某工程超長地下室混凝土結構裂縫成因分析及防治

覃文彬

【摘 要】高層建筑超長地下室鋼筋混凝土結構裂縫會造成頂板、外墻底板等部位滲水，影響結構耐久性和正常使用。本文結合工程實例 ，從地下室多個部位混凝土結構裂縫的成因進行分析并提出具體防治措施。

【關鍵詞】超長地下室；裂縫；微膨脹劑；收縮

【Abstract】The cracks in the reinforced concrete structure of the ultra-long basement of a high-rise building will cause water seepage in the roof， the outer wall floor， etc.， affecting the durability and normal use of the structure. This article analyzes the causes of cracks in concrete structures from multiple locations in the basement and presents specific prevention and control measures based on engineering examples.

【Key words】Long basement；Crack；Micro-expansion agent；Shrinkage

1. 工程概況

該工程主樓高97.3m，裙樓2層，地下室1層，三至二十七層為住宅，采用人工挖孔樁，樁徑1.0～2.6m不等。地下室長145.5m，寬68.2m，底板除核心筒部位外均為250mm厚構造筏板，板面標高-4.70m。地下室頂板、外墻、底板防水混凝土抗滲等級為S6，采用摻有10%UEA微膨脹劑的混凝土剛性結構自防水，底板外防水為為SBS柔性防水，頂板及外墻為水泥基防水涂料，不設內防水。地下室按結構單元在底板及外墻設置3道橫向及1道縱向施工后澆帶。抗浮設計水位為-3.5m。

2. 裂縫情況

該工程地下室底板于2009年7月初澆筑完混凝土，7月中旬澆筑完地下室外墻混凝土，7月底澆筑完頂板混凝土。11月初開始拆除地下室頂板模板支撐，發現地下室底板、外墻、頂板均出現大量肉眼可見裂縫。如圖1，地下室混凝土結構裂縫位置示意圖。具體如下：

2.1 頂板裂縫：地下室頂板的板面及板底均出現大面積表面裂縫，板底多于板面。

2.2 底板裂縫：地下室底板裂縫數量較多，共有49條，裂縫寬度約0.3～3.0mm，集中分布于建筑物中部，呈現基本垂直于建筑物縱向，越靠近施工后澆帶裂縫越密集。

2.3 外墻裂縫：地下室外墻內外側有大面積分布的裂縫，基本上每跨4～5條，共有裂縫約284條，寬度約為0.3～2.0mm，絕大部分裂縫由上而下貫通，縫寬上大下小。

3. 裂縫分析

3.1 地下室頂板裂縫：主要原因是地下室頂板板面白天受陽光照射，板面升溫高達60℃～80℃。頂板板底無陽光直接照射，溫度均在35℃左右，溫差達25℃左右。這一溫差使板面相對板底伸長了，加之混凝土干縮，故板底會產生裂縫，嚴重者會開裂連通至板面，故在板面亦能看到裂縫。

3.2 地下室底板裂縫：

（1）本工程采用基樁受力為主的樁筏基礎，樁直徑較大（樁徑普遍大于1.5m），承受水平荷載的能力和剛度比一般樁基大得多，樁基的相對位置不會因為溫度的變化而變化，即對地下室底板（構造筏板）水平位移產生極大約束（相當于固定端），而置于樁基上的底板會因為溫度降低而產生收縮變形。本工程結構主體長達145.5米，如按20℃溫差計算，底板的自由收縮量為28.9mm，計算如下：

△L=L（T2-T1）α=145500×（35-15）×1.0×10-5=28.9（mm）

式中 △L——結構體隨溫度變化而伸長或縮短的變形值（mm）

L——結構長度

T1、T2——前后溫度值

α——材料的線膨脹系數，混凝土結構為1.0×10-5

（2）由于底板混凝土澆筑處于7月初，平均氣溫35℃左右，進入11月后，氣溫降至15℃以下，地下室底板厚度薄而含鋼量大（板厚除核心筒外均為250mm，配筋為雙層 16﹫200，配筋率為0.96%），盡管底板施工時預留了施工后澆帶，但按照設計提供的底板施工后澆帶做法，底板通長鋼筋在后澆帶處未斷開（見圖2，地下室底板后澆帶做法），造成底板結構未能自由收縮（至少不能達到自由收縮量），從后澆帶處通長鋼筋的緊繃也說明了這一點，混凝土即被拉裂；又由于后澆帶相對遠離樁基、單元核心筒，兩側接近后澆帶處板體水平變形相對較大，從而呈現越靠近后澆帶裂縫越密集。這就是地下室底板結構被拉裂的主要原因。

3.3 地下室墻體裂縫：

（1）原因之一，與底板產生裂縫原因相同，即因環境溫度降低引起結構收縮受到約束而產生裂縫（見圖3，地下室外墻后澆帶做法），此為裂縫產生的主因。原因之二，墻體澆筑后，墻壁外面因工序原因未能及時回填土方，混凝土因干縮而開裂。原因之三，墻體受日照影響，升溫產生漲伸、降溫產生冷縮，直接受到日照的墻體外側變形顯著大于沒受到日照的內側，導致混凝土開裂。原因之四， 地下室頂板、外墻均添加了UEA微膨脹劑，而UEA微膨脹混凝土的性能：只有在濕養條件下才會膨脹，其限制膨脹率在14天內增幅最大，在膨脹值達到極限值（包括膨脹量和時限）之前，其脹縮量隨濕養條件而波動。本工程由于墻體、板的澆筑時間不一致，在UEA微膨脹劑作用下，當頂板不斷膨脹時，先澆筑完成的墻體基本完成了膨脹，從而造成墻項部自由膨脹受到下部約束引起開裂，進一步加劇了墻體的開裂，這就是地下室外墻裂縫上寬下窄的原因。

