地下室混凝土結構裂縫控制設計分析

薛澤麗

（太原中晉建筑設計事務所有限公司，山西太原 030000）

0 引言

隨著我國城市化進程的加速，城市建設水平不斷提升，城市中的人口壓力越來越大，為了提高對城市空間的利用率，城市中投入建設的高層建筑數量不斷增加，其地下室結構的規模和復雜程度也隨之擴大。目前我國土木建筑工程中以混凝土結構占據主導地位，在內外因素的作用下混凝土結構會不可避免地出現裂縫，一旦出現裂縫，就會對混凝土結構的防水能力、承載能力和耐久能力等產生不同程度的影響，若未能及時對混凝土結構中出現的裂縫進行控制，可能使建筑物造成嚴重的損害，威脅用戶的生命安全。

1 混凝土結構裂縫的基本概念

使地下室結構產生裂縫的原因主要有以下兩點：①地下室結構在外部荷載的作用下產生裂縫，該原因造成的裂縫也叫作結構性裂縫，其本質是由于地下室結構的設計不合理，使得地下室結構的承載力不足，可能會引發嚴重的安全事故，需要引發設計單位和施工單位關注的重要問題；②地下室結構在內外因素的作用下發生形變從而造成混凝土結構出現裂縫，該原因造成的裂縫也叫非結構性裂縫，內外因素包括混凝土收縮、溫度變化、地基發生不均勻沉降等多種因素，混凝土結構在發生形變的過程中內部構件會產生自應力，一旦自應力大于混凝土允許的拉應力，就會造成混凝土結構裂縫[1]。

2 裂縫形成的原因

在實際工程中，約有80%以上的裂縫是由于內外因素的作用而引發的非結構性裂縫，地下室混凝土結構中出現的裂縫也多因此原因造成，下文對引發非結構性裂縫的具體原因展開分析。

2.1 收縮及水化熱

通常情況下混凝土材料都是由水、石子、砂石和水泥構成，在必要時還會加入一定比例的礦物摻合料和化學外加劑，依照實驗室出具的材料配合比掌握各種材料的用料，經過均勻拌和后形成的密實度高、硬度高的建筑石材。水泥在水化熱的過程中會產生大量的熱量，不同的水泥品種產生的水化熱效果不同，在地下室的施工中，由于使用的混凝土體量較大，在選擇水泥品種時會優選地水化熱的水泥種類，如火山灰硅酸鹽水泥[2]。在水泥已經發生水化熱的情況下，若未能科學合理地選擇其余材料，造成水泥用量過大、水灰比不合理、粗骨料量少、加水量過多、未充分振搗、周圍環境溫度過高、混凝土表面迅速失水等情況都會導致混凝土結構表面出現收縮現象，進而導致開裂。

在選擇材料時，還應關注各項材料的質量，如骨料級配和砂石的含泥量等，砂石含泥量過大不僅會影響混凝土漿液與集料的黏結程度，增大混凝土的需水量，對混凝土的強度造成影響，還會使混凝土的流動性降低，進而引發混凝土結構出現塑性收縮裂縫，而且該種因素引發的裂縫還有很大概率會發展成慣性有害裂縫。

2.2 地下室結構設計不合理

建筑結構設計的科學性和可行性會對其質量產生直接的影響，因地下室結構設計不合理引發的結構變化主要有以下幾點表現：

（1）混凝土結構收縮明顯，是由于設計中采用的混凝土等級過高，導致用灰量增大。

（2）未能在設計中體現膨脹加強帶和后澆帶，未能有效預防鋼筋混凝土結構在澆筑后發生的不均勻沉降或收縮而產生的有害裂縫。

（3）構造鋼筋的數量和規格設計不合理，使混凝土漿液和鋼筋未能形成良好的黏結作用。

（4）設計中結構構件截面突變的應力集中（附加荷載突然增大）所產生的裂縫。

2.3 施工工藝及現場養護

地下室鋼筋混凝土底板會直接在地基土上澆筑，當完成混凝土的澆筑施工后，若混凝土結構因溫度變化發生形變，地基土會對其形變進行約束，從而產生外部約束應力。如混凝土結構溫度升高，地基土也會對其膨脹變形進行約束，使混凝土結構的中心產生壓應力，使得混凝土的徐變和應力松弛度增加，進而降低地基和混凝土底板連接的牢固度，從而產生裂縫。在澆筑混凝土側壁時，由于混凝土具有一定溫度，側墻在底板的約束下產生壓應力，混凝土隨著時間的推移溫度逐漸下降，逐漸產生拉應力，當產生的拉應力超過鋼筋的抗拉強度時，則混凝土結構中就會出現裂縫[3]。因混凝土溫度變化而造成的結構裂縫是施工中最常見的裂縫原因之一，施工單位應著重加強對混凝土溫度的控制，盡量降低裂縫出現的概率。

