qū)人防地下室使用時長為3 年，故推算該小區(qū)人防地下室頂板所能夠承受的壓力約在30.6MPa～38.9MPa，剪力墻所能夠承受的壓力約在35.3MPa～39.7 MPa。

第三，檢測結(jié)果顯示，該住宅小區(qū)人防地下室的梁裂縫、剪力墻裂縫主要集中在1#樓和地下室的交接處，一些部位還會出現(xiàn)少量的頂板裂縫，且裂縫均為對稱貫穿狀態(tài)，裂縫寬度大且較為集中，這將對地下室的安全性帶來嚴(yán)重的影響。

第四，根據(jù)檢測結(jié)果計算可知，該住宅小區(qū)人防地下室的地基基礎(chǔ)承載能力及上部承重結(jié)構(gòu)承載能力依舊能夠滿足設(shè)計要求。

第五，檢測結(jié)果顯示，該住宅小區(qū)人防地下室的裂縫問題主要包括兩種，分別為混凝土收縮裂縫和不均勻沉降裂縫。根據(jù)上文介紹可知，該住宅小區(qū)的人防地下室1#樓和2#樓采用的樓基礎(chǔ)形式是筏板基礎(chǔ)，而其余樓體采用的是人工挖孔樁基礎(chǔ)，兩種不同的樓基礎(chǔ)形式很容易導(dǎo)致樓體與地下室產(chǎn)生不均勻沉降，且伴隨著地下室使用的時長不斷增加，這種不均勻沉降帶來的影響越來越大，而該住宅小區(qū)人防地下室的梁裂縫、剪力墻裂縫便是由不均勻沉降所引起的。混凝土受溫度、濕度的影響會產(chǎn)生收縮應(yīng)力，若混凝土內(nèi)外部溫差過大，則會導(dǎo)致混凝土承受的收縮應(yīng)力增加，進(jìn)而導(dǎo)致地下室構(gòu)件產(chǎn)生裂縫，其中，頂板裂縫的產(chǎn)生便是由混凝土收縮所導(dǎo)致的。

最后，測試結(jié)果顯示，該住宅小區(qū)人防地下室構(gòu)件裂縫較多且寬度較大，內(nèi)部鋼筋構(gòu)件已經(jīng)出現(xiàn)了腐蝕現(xiàn)象，其使用性能及功能均受到了較為嚴(yán)重的影響，構(gòu)件的承載力、使用壽命均有所降低，故需要立即對該小區(qū)人防地下室構(gòu)件裂縫進(jìn)行加固處理。

4 人防地下室構(gòu)件裂縫存在原因分析

由于實際上住宅小區(qū)地下室的構(gòu)件長期處于較為復(fù)雜的環(huán)境當(dāng)中，所處環(huán)境的溫度、濕度難以控制，受各類因素的影響很容易導(dǎo)致地下室出現(xiàn)構(gòu)件裂縫，且通常情況下，構(gòu)件裂縫的種類較多，包括收縮裂縫、溫度裂縫、鋼筋銹蝕裂縫、超載裂縫及堿骨料反應(yīng)裂縫等，而歸根結(jié)底，無論是哪種裂縫，產(chǎn)生的影響因素均為環(huán)境溫度因素、環(huán)境濕度因素、不均勻沉降因素及荷載因素。筆者調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段地下室出現(xiàn)構(gòu)件裂縫有80%是由溫度、濕度和不均勻沉降所引起的。

經(jīng)過相關(guān)研究人員調(diào)查研究表明，即使在沒有任何承載力的作用下，混凝土構(gòu)件也會出現(xiàn)裂縫，這也就說明，混凝土構(gòu)件裂縫產(chǎn)生的主要原因與混凝土自身的特點有著直接的關(guān)系，是一種客觀存在的裂縫[2]。同時，較為嚴(yán)重的混凝土構(gòu)件裂縫均是由影響不嚴(yán)重的裂縫長期不處理所形成的。起初，混凝土構(gòu)件裂縫普遍為表面裂縫，表面裂縫僅出現(xiàn)在混凝土構(gòu)件的表層，若不進(jìn)行處理則會導(dǎo)致混凝土構(gòu)件出現(xiàn)深層裂縫，深層裂縫將會逐漸延伸至混凝土構(gòu)件的內(nèi)部，并最終形成貫穿裂縫。

通過上文分析可知，檢測結(jié)果顯示，該住宅小區(qū)地下室構(gòu)件裂縫主要產(chǎn)生在梁、剪力墻和頂板上，且產(chǎn)生的原因主要包括兩點，分別為溫差和不均勻沉降，而不均勻沉降將會導(dǎo)致混凝土構(gòu)件承受的應(yīng)力分布不均勻，故而會導(dǎo)致混凝土構(gòu)件出現(xiàn)裂縫。

