超大地庫頂板裂縫產(chǎn)生原因及預控措施研究

任慧超，朱文偉，裴超超，孟志遠，郭耐，刁夢凱

（中國建筑第五工程局有限公司河南公司，河南 鄭州 450009）

0 前言

隨著城市化建設(shè)的快速發(fā)展，諸如地鐵、城市綜合管廊、海綿城市、大型地下車庫等超長、超大地下結(jié)構(gòu)也日趨增多。由于地質(zhì)情況的復雜性，地下結(jié)構(gòu)施工也伴隨著許多問題，地下車庫頂板裂縫就是其中尤為突出的一個現(xiàn)象。

地庫頂板裂縫會導致滲漏水情況的發(fā)生，進而引起鋼筋銹蝕、混凝土碳化，最后降低混凝土材料的耐久性[1]，情況嚴重的甚至會影響地下車庫的正常使用及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

湯小平[2]通過有限元模擬，證明在地下室頂板設(shè)置膨脹加強帶，能夠降低頂板混凝土的溫度應(yīng)力，進而減少混凝土裂縫的發(fā)生。高波等人[3]從改善混凝土澆注質(zhì)量入手，提出了減少混凝土裂縫生成的預防措施。劉雪[4]用表征手法檢查、檢測，通過增大抗拉強度、擴大極限拉伸值、降低彈性模數(shù)來控制和防治混凝土裂縫。屈瑾[5]通過建立二維混凝土隨機骨料模型，通過控制骨料尺度與面積占比兩個參數(shù)，研究不同尺度下骨料的含量變化對混凝土開裂形態(tài)及峰值應(yīng)力的影響。

本文結(jié)合工程實例，從頂板混凝土裂縫類型、產(chǎn)生原因出發(fā)，探索一項適合超大地下車庫頂板裂縫的預控施工工藝。

1 頂板混凝土裂縫類型

混凝土裂縫因其形成時間與類型可分為干縮裂縫、自收縮裂縫和溫度裂縫。

干縮裂縫是由于內(nèi)外濕度變化不均、水分蒸發(fā)不均而產(chǎn)生的裂縫。裂縫為表面性，寬度較細，走向縱橫交錯，沒有規(guī)律。其產(chǎn)生原因主要是由于混凝土成型后養(yǎng)護不當，受到風吹日曬，表面水分散失快，體積收縮大，而內(nèi)部濕度變化很小，收縮也小，因而表面收縮變形受到內(nèi)部混凝土的約束，出現(xiàn)拉應(yīng)力，進而引起混凝土表面開裂。

自收縮裂縫是指混凝土在與外界無物質(zhì)交換的條件下，膠凝材料的水化反應(yīng)引起毛細孔負壓和內(nèi)部相對濕度降低，導致宏觀體積的減小。這種收縮是由化學作用引起的，不包括因自身物質(zhì)增減、溫度變化、外部加載或約束而引起的體積變化而產(chǎn)生的裂縫，它也是混凝土產(chǎn)生裂縫的主要因素。

溫度裂縫常見于大體積混凝土，混凝土結(jié)構(gòu)形成以后，由于混凝土內(nèi)部水泥水化熱的大量產(chǎn)生，造成混凝土內(nèi)部溫度急劇上升，由于大體積混凝土厚度大，很難和外界進行熱量交換，因此就造成了很大的內(nèi)外溫差，進而導致混凝土裂縫的出現(xiàn)。

2 工程概況

商丘市睢陽區(qū)重點街區(qū)棚戶區(qū)改造項目（三期）A-6-1 地塊位于商丘市睢陽區(qū)西部新城規(guī)劃一路以西，規(guī)劃三路以北，規(guī)劃二路以南，規(guī)劃四路以東。

建筑面積：總建筑面積為 237336.80m2，地上面積167792.25m2，地下面積 69544.55m2，住宅地下室面積15551.8m2，地上住宅面積 157622.18m2，住宅總面積173173.98m2，共 8 棟 30 層高層，1 棟商業(yè)。其地下車庫兩層，局部一層，地庫面積廣、跨度大，其中地庫頂板厚度 35cm，在混凝土施工過程中極易出現(xiàn)開裂的情況。

3 裂縫產(chǎn)生原因

結(jié)合現(xiàn)場施工具體情況，本文將超長地庫頂板裂縫產(chǎn)生的常規(guī)原因歸納為以下四種：混凝土原材料不合格、設(shè)計不合理、施工不當及使用超限。

3.1 混凝土原材料

3.1.1 砂、石骨料

（1）含泥量、泥塊含量超標

含泥量過大時會降低水化產(chǎn)物的產(chǎn)生，削弱混凝土內(nèi)部界面結(jié)合能力，造成混凝土強度的降低，進而促進混凝土早期裂縫的產(chǎn)生、數(shù)目的增多。

（2）級配不合理

合理的砂、石級配對混凝土骨架堅固性起著支撐作用。骨料級配不合理易使骨料間空隙加大、單位面積水泥覆蓋量減小，造成混凝土和易性不佳，出現(xiàn)泌水等，導致混凝土的早期收縮變大，產(chǎn)生裂縫。

3.1.2 外加劑

商品混凝土常用外加劑主要有減水劑、泵送劑等。減水劑在保證混凝土和易性的同時，能提高混凝土強度或減少水泥用量；泵送劑能有效減少混凝土拌合物的稠度損失，延長其工作性能時效。但隨水泥、摻合料品種、廠家的變換，出現(xiàn)外加劑與膠凝材料適應(yīng)性不良時，易出現(xiàn)混凝土和易性變差、凝結(jié)時間延長，加劇混凝土早期的化學收縮，導致結(jié)構(gòu)物裂縫的產(chǎn)生。