3 裂縫控制材料措施

3.1 材料選用方面

通過對混凝土結構出現裂縫的原因進行分析后發現，混凝土材料的選用會對混凝土結構的質量產生直接的影響，為最大化規避混凝土的干縮、徐變和抵抗水化熱應力，應科學設計混凝土漿液中各項材料的配合比。配合比的設計應在滿足施工要求的前提下盡量降低水灰比，嚴格控制水泥的用量。同時，還應加強對添加骨料的質量控制，通常情況下粗骨料的最大粒徑應小于32mm，粗骨料中片狀、針狀顆粒的占比不應超過總重量的15%，根據地下室結構的建設要求，選擇的粗骨料最大粒徑應在結構截面最小尺寸的1/4 之內，并且不能超過鋼筋最小凈距的3/4，細骨料應優選中、粗砂[4]。科學選擇混凝土材料中需要使用的水泥品種和等級，控制砂石原材料的含泥量，根據建設需求在必要的情況下合理添加外加劑，通過把控材料的質量實現減少混凝土結構開裂的目的。

3.2 設計方面

為解決混凝土結構設計中表現出的不合理之處，可通過以下幾點措施提高混凝土結構設計的科學性和合理性。

（1）應根據建設需求科學設計混凝土強度等級，不應盲目提高，還可在拌和混凝土漿液的過程中加入適量的微膨脹劑，避免混凝土在凝結過程中出現收縮現象。

（2）若地下室結構總長度較大，應在施工開始前預留施工縫和后澆帶，并將地下室的整體結構劃分成多個小結構，根據施工現場的條件科學選擇澆筑順序，施工完成后靜置一段時間等待各部分構件自然收縮，結構趨于穩定后再進行施工縫混凝土的澆筑，將多個小結構連成一個整體[5]。該方法能有效預防因混凝土收縮或發生不均勻沉降而導致的裂縫，提高地下室結構的整體質量。不同的工程建設要求各有不同，若部分工程要求無縫施工，則可適當加設膨脹加強帶，以應對混凝土的收縮開裂。

（3）科學設計鋼筋的數量和規格，在配筋率想用的情況下應優選細鋼筋；適當的用抗裂鋼筋替代構造鋼筋；大底板部位最好選用雙層雙向配筋；可在側壁天體內部增加水平暗梁，以對抗混凝土在收縮過程中產生的拉力；若混凝土梁的截面較高、跨度較大，應根據實際情況合理調整鋼筋的數量和間距。

（4）重視混凝土結構外界環境對其產生的影響，若周圍環境中存在有害介質、過于干燥、濕度較大時，可在構建表面抹灰，提高混凝土結構對外界環境影響的抵抗能力[6]。

4 施工工藝及現場養護措施

（1）施工單位應提高自身的管理水平，加強對混凝土材料的控制力度，確保施工工藝和技術符合相關規定及建設要求。

（2）應分層澆筑體積較大的地下室混凝土結構，并密切關注混凝土漿液的溫度，盡量選擇室外溫度較低的時間段澆筑混凝土，以使混凝土的溫度能均勻上漲，澆筑過程中應盡量將混凝土的溫度控制在28℃以內[7]。夏季施工時若混凝土入模溫度過高，應在骨料添加之前做好防曬處理，或者用冷水攪拌，以實現對混凝土溫度的控制。

（3）確保混凝土漿液的振搗質量，結合不同的坍落度科學控制振搗時間，避免漏振或過振，確保振搗完成的混凝土密實度合格。

（4）應在混凝土達到設計強度后才能進行拆模。

（5）提高混凝土的養護水平，在混凝土初凝階段應做好表面的保濕和保溫工作，避免混凝土表面因失水或熱擴散出現裂縫。地下室的施工盡量選擇春秋兩季，盡量減少外界溫度對混凝土結構的影響。

5 結論

綜上所述，引發地下室混凝土結構出現裂縫的原因種類較多，混凝土構件出現裂縫的現象也較為常見，很多輕微細小的裂縫對地下室結構功能性的實現、使用壽命和承載力并不會產生明顯的影響。但若輕微細小裂縫發展成為危險裂縫，不僅會影響建筑的美觀程度，還會為建筑的安全性埋下隱患。因此，施工單位應深入了解引發裂縫的原因，采取有效的控制措施，才能切實提高建筑的整體質量。