4.1 溫度裂縫的原因分析

溫度裂縫的產(chǎn)生主要是由混凝土構(gòu)件內(nèi)外部溫差過大所引起的。水泥是混凝土的重要組成材料之一，而水泥的水化熱過程中將會產(chǎn)生熱量，但由于混凝土構(gòu)件不易散熱，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫度高于外部溫度。同時，混凝土外部與空氣環(huán)境直接接觸，外部散熱較快而內(nèi)部散熱較慢，當(dāng)溫差達(dá)到一定值時，受溫度應(yīng)力的影響將會導(dǎo)致混凝土構(gòu)件自身的承受較大的拉力，而當(dāng)拉力超過混凝土的極限承受能力時，將會導(dǎo)致混凝土構(gòu)件的表面出現(xiàn)裂縫。

而對于剪力墻結(jié)構(gòu)而言，剪力墻的厚度遠(yuǎn)高于梁板、頂板的厚度，且剪力墻的面積大，故與外界空氣環(huán)境直接接觸的面積較大，這也就說明剪力墻的散熱能力較好，當(dāng)剪力墻的混凝土構(gòu)件水化熱產(chǎn)生熱量時，熱量散發(fā)較快，內(nèi)外溫差不會存在較大的差異。但由于剪力墻外部水分蒸發(fā)較快而內(nèi)部水分蒸發(fā)較慢，故剪力墻外部很容易形成干燥收縮裂縫。

此外，溫差裂縫的產(chǎn)生原因與施工環(huán)境也存在直接的關(guān)系。在施工的過程中，由于存在陽光照射、早晚溫差大等問題，水泥水化放熱則會導(dǎo)致構(gòu)件內(nèi)部溫度增高，地下室梁板則很容易出現(xiàn)冷熱變化、交替的情況，一旦溫度變化差過大，則會導(dǎo)致梁板承受較大的收縮力和膨脹力，進(jìn)而會導(dǎo)致構(gòu)件的承受較大的拉伸力。據(jù)筆者調(diào)查研究顯示，混凝土構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)熱膨脹系數(shù)為1× 10-4/℃，當(dāng)梁板所處環(huán)境溫度差高于20℃時，則會導(dǎo)致其溫差收縮值增加為2× 10-4/℃，而此時則會超過標(biāo)準(zhǔn)熱膨脹系數(shù)，進(jìn)而使得在收縮力的作用下導(dǎo)致梁板出現(xiàn)溫度裂縫[3]。

4.2 應(yīng)力裂縫的原因分析

混凝土是一種混合材料，其是由沙子、水泥、石子、水等諸多材料按照級配要求配比混合而成的，而實際上，水的存在必然會導(dǎo)致混凝土構(gòu)件出現(xiàn)孔隙，這種孔隙分為粗孔和毛細(xì)孔兩種，粗孔與毛細(xì)孔與混凝土構(gòu)件中水的比重和攪拌均勻度有著直接的關(guān)系?；炷翗?gòu)件的應(yīng)力裂縫主要來源于收縮應(yīng)力，其主要包括四種，分別為自收縮應(yīng)力、塑性收縮應(yīng)力、碳化收縮應(yīng)力和干燥收縮應(yīng)力[4]。而通常情況下，在地下室剪力墻、頂板及梁板上產(chǎn)生裂縫所承受的應(yīng)力多為塑性收縮應(yīng)力和干燥收縮應(yīng)力。塑性收縮應(yīng)力與混凝土的水灰比、水用量、混凝土外加劑性質(zhì)、混凝土水泥用量、混凝土外部環(huán)境溫度、施工振搗、使用養(yǎng)護(hù)有著直接的關(guān)系，而干燥收縮與水泥標(biāo)號、水泥用量、水泥含量、水泥標(biāo)準(zhǔn)磨細(xì)度、水灰比、配筋數(shù)量、骨料種類、養(yǎng)護(hù)方法、振搗情況等有著直接的關(guān)系[5]。

4.3 不均勻沉降產(chǎn)生的原因

通過上文分析可知，該住宅小區(qū)地下室的剪力墻、頂板出現(xiàn)裂縫的原因與施工設(shè)計有著直接的關(guān)系，1#樓體、2#樓體與其他樓體的基礎(chǔ)形式不同，伴隨著地下室使用時長不斷增加，地下室便會出現(xiàn)沉降，但由于樓基礎(chǔ)形式不同則會導(dǎo)致1#樓體、2#樓體與其他樓體的沉降速度、沉降量均存在差異，且時間越久、差異越大，因此，產(chǎn)生了不均勻沉降的問題。

