超長地下結構裂縫產生原因及防治措施探討

徐郁峰 蔡應杰

(華南理工大學土木與交通學院,廣東 廣州 510640)

超長地下結構裂縫產生原因及防治措施探討

徐郁峰 蔡應杰

(華南理工大學土木與交通學院,廣東 廣州 510640)

結合實踐經驗，從混凝土收縮、溫度效應、材料選擇、施工技術、自然環境等方面，分析了超長地下結構裂縫的產生原因，并探討了裂縫的防治措施，從而保證地下結構工程的質量。

地下結構裂縫，混凝土，溫度效應，防治措施

0 引言

伴隨著社會發展，有很多工程出現超大型的地下室，其長度達到了200 m甚至300 m。在早期的設計中，此類結構都有設置伸縮縫，即采用建筑防水的方法。但實踐中發現，在后期的使用階段，伸縮縫處經常出現大量滲水的情況。由于伸縮縫的材料壽命一般小于結構設計年限且更換十分困難，伸縮縫處一旦漏水，封堵處理非常困難，往往隨堵隨漏，特別是在地下室層數較多、地下水位較高時，底板處水頭很高，滲水更加嚴重。《高規》第4.3.13條規定:當采取適當的構造措施和施工措施減少溫度和混凝土收縮對結構的影響時，可適當放寬伸縮縫的間距。為滿足建筑的功能與防水等要求，越來越多的超長地下結構增大了伸縮縫的設置間距，甚至不設縫。實際上，目前很多設計都采用了無縫的超長地下結構：廣州中華廣場(地下室及裙樓為168 m×137 m，1999年落成)、昆明柏聯廣場(地下室及裙樓為113 m×84 m，2000年落成)、沈陽百佳廣場(120 m×80 m，2001年落成)均未分縫。

但是，不設縫的超長混凝土地下室結構同樣可能會面臨結構開裂滲水的問題。超長混凝土地下室結構在溫度和混凝土收縮等作用下，會產生大量裂縫，影響結構耐久性。開裂發展嚴重后，會產生滲水、漏水現象，嚴重影響建筑的使用，裂縫的開展甚至會降低結構承載力(連續結構變成多跨鉸接結構，結構抗剪承載力降低等)。同時，由于超長地下室結構埋在地下，結構開裂后修補困難、投資巨大，且不易根治。因此，對超長地下結構裂縫產生原因分析及提出防治措施十分必要。

1 超長地下結構裂縫產生原因

1.1 混凝土收縮

混凝土收縮是混凝土的主要特性之一，指的是混凝土在凝結初期或硬化過程中，在不受外力的情況下出現體積縮小的現象。由于混凝土的早期強度低，收縮產生的微觀裂縫一旦發展，就易產生結構裂縫。收縮裂縫在大體積混凝土中發生比率較高，裂縫形式多為規則條狀，往往與受力鋼筋平行。混凝土收縮量的大小主要與混凝土本身的配合比及外界環境因素有關。一般水灰比越大，收縮越大，養護環境的溫度與濕度越大，收縮越小。同時影響收縮的因素還包括選用的水泥標號與種類、混凝土的施工質量、構件的體積與表面積比等。

1.2 溫度效應

在降溫工況下，根據熱脹冷縮的規律，結構將產生收縮，當地下室底板混凝土的溫度收縮受到抗側力構件或者土的約束時，構件中便會產生拉應力，當拉應力大于混凝土的開裂應力時，結構便會開裂。在升溫工況下，由于混凝土表面的溫度與混凝土內部的溫度存在差異，當混凝土結構內部溫度梯度過大時，由于混凝土本身邊界條件的限制，混凝土內部會產生壓應力，而表面會產生拉應力，從而導致混凝土結構表面開裂。一般溫度變化越大、約束越強的結構越容易產生溫度裂縫。

1.3 混凝土材料選擇

混凝土材料選擇的影響主要體現在兩個方面：影響混凝土的收縮量大小；影響混凝土的抗拉強度。在混凝土使用的主要材料中：一般礦渣水泥收縮比普通水泥收縮大，粉煤灰水泥及礬土水泥收縮較小，快硬水泥收縮較大；砂巖作骨料時收縮大幅度增加，粗細骨料中含泥量越大，收縮越大，混凝土的抗拉強度越低；骨料粒徑越粗，收縮越小，骨料粒徑越細，砂率越高，收縮也越大。

