鹽漬土地區建筑物裂縫的防治

摘要:鹽漬土地基與一般土的工程性質有顯著區別,建筑物經常碰到裂縫的問題,但裂縫究竟是結構問題,還是建筑表面的現象,這是界定結構安全性的關鍵。本文主要介紹裂縫的產生及防治。

關鍵詞:混凝土裂縫;建筑裂縫;鹽漬土

鹽漬土地基由于所處地理環境、氣候條件和各自地質成因等不同,而與一般土的工程性質有顯著區別,并帶有一定的區域性。當其作為建筑物地基時,如果不注意這些特點就會造成建筑物裂縫。裂縫和產生變形對建筑物的危害主意表現在結構安全性和房屋使用功能兩個方面,結構受力裂縫的出現預示著結構承載力可能不足,結構變形的出現雖然對結構抗壓承載力沒有直接影響,但貫穿性裂縫的形成會降低結構的整體穩定性和抗震性能。外墻、樓板和屋面結構裂縫會影響結構防水,造成房屋滲漏,明顯的結構裂縫或較大的變形會影響建筑物的美觀。

鹽漬土具有“吸濕性、松脹性、膨脹性、侵蝕性和腐蝕性”的特點,其地基承載力變化大,隨著季節和氣候的變化而變化,在干燥時鹽分呈結晶狀態,地基承載力較高,一旦浸水后,晶體溶解變為液體,承載力降低,壓縮性增大;土中含硫酸鹽類結晶,體積膨脹,溶解后體積縮小,易使地基土的結構破壞,強度降低并形成松脹鹽土;由于鹽類遇水溶解,使地基容易產生溶蝕現象,降低地基的穩定性。在天然狀態下,鹽漬土為很好的地基,一旦因自然條件改變就會產生嚴重的溶陷、膨脹和腐蝕,使建筑物裂縫、傾斜或結構被腐蝕破壞。

鹽漬土土層厚度不一,均勻性不一、不同部位處含水量的變化以及建筑物基底壓力不等等原因時,就會導致地基土不均勻的隆起或下陷,使得建筑物產生墻體開裂、地面隆起或下陷等破壞。因此,必須對鹽漬土土場地進行處理。

某建筑建于鹽漬土地帶,距鹽湖3km,建成后一年,在墻面、地面到處是裂口,墻面裂縫最大寬度達15mm,地裂延續長達40m,縫寬達100mm。為查明事故原因,在大樓內外布設9個鉆孔。查明大樓中間門廳及西側,在表層土層下,存在鹽漬土層,厚達8m,并且有一根地埋上水管接頭漏水,導致鹽漬土層濕化嚴重。

1 具體現象:

1.1 斜裂縫發生在縱墻的兩端,多數裂縫通過窗口的兩個對角,裂縫向沉降較大的方向傾斜,并由下向上發展。由于橫墻剛度較大(門窗洞口較少),一般不會產生較大的相對變形,所以很少出現這類裂縫。裂縫多在墻體下部,向上逐漸減少,寬度下大上小,經常在房屋建成后不久就出現,其數量及寬度隨時間而逐漸發展。

1.2 窗間墻水平裂縫。一般在窗間墻的上下對角處成對出現,沉降大的一邊裂縫在下,沉降小的一邊裂縫在上。

1.3 豎向裂縫發生在縱墻中心的頂部和底層窗臺處,裂縫上寬下窄。當縱墻頂層有鋼筋混凝土圈梁時,頂層中心頂部豎向裂縫則較少。

1.4 房屋的頂層,特別是房屋兩端的縱橫墻體,裂縫沿屋頂圈梁與墻體交接面水平分布及墻體外角斜向分布,其次是門窗洞口45度斜向分布。有的房屋的圈梁處出現了水平裂縫,嚴重的呈連續狀。

1.5 現澆板跨中產生裂縫

1.6 混凝土和抹灰層的干縮裂縫

2 原因分析:

2.1 受力裂縫。受力裂縫多出現在抗震設防區的建筑物上,雖然有圈梁構造柱、鋼筋混凝土現澆板等整體連接,但這也不能完全保證不出現裂縫。發生在房屋底層窗臺處的豎向裂縫,多數是由于縱墻開窗較大,地基受荷載后變形不均勻,窗臺墻起到反梁的作用而引起的。在鋼筋混凝土條形基礎中,基礎內一般均未設置基礎梁,僅靠圈梁、構造柱等來加強建筑物的整體剛度,當地基受荷載較大時,窗臺墻因反向變形過大而開裂。

2.2 墻體和梁上出現斜裂縫,主要發生在不均勻土地基上,由于鹽漬土地基分布不均或鹽漬土溶陷后不均勻下沉,使墻體承受較大的剪切力,當結構剛度較差,施工質量和材料強度不能滿足要求時,導致墻體開裂。地基沉降差異是引起砌體結構建筑物裂縫的一個主要的因素。由于地基沉降差異引起的裂縫多為斜裂縫,此類裂縫一般情況下裂而不鼓,往往貫通到基礎。尤其對于鹽漬土地基,當地基處理不當時,很容易在底層墻體產生斜向裂縫和窗下墻豎向裂縫。在房屋縱橫墻地基不均勻沉降的情況下,將使墻體承受較大的剪切力,當結構剛度稍差、施工質量和材料強度不能滿足要求時,會導致墻體開裂。另外,當房屋層數相差較多而沒有設置沉降縫時,容易在交接部位產生豎向裂縫,這類裂縫常伴有較大的地基不均勻下沉。

2.3 窗間墻水平裂縫產生的原因是在沉降單元上部受到阻力,使窗間墻受到較大的水平剪力,而發生上下位置的水平裂縫。

2.4 房屋頂層的裂縫,產生主要是結構溫度收縮變形不協調所致。該地區具有日照長,太陽輻射強,晝夜溫差大,夏季受陽光直射時間較長,溫度可達40℃左右,而溫度最低值也可達10℃。所以這些地方氣溫變化很大,我們知道混凝土的線膨脹系數(10X10-6m/℃)遠大于磚墻的線膨脹系數(5X10-6m/℃),這樣使得兩者的溫度變形差別很大,因此在圈梁和磚墻接觸處產生一個剪應力使磚墻處于受剪及受拉狀態而出現裂縫。

2.5 鋼筋混凝土現澆板跨中出現裂縫,是由于地基沉降不均勻和溫度的雙重因素形成應力而產生的,這種情形也歸為受力裂縫。如果地基不均勻沉降,將使鋼筋混凝土現澆板單邊下沉而其他邊又受到支座的約束,這樣會導致在混凝土現澆板內部產生拉應力,而且,跨中多是施工縫的留置處,按照規范的要求:施工縫的位置宜留在結構受剪力較小且便于施工的部位。所以,板在其他支座的約束下,由于混凝土內部的拉應力的作用,加上混凝土現澆板受溫差作用的影響,混凝土內部產生的拉應力在周圍支座的約束下,要求在現澆板的最薄弱位置釋放能量,于是在板跨中產生裂縫。

2.6 混凝土和抹灰層的干縮裂縫

砌體結構中的混凝土相對于其他結構更容易產生干縮裂縫。因為在砌體結構當中,混凝土在空氣中硬化時,其中的水分更容易逐漸蒸發, 使毛細孔中形成負壓,隨著空氣濕度的降低,負壓逐漸增大,產生收縮力,當收縮受限制產生的拉應力超過其本身的抗拉強度時混凝土就會開裂而產生干縮裂縫。此類裂縫,無方向性,裂縫較細為0.1mm～0.3mm。

平常我們看到的有些面層空鼓的斜裂縫,往往也是由于墻體面層空鼓、水泥干縮引起的。陽臺欄板與磚砌體接槎處裂縫多由于混凝土二次澆筑引起。施工時未能在構造柱上留出鋼筋進行搭接和焊接,導致鋼筋混凝土欄板由于溫度變化而使混凝土產生收縮,形成裂縫。