4.4 施工質(zhì)量對構(gòu)件裂縫產(chǎn)生的影響

在地下室頂板、剪力墻及梁板施工的過程中普遍選擇的施工方法為澆筑施工，在澆筑施工的過程中往往需要對混凝土進(jìn)行振搗處理以保證混凝土能夠分布均勻，而過分的振搗將會導(dǎo)致混凝土構(gòu)件出現(xiàn)裂縫。通常情況下，混凝土振搗之后會呈現(xiàn)均勻泥狀，而過分振搗后，混凝土的體積將會縮小，同時也伴隨著混凝土出現(xiàn)沉落的現(xiàn)象，而在此時，混凝土表面則會形成一個砂漿層，該砂漿層中水分含量較多，而當(dāng)砂漿層中的水分蒸發(fā)之后，則會導(dǎo)致砂漿層出現(xiàn)裂縫。同時，若在混凝土建筑的過程中，模板、墊層過于干燥，則會導(dǎo)致模板、墊層的吸水量增加，進(jìn)而導(dǎo)致混凝土中的水分非自然蒸發(fā)，混凝土的塑性收縮現(xiàn)象加劇，從而導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。

5 裂縫的加固處理方案

在實際進(jìn)行住宅小區(qū)地下室構(gòu)件裂縫的加固處理時，需要根據(jù)實際裂縫的情況選擇合理的方式進(jìn)行加固處理，以保證資源的合理利用。對于表面裂縫的處理方式，采用表面處理法進(jìn)行處理即可，而對于深層裂縫，可采用填充法、灌漿法進(jìn)行處理，但對于貫穿裂縫，則需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)補強。

5.1 表面處理法

現(xiàn)階段常用的表面處理方法主要包括兩種，一種為表面涂抹水泥砂漿處理法，而另一種為表面涂抹環(huán)氧膠泥或用環(huán)氧粘貼玻璃布的方法。表面涂抹水泥砂漿主要是在裂縫附近的混凝土表面鑿毛，并用水潤濕，用刷水泥凈漿三次，隨后壓實抹光并灑水養(yǎng)護(hù)。表面涂抹環(huán)氧膠泥或用環(huán)氧粘貼玻璃布主要是用二甲苯或丙酮擦洗裂縫并涂抹環(huán)氧膠泥或粘貼環(huán)氧玻璃布。

5.2 填充法

填充法是沿裂縫在構(gòu)件表面開鑿成U 型或V 型，隨后填充修補材料。填充法修補裂縫所用材料視修補目的而定，一般采用改性環(huán)氧修補膠或具有一定延伸率的各種彈性樹脂砂漿。

5.3 灌漿法

灌漿法又稱注漿法，是在一定時間內(nèi)，以較高的壓力將各種粘度較小的膠粘劑或防水劑灌注到裂縫深部，達(dá)到恢復(fù)結(jié)構(gòu)整體性、耐久性及防水性的目的。

5.4 結(jié)構(gòu)補強法

預(yù)應(yīng)力加固處理是在原市人防地下室設(shè)計的極限承載力未能夠滿足實際使用需求的情況下使用的一種加固方式，同時，當(dāng)人防地下室構(gòu)件在使用過程存在預(yù)應(yīng)力損失的情況時，也需要使用該方式對混凝土構(gòu)件進(jìn)行加固。該方法主要是通過增加混凝土構(gòu)件預(yù)應(yīng)力的方式減少混凝土構(gòu)件的荷載力，從而降低荷載力對混凝土構(gòu)件產(chǎn)生的影響。預(yù)應(yīng)力體外加固主要是在人防地下室的梁體部位增加預(yù)應(yīng)力鋼筋或預(yù)應(yīng)力混凝土，從而幫助人防地下室梁板承擔(dān)一部分的作用力。

6 結(jié)論

綜上所述，為了滿足現(xiàn)代社會居民的需求，大部分住宅小區(qū)均會在建筑樓體下層設(shè)置人防地下室。但就目前情況而言，由于存在溫度、濕度、沉降等多種因素的影響導(dǎo)致地下室構(gòu)件很容易出現(xiàn)裂縫，其中，最常出現(xiàn)的位置為地下室的剪力墻結(jié)構(gòu)、頂板結(jié)構(gòu)和梁板結(jié)構(gòu)當(dāng)中。為避免構(gòu)件裂縫對地下室的使用性能產(chǎn)生更加嚴(yán)重的影響，需要對地下室的構(gòu)件裂縫進(jìn)行加固處理。在進(jìn)行加固處理的過程中，需要根據(jù)實際的裂縫情況合理的選擇加固方法，在保證加固質(zhì)量的同時也能夠保證資源的合理利用。