地下室大體積混凝土裂縫預(yù)防與控制

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隨著城市建筑的發(fā)展，地下空間被廣泛利用，但地下建筑的施工卻遇到一些問題。地下室大體積混凝土裂縫預(yù)防與控制就是其中之一。
    地下室大體積混凝土有如下特點：⑴混凝土強(qiáng)度高，水泥用量大，因而收縮變形大；⑵幾何尺寸大，內(nèi)部熱量積聚迅速，溫升快，而外部卻散熱快，易形成高溫差；⑶工程量大，施工連續(xù)性強(qiáng)，不易控制。
    混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生原因有三種：一是由外荷載引起，即按照常規(guī)計算的主要應(yīng)力引起；二是結(jié)構(gòu)次應(yīng)力引起，即由實際工作狀態(tài)與假設(shè)模型不符所致；三是由變形應(yīng)力引起，這是由于溫度、收縮、膨脹、不均勻沉降等因素引起的結(jié)構(gòu)變形。地下室大體積混凝土裂縫主要產(chǎn)生原因?qū)儆诘谌N。
    本文通過對上海·樟馨家園大型地下室的施工技術(shù)和措施的分析、研究和相關(guān)原理的應(yīng)用進(jìn)行一些總結(jié)，以期能為類似施工項目提供經(jīng)驗和幫助。
    上海·樟馨家園(酒店式公寓部分)地下室長163米，寬71米，占地面積8100平方米。地基屬沼澤平原地貌類型，為Ⅳ類場地。采用樁-筏型基礎(chǔ)。地下室底版混凝土等級C35、外墻板C40，抗?jié)B等級S6。
    一、產(chǎn)生裂縫的原因以及影響
    1、溫差的形成及其影響
    在混凝土結(jié)構(gòu)中，引起溫度變化的熱量主要源于水泥的水化熱。地下室大體積混凝土基礎(chǔ)中，混凝土強(qiáng)度級別較高(一般都高于C30)，水泥用量大，因此混凝土在初凝過程中會有大量水化熱產(chǎn)生?；炷潦菬岬牟涣紝?dǎo)體，又由于地下室底版幾何尺寸巨大，這些熱量不易及時排出而積聚，導(dǎo)致了其內(nèi)部溫度迅速升高(最高時可達(dá)70～80℃)。相反，在構(gòu)件表面，則由于散熱條件良好，溫度保持較低水平，這樣就出現(xiàn)了內(nèi)外溫差。這種相對的“內(nèi)脹外縮”對混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)它超過混凝土拉伸極限1～1.5×10-4，裂縫就產(chǎn)生了。
    2、混凝土收縮變形及其影響
     ⑴化學(xué)收縮。混凝土硬化過程中，水泥要發(fā)生一系列化學(xué)變化，稱之為水化，但水化生成物體積比反應(yīng)前物質(zhì)總體積要小，這種收縮，我們稱之為化學(xué)收縮；⑵混凝土的干收縮。干收縮是由于混凝土內(nèi)部吸附水蒸發(fā)引起凝膠體失水產(chǎn)生緊縮，混凝土的干收縮取決于周圍環(huán)境的濕度變化。在大體積混凝土中，當(dāng)這種收縮由于內(nèi)外環(huán)境不一致而使混凝土構(gòu)件表面拉應(yīng)力超過其拉伸極限時，導(dǎo)致了裂縫的產(chǎn)生。
    3、地基的不均勻沉降及其影響
    基礎(chǔ)設(shè)計的主要依據(jù)是工程地質(zhì)勘察報告。任何一個地質(zhì)勘察，其結(jié)果都是近似的。當(dāng)設(shè)計假設(shè)模型與地質(zhì)實際不符等情況出現(xiàn)時，都很可能出現(xiàn)不均勻沉降。同時，由于上部建筑物荷載不同，也產(chǎn)生不均勻沉降。這種不均勻沉降對混凝土就產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過混凝土極限拉伸值時，導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。這種裂縫一旦出現(xiàn)則比較嚴(yán)重，可能危及安全和使用等功能。