3 治理方法

3.1 對于墻體產生裂縫首先應作好觀察工作,注重裂縫開展規律

3.2 一般性裂縫,不影響結構安全使用,采用涂兩遍環氧膠泥或貼環氧玻璃布,以及抹、噴水泥砂漿等方法進行表面封閉處理,對有防水、抗滲要求的結構;縫寬大于0.1mm的深進或貫穿性裂縫,根據裂縫可灌程度,采用灌水泥漿或化學漿液(環氧、甲凝或丙凝漿液)方法進行裂縫修補,或者灌漿與表面封閉同進采用。寬度不大于0.1mm的裂縫,由于后期水泥生成氫氧化鈣、硫酸鋁鈣等類物質,能使裂縫自行愈合,可不處理或只進行表面處理即可。

3.3 對于影響安全使用的結構裂縫,應進行加固處理:

3.3.1 對于因墻體原材料強度不夠而發生的裂縫,采用如下方法:

3.3.1.1 墻面可敷貼鋼筋網片,并配置穿墻壁拉筋加以固定,然后灌細石混凝土或分層抹水泥砂漿進行加固。

3.3.1.2 剔縫補強法。在裂縫處每隔5皮磚剔開一道磚縫,每邊長50cm,深5cm,各埋入1φ6鋼筋,鋼筋端部加直鉤,鉤子深入磚墻裂縫中,用M10水泥砂漿灌縫。采用此法應注意不要在墻體的兩側剔同一條縫,且必須在加固好一面、砂漿達到一定強度后再處理另一面,防止因擾動而降低砂漿強度,另應注意澆水養護。

3.3.1.3 加設拉條法。沿裂縫每隔5皮磚鉆孔4個,分別埋入φ10螺栓和φ6S形鋼筋拉桿將裂縫兩側螺栓焊接,然后以M10水泥砂漿將磚洞及裂縫補抹。

3.3.2 對于梁板因強度不夠而發生的裂縫,采用如下方法:

3.3.2.1 環氧樹脂壓力注膠法。將裂縫用膠帶封閉,每隔250-350設置一個鉆眼,粘上膠嘴,壓力注膠至滿。

3.3.2.2 粘鋼法。在與裂縫垂直方向粘鋼板或碳纖維布,當梁裂縫較寬或強度較低時,需繞梁一周成封閉狀,撓度較大時,尚應在梁底角沿梁長方向粘通長鋼板或碳纖維布。

3.4 鹽漬土地基不均勻沉陷引起的裂縫,對結構的承載能力和整體性有較大的影響,地基處理采用如下方法:

3.4.1 上部結構加固法。在建筑物周圍出現裂縫的部分,增設鋼筋混凝土圍套、加鋼套箍等。通過加固上部結構,增強建筑物抵抗變形的能力。

3.4.2 生石灰樁加固地基法。在鹽漬土地基濕化的區域,通過洛陽鏟探明濕化區域和含水率,根據含水率和濕化深度確定生石灰樁的間距和深度,再通過洛陽鏟在建筑物外圍向地基內斜向成孔,向孔內填入生石灰塊。通過生石灰塊的吸水作用,加速鹽漬土的排水固結,生石灰材料通過與鹽漬土的物理化學作用進行鹽漬土的改性處理,以達到降低鹽漬土變化、增強強度和水穩性的目的。具體來說:石灰的固化作用是由于鹽基交換、次生碳酸鈣膠結性、粘土顆粒與石灰相互作用形成新的含水硅酸鈣、鋁酸鈣等新礦物而顯現出來。

參考文獻

[1]建筑地基基礎設計規范(GB50007-2002) [S].中華人民共和國建設部.北京:中國建筑工業出版社.

[2]《建筑地基基礎勘察設計規范》DBJ13-17-91.

[3]《建筑地基處理技術規范》 GBJ79-91.

作者簡介:程京忍,高級工程師,運城市建筑工程質量監督站。