大型地下室混凝土裂縫原因和預(yù)防措施

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1工程概況 　　深圳市某住宅鋼筋混凝土工程主體由三棟塔樓和二層地庫組成，地下室的第一層為設(shè)備層，第二層為地下車庫。工程總建筑面積8萬多m²，其中地下室總面積約為16000m²，本工程為建筑一類工程，工程建筑耐久等級為一級。塔樓采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，塔樓間的地下室采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用人工挖孔樁，地下室底板厚500mm，地下室外墻厚400mm.本工程混凝土強度等級為：墻柱C35～C45，梁板C30～C40，其余部位C10～C20.混凝土保護層厚度為15mm～35mm. 　　2裂縫調(diào)查 　　2.1調(diào)查內(nèi)容 　?。?）裂縫情況：包括裂縫位置、長度、寬度、深度、性質(zhì)及發(fā)展情況等。 　?。?）設(shè)計、施工情況：包括裂縫相應(yīng)位置的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、混凝土強度等級、施工工藝及養(yǎng)護情況。 　　2.2調(diào)查方法和手段 　　2.2.1調(diào)查方法 　　裂縫調(diào)查采用普查與典型調(diào)查相結(jié)合的方法。對于裂縫比較集中的地下室D軸線附近的裂縫分布情況進行普查（D軸線為塔樓和地下室交界處），對裂縫深度進行抽查，并對比較典型的裂縫的發(fā)展情況進行跟蹤調(diào)查。 　　2.2.2調(diào)查手段 　　本次調(diào)查采用的設(shè)備和工具主要有以下幾種： 　?。?）裂縫位置主要根據(jù)設(shè)計圖，借助于鋼尺、相機等進行檢查調(diào)查，并繪制裂縫分布圖。（2）裂縫寬度使用塞尺、刻度放大鏡進行測量。 　?。?）裂縫長度用鋼尺和皮尺測量。 　?。?）裂縫深度按照規(guī)范要求用超聲波儀測量超聲波發(fā)送和響應(yīng)時間，經(jīng)過計算得到裂縫深度。 　　2.3裂縫調(diào)查 　　2.3.1地下室裂縫情況 　?。?）裂縫部位、長度和寬度 　　對地下室負(fù)一層和負(fù)二層沿D軸線附近的裂縫進行了初步調(diào)查，負(fù)一層的裂縫情況見表1，負(fù)二層的裂縫情況見表2（略） 　?。?）裂縫深度 　　對地下室部分裂縫的深度進行了抽查，抽查結(jié)果見表3所示。 　　2.3.2跟蹤調(diào)查 　　對地下室混凝土的部分裂縫的寬度進行了跟蹤調(diào)查，調(diào)查結(jié)果表明：地下室的少量裂縫在繼續(xù)發(fā)展，不過發(fā)展趨勢不大；在地下室頂板和墻面分別有少量新的裂縫產(chǎn)生。 　　2.4裂縫特征分析 　　調(diào)查發(fā)現(xiàn)地下室的裂縫主要集中于D軸線附近，并且地下室的裂縫具有以下特點： 　?。?）頂板裂縫大多數(shù)與跨度方向呈45℃左右的斜角，個別裂縫穿過兩塊以上的板。 　　（2）頂板呈斜角的裂縫多數(shù)相互平行，且集中于D軸線附近板的一角。 　　（3）頂板的裂縫大多數(shù)集中于塔樓和地下室交界的D軸線兩側(cè)。 　?。?）墻面裂縫多數(shù)垂直地面且相互平行，寬度自下而上逐漸變窄。 　?。?）地下室部分裂縫相交呈八字形。 　　3裂縫原因研究 　　3.1混凝土裂縫的類型和產(chǎn)生原因 　　混凝土的裂縫按產(chǎn)生的時間可分為硬化前裂縫、硬化過程裂縫和完全硬化后裂縫。