    二、采取措施
    1、控制混凝土選材和配合比，摻加外加劑，減少水泥用量和用水量，降低水化熱和收縮變形。普通硅酸鹽水泥早期強(qiáng)度高但水化熱大；礦渣水泥雖然比普通水泥比熱低，但泌水、干縮現(xiàn)象嚴(yán)重，且后期硬化收縮也大；火山灰水泥后期收縮較大，同時經(jīng)濟(jì)效益也不合算。通過比較我們選擇了粉煤灰水泥。
    粉煤灰水泥特性如下：成分，在硅酸鹽水泥中摻入占水泥重量20～40%的粉煤灰組合而成。特性，早期強(qiáng)度較低，后期強(qiáng)度增長較快；水化熱較??；耐凍性差；耐硫酸鹽腐蝕及耐水性較好；抗炭化能力差；抗?jié)B性較好；干縮性較小；抗裂性較好。供應(yīng)標(biāo)號，275、325、425、425R、525、525R、625R。
    選擇粉煤灰水泥在技術(shù)上有兩點好處：一是減少內(nèi)部水化熱的產(chǎn)生(因為減少了水泥用量)；二是減少混凝土的“干縮”量，這樣從整體上對裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展起到了預(yù)防和抑制作用。
    粗、細(xì)骨料：石子選擇了級配良好的碎石，針、片狀顆粒含量<8%；含泥量<0.5%；含硫雜質(zhì)<0.5%；砂為中砂，細(xì)度模數(shù)為3.5，含泥量<5%；含硫雜質(zhì)<0.5%。
    另外，我們還采用了外加劑LN-800N和膨脹劑HEA，這在相當(dāng)程度上減低水灰比和水泥用量降低了水化熱，也使混凝土得到補(bǔ)償收縮。
    2、調(diào)整鋼筋配置方案，增設(shè)溫度傳遞分布筋，將混凝土內(nèi)部熱量及時傳遞出來，防止內(nèi)部熱量積蓄。
  在配筋設(shè)計上，建議設(shè)計院在配筋率不變情況下，采用上下皮配筋差異方案，即底皮鋼筋在無柱板帶上無論縱橫都采用Φ25@150，在有柱板帶處上下皮筋均采用Φ25@130。由于混凝土有1米厚，考慮到散熱速度，我們在底皮鋼筋和頂皮鋼筋之間設(shè)置了Φ25，溫度分布筋，每平方米1根，上下采用搭接焊，將原來Φ28@200配筋方案徹底放棄了。這種上下錯位分布，減小鋼筋直徑，加密鋼筋間距在一定程度上緩和了混凝土收縮，上下搭接的的連通鋼筋能快速把中間熱量傳遞出來，減小裂縫產(chǎn)生的比例。
    3、合理設(shè)置后澆帶，減少早期不均勻沉降、放松約束程度。
    不均勻沉降主要由地基地質(zhì)和上部建筑荷載不一引起，由于地下室面積大，我們在主樓與輔樓相交接的位置設(shè)置了3條后澆帶。同時，由于主樓地下室沿邊狹長，我們在相應(yīng)位置設(shè)置了后澆帶，這樣，有效地減少了工程早期可能不均勻沉降所產(chǎn)生的裂縫，也對整個底版放松了約束，同時還減少混凝土澆筑長度引起的蓄熱量，減少溫度應(yīng)力，對裂縫的預(yù)防和控制擴(kuò)展起到了相當(dāng)?shù)淖饔谩?
    4、采取措施加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，對溫度進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控，防止出現(xiàn)較大溫差。
    施工(底板混凝土澆筑)控制在4月底完成，避開了暴曬和炎熱天氣。在養(yǎng)護(hù)上，我們從澆筑完開始，配4個專人養(yǎng)護(hù)，輪流值班。為了保證已澆好混凝土表面散熱速度不至于過快，在其表面我們鋪蓋了草袋，并在草袋上再蓋上尼龍薄膜，保持混凝土表面濕潤，使之緩緩降溫，將養(yǎng)護(hù)期延長至15天。
    上海·樟馨家園地下室澆筑混凝土4300立方米 ，至今未出現(xiàn)有害裂縫或滲漏現(xiàn)象。