3.2 設(shè)計因素

3.2.1 混凝土配合比設(shè)計

施工過程中，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場具體情況，合理設(shè)計混凝土配合比。水膠比、砂率過大容易增大混凝土的干縮，過小則和易性不佳；對于高強度等級混凝土，膠凝材料總量的增加，特別是水泥占比過大，也易引起混凝土的自收縮，進而導致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。

3.2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）外部荷載作用產(chǎn)生的直接應(yīng)力過大。比如結(jié)構(gòu)受力假設(shè)與實際受力不符，內(nèi)力與配筋計算出現(xiàn)失誤，結(jié)構(gòu)剛度不足、構(gòu)造處理不到位等，都容易引起混凝土結(jié)構(gòu)開裂[6]。

（2）外部荷載產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)次應(yīng)力過大，引起混凝土結(jié)構(gòu)開裂。如剪力墻或頂板開洞、鑿槽等，在整體結(jié)構(gòu)受力計算時難以模擬計算，只能根據(jù)經(jīng)驗設(shè)置受力鋼筋，從而導致結(jié)構(gòu)開裂。

（3）關(guān)鍵節(jié)點未設(shè)置加密鋼筋，因設(shè)計原因出現(xiàn)的基礎(chǔ)不均勻沉降等，都會導致結(jié)構(gòu)開裂。

3.3 施工階段

（1）模板支設(shè)

支模架搭設(shè)、模板安裝不當?shù)仍斐山Y(jié)構(gòu)局部變形或下陷，引起頂板開裂。

（2）混凝土澆筑

混凝土和易性不好，現(xiàn)場加水，或一次澆筑高度過大，容易導致混凝土的離析或漿料分離；混凝土澆筑不連續(xù)，致使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)冷縫，造成結(jié)構(gòu)整體受力不足，出現(xiàn)開裂；澆筑后收面不及時，混凝土表面水分散失，導致板面干燥收縮開裂。

（3）混凝土養(yǎng)護

養(yǎng)護不到位，如夏季施工混凝土澆筑后未及時灑水養(yǎng)護，冬季未覆蓋棉氈等，都容易導致混凝土的干縮或凍裂。

（4）拆模過早、成品保護意識不足

混凝土強度不足時提前拆模、板面上人放線、吊放鋼管、鋼筋等主輔材，造成應(yīng)力荷載集中，主體結(jié)構(gòu)受到擾動；過早拆模，暴力拆模，致使結(jié)構(gòu)缺角少棱等，都易導致結(jié)構(gòu)開裂。

（5）其他施工因素

澆筑過程中出現(xiàn)雨雪強烈天氣，大體積混凝土澆筑過程中水化熱內(nèi)外溫差過大，結(jié)構(gòu)主筋位移致使結(jié)構(gòu)區(qū)拉裂，模板負彎矩配筋或搭接未按標準執(zhí)行等，都會使混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。

3.4 使用過程

頂板使用荷載超限，如重型機械地庫頂板作業(yè)；基礎(chǔ)不均勻下沉等也會因應(yīng)力集中拉裂混凝土。

4 預控措施

（1）建立成套質(zhì)量監(jiān)管體系

1）定期對商品混凝土攪拌站的原材料進行考察，避免為降低成本而以次充好，使用標準之外的原材料。

2）嚴控混凝土澆筑、養(yǎng)護、拆模等施工工序，避免施工不當造成的結(jié)構(gòu)開裂。

（2）設(shè)置后澆帶及膨脹加強帶

將膨脹加強帶與后澆帶結(jié)合設(shè)置，達到齡期要求后，于后澆帶中澆筑補償收縮混凝土，以其膨脹應(yīng)力彌補混凝土自身的收縮應(yīng)力，減少混凝土開裂[7]。

（3）合理設(shè)置鋼筋加密區(qū)

板面、梁、柱等豎向構(gòu)件應(yīng)力較大部位配置加強鋼筋，如洞口加筋，梁板剪力較大區(qū)域設(shè)置附加筋，梁柱節(jié)點部位加密箍筋，地庫外墻設(shè)置鋼筋網(wǎng)片等，有效提高抵抗溫度和收縮效應(yīng)的能力，減少結(jié)構(gòu)開裂[8]。

（4）制定極端因素防控方案

如突遇雨雪天氣，澆筑過程中混凝土斷料等，在突發(fā)因素影響下合理留置施工縫、做好成品保護，也對減少混凝土開裂有著重要作用。

（5）避免施工荷載超限

地庫頂板封閉后注意使用超限，使用重型機械前須進行限荷計算，避免頂板回填，塔吊、施工電梯等設(shè)備拆卸時，對頂板進行過大荷載沖擊，造成頂板裂縫的產(chǎn)生。

5 結(jié)語

混凝土裂縫控制貫穿前期設(shè)計、原材質(zhì)量、施工控制、使用維護等施工全過程，本文從裂縫類型、成因分析，提出了建立成套質(zhì)量管理體系、設(shè)置后澆帶及膨脹加強帶、合理設(shè)置鋼筋加密區(qū)等措施，對結(jié)構(gòu)抗裂進行了充分總結(jié)，希望對所有施工工程人員能有一定的幫助。