1.4 施工原因

超長地下混凝土結構的裂縫產生與施工質量及施工順序也有很大關聯。首先，施工過程中的施工縫或后澆帶交界界面處理不當、混凝土振搗不實、養護不當、混凝土配置時配合不準確等原因都會造成混凝土質量下降，降低混凝土抗拉強度或增大混凝土的早期收縮變形，從而導致開裂滲水的現象產生。施工過程中澆筑混凝土的順序不當，一次性澆筑較多體積的混凝土時，可能導致混凝土早期的內部約束較大，繼而產生較大的收縮應力，造成開裂。

1.5 其他因素(環境)

環境越干燥、收縮越大，早期采用泡水養護可以減少混凝土的收縮應力，但突然斷水后會產生較大的收縮應力，從而導致開裂；環境中風速對混凝土的收縮也有影響，風速越大，收縮越大。同時，研究發現盡早對開挖的土進行回填，封閉房屋和裝修對混凝土的裂縫控制與防水都十分重要。

2 超長地下結構裂縫防治措施

2.1 合理設計，優化構造

由于約束是影響溫度變化工況下混凝土開裂的一個重要因素，太強的約束會造成結構在約束附近更易開裂。因此在設計時，不應一味增大墻、柱子的約束剛度，采用橫向分布筋等整體柔性約束可以減少開裂的可能性。同時，可以采用設置伸縮溝等構造，減小底板的水平約束剛度。通常的伸縮溝在構造上，是把頂板、底板、側壁局部做成U型結構，利用U型結構良好的變形能力來抵抗變形，在構造上伸縮溝的側壁應做得盡量高，厚度做得盡量薄，同時配置數量多而間距密的受力筋，使其成為既柔軟又強韌的伸縮元件。若底板下為堅硬土層或巖層，底板變形會受到巖石的摩擦約束，此時應將伸縮溝的間距適當減小，必要時需采取措施(如采取柔性防水，在底板與巖層間加一層砂層等)減少底板與巖石的摩擦效應，如底板下為較軟的土層，則其約束較小，伸縮溝的間距可適當放松。

2.2 選擇合適的原材料及配合比

合理的混凝土原材料的選擇及配合比設計可以減少甚至避免結構后期開裂的可能性。地下室底板宜采用普通硅酸鹽水泥、選用大減水率的混凝土減水劑，降低水灰比，從而減少混凝土的早期收縮。同時，地下室底板的泵送混凝土的坍落度不宜太大。采用添加膨脹劑的方法也可以降低早期收縮的影響，但這對溫度應力造成的開裂滲水作用不大。高強度混凝土徐變小，應力松弛低，脆性高并容易引起開裂，應根據結構需要選擇合適強度標號的混凝土，梁、板、墻一般混凝土強度宜采用C25～C35，盡可能不超過C40。如遇有不可避免的高強度的大體積混凝土時，應當利用后期90 d強度。

2.3 優化施工順序與施工方法

首先，施工中應采取必要的施工質量保證措施，保證混凝土的澆筑質量與養護環境滿足要求。施工過程中，應避免雨天澆筑混凝土；混凝土不宜過早拆模；做好早期保濕養護；澆筑混凝土時

做好施工縫交接處的表面處理；振搗混凝土時避免超振。

其次，可以通過合理設置后澆帶的方法，減少混凝土早期收縮造成的裂縫，混凝土的收縮大部分集中在初期，混凝土大部分收縮完成后，再進行后澆帶封閉。另外施工時可采取跳倉施工的方法進行混凝土澆筑。

3 結語

針對超長地下結構裂縫產生的原因，可以從優化設計及構造、合理選擇原材料和混凝土配合比、保證施工質量、優化施工順序等多方面入手，根據工程實際情況，綜合采用上述措施，從而達到控制裂縫產生及發展的目的，保證地下結構的工程質量與使用壽命。

[1] 王鐵夢.工程結構裂縫控制[M].北京：中國建筑工業出版社，1997.

[2] GB 50010—2010，混凝土結構設計規范[S].

[3] 傅學怡,吳 兵.混凝土結構溫差收縮效應分析計算[J].土木工程學報,2007,40(10):50-59.

Exploration on super-long underground structure cracking causes and its preventive measures

Xu Yufeng Cai Yingjie

(CollegeofCivil&Traffic,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640,China)

Combining with practical experience, starting from aspects of concrete shrinkage, temperature effect, material selection, construction technology and natural environment, the paper analyzes super-long underground structure cracking causes, and explores its preventive measures, so as to guarantee the underground structure engineering quality.

underground structure cracks, concrete, temperature effect, preventive measures

1009-6825(2017)01-0048-02

2016-10-22

徐郁峰(1976- )，男，副教授； 蔡應杰(1991- )，男，在讀碩士

TU312.3

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