（2）因此，本工程超長地下室混凝土結構開裂主要原因來自三個方面：一是混凝土固有的干縮特性決定的，是不可避免的。二是底板結構澆筑時氣溫較高，而施工后澆帶縱向通長鋼筋未作斷開處理，限制了底板結構自由伸縮。為避免這一問題產生，使砼的早期收縮和應力得到自由的釋放，可在澆筑后澆帶兩側混凝土時先斷開后澆帶處通長鋼筋，待兩側混凝土達到齡期且結構變形基本穩定時再焊接，并采用補償收縮混凝土澆筑后澆帶的作法避免裂縫產生。三是由于UEA微膨脹劑的特性決定的。可喜的是，近幾年，隨著經濟發展大量高層建筑的超長地下室應運而生，各種高性能的混凝土膨脹外加劑大量推廣使用，各大設計研究機構進行了多種研究和嘗試，取得了不少應用高性能混凝土膨脹劑獲得超長建筑無縫設計成功的案例，值得借鑒和推廣。

4. 裂縫處理

由于裂縫對混凝土的耐久性和防止鋼筋被銹蝕都極不利，為消除對結構的損害，對裂縫逐條檢查，根據縫寬，本工程結合抗滲、防銹蝕、耐久性以及經濟合理等要求按以下方法進行處理：

4.1 對縫寬小于或等于0.2mm裂縫的處理。頂板及底板：在表面抹防水砂漿處理：（1）清理基層；（2）掃一層聚合物界面劑EC1；（3）刮抹水泥砂漿摻杜拉纖維。墻體：取消外壁原設計水泥基防水涂料作法，按頂板裂縫上述辦法處理后，做聚氨酯防水。

4.2 對于縫寬大于0.2mm裂縫的處理。

4.2.1 本工程采用“高壓化學注漿”的施工方法。這種整治方法主要優點：采用LW、HW漿液各50%混合的化學堵漏劑經高壓灌注，能自由地沿不規則裂縫填充，從滲漏點表面直至滲水源頭都能充滿化學漿，達到徹底堵漏的目的；注入裂縫的化學漿凝固后，具有適應結構變形的能力，適用于活動狀態的結構裂縫堵漏；在裂縫中的化學漿能包裹在結構鋼筋的周圍，有效地阻止了鋼筋的進一步的銹蝕。具體工藝流程：（1）清理基層，距裂縫60mm左右沿墻板面45度斜角用沖擊電錘鉆孔；（2）埋設注漿止水針頭，間距250mm左右；（3）針頭埋置完畢，做好高壓注漿機接線等準備工作后，在針頭上接入牛油嘴，開啟高壓注漿泵（壓力達到6MPa以上）將油溶性聚氨酯化學注漿液注入裂縫，以裂縫表面滲出漿液為宜；（4）檢查施工完畢的滲漏裂縫有無延伸現象，如有延伸采用同樣的工藝進行操作；（5）待化學漿液與裂縫中的水完全固原化后，打掉外露部分的注漿針頭及殘留在壁體外的發泡物；⑥施工完畢，清洗高壓注漿泵，以免堵塞。（見圖4，混凝土裂縫高壓化學注漿示意圖）

4.2.2 裂縫按上述方案處理后，底板及時按原設計澆筑了陶粒混凝土，頂板面及外墻外側及時回填了土方，至今（已超過防水工程質保期）未發現新發裂縫及滲漏現象。可解析為，由于地下室頂板的沙土填充層、外墻外側回填后的土壤、底板澆筑的陶粒混凝土填充層對構件的溫度感應起到穩定作用，使混凝土構件避免出現大的溫度波動，從而避免再生新的溫度裂縫。

5. 結語

通過對該工程超長地下室混凝土結構裂縫產生原因分析，當地下室較長，墻體又是環狀全封閉結構時，其水平方向的應力相當大。因此，合理的平面設計，平面布置規則整齊、避免突變，可減少了長外墻約束應力；另一方面，根據溫度應力與長度非線性關系，應用“抗放兼施”原則，超長結構可通過試驗合理添加膨脹劑實現“抗縮”，同時合理設置后澆帶（通長鋼筋斷開）進行應力釋放達到“放”的效果，從而達到減少地下室外墻、底板開裂的目的。

參考文獻

[1] 王鐵夢.《工程結構裂縫控制》.中國建筑工業出版社，1997.

[2] 雷有弟.《采用合理方法控制超長混凝土建筑物裂縫》.山西建筑，2002，28（12）.

[3] 李國勝.《建筑結構裂縫及加固疑難問題的處理》.中國建筑工業出版社，2006.

[4] 《混凝土結構設計規范》（GB 50010-2002）.中國建筑工業出版社.

[5] 《高層建筑混凝土結構技術規程》 （JGJ3-2002）.中國建筑工業出版社.

[6] 《建筑結構加固工程施工質量驗收規范》（GB50550-2010）.中國建筑工業出版社.

[7] 《混凝土膨脹劑》（JC476-2001）.中國建筑工業出版社.

[文章編號]1619-2737（2018）02-03-693