按引起裂縫產(chǎn)生的原因把混凝土裂縫分為二大類〔 　　第一大類，由第一類外荷載引起的裂縫，包括按照常規(guī)計算的主要應(yīng)力引起的“荷載裂縫”，以及由結(jié)構(gòu)次應(yīng)力引起的“荷載次應(yīng)力裂縫”，二者通稱為結(jié)構(gòu)性裂縫、受力裂縫。 　　第二大類，由第二類荷載即變形變化引起的裂縫，包括溫度、濕度、收縮和膨脹、不均勻沉降等因素引起的裂縫，也稱非結(jié)構(gòu)性裂縫。上述兩類裂縫的區(qū)別是：前者從外荷載的作用、結(jié)構(gòu)內(nèi)力的形成，直至裂縫的出現(xiàn)與擴展，似乎都在同一時間瞬時發(fā)生并一次完成，是個“一次”過程。而變形荷載的作用，從環(huán)境的變化，變形的產(chǎn)生，到約束應(yīng)力的形成，裂縫的出現(xiàn)與擴展等都不是在同一時間瞬時完成的，它有一個“時間過程”，稱之為“傳遞過程”，是一個多次產(chǎn)生和發(fā)展的過程。 　　3.2裂縫原因分析 　　根據(jù)調(diào)查結(jié)果分析，以及對地下室裂縫的初步跟蹤調(diào)查，地下室有些裂縫有進一步發(fā)展趨勢，且有新的裂縫產(chǎn)生，裂縫的產(chǎn)生表現(xiàn)為“時間過程”，呈現(xiàn)由變形變化引起的裂縫特點，估計地下室裂縫由變形變化引起為主。根據(jù)地下室的裂縫特點，分析其原因有以下幾方面： 　?。?）材料原因 　　根據(jù)攪拌站提供的原材料實際計量數(shù)據(jù)看，其用水量波動較大，可能導(dǎo)致混凝土質(zhì)量波動也較大。 　?。?）施工原因 　　根據(jù)在現(xiàn)場對施工過程的觀察、對現(xiàn)場混凝土的檢查和對施工人員的訪問，發(fā)現(xiàn)有幾個問題：一是混凝土的蜂窩麻面，二是混凝土的養(yǎng)護，三是拆模時間。蜂窩麻面反映混凝土立模和振搗方面存在不足，而養(yǎng)護不好則對混凝土整體質(zhì)量影響特別顯著，直接影響混凝土的抗裂能力。在混凝土產(chǎn)生足夠強度以前，過早拆模以及在混凝土施工面上過早從事其它準(zhǔn)備工序，會破壞混凝土結(jié)構(gòu)，降低承載力，導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。另外，根據(jù)施工單位編制的《施工組織設(shè)計》，由于地下室二層與地下室一層D軸線落差處，地下室二層外墻與塔樓地下一層底板相連。而地下一層底板與地下二層外墻施工存在60天技術(shù)間歇時間，為使主樓節(jié)省60天工期，將地下二層外墻與地下一層底板結(jié)構(gòu)一起施工。這樣使原來的結(jié)構(gòu)剛度和結(jié)構(gòu)構(gòu)件的約束情況有所變化，在地基差異沉降變形和荷載影響下，就可能導(dǎo)致D軸墻和地下室樓板產(chǎn)生裂縫。 　?。?）結(jié)構(gòu)設(shè)計原因 　　D軸線位置為人防和塔樓的交界處，塔樓部分為一層地下室，人防部分為兩層地下室，故D軸線兩側(cè)所受荷載及兩側(cè)結(jié)構(gòu)的剛度或柔性有顯著差異，使其變形差異較大，由于超靜定結(jié)構(gòu)的強約束作用，從而導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。 　　（4）基礎(chǔ)沉降原因 　　塔樓和地下室的東西方向和南北方向的地質(zhì)情況均有差異，其中東西方向的荷載和結(jié)構(gòu)剛度基本相同，南北方向的荷載和結(jié)構(gòu)剛度差異較大。在不同的靜荷載和施工荷載作用下，因其沉降位移不同，以及D軸線附近相鄰沉降差異而導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生，D軸線附近的墻體垂直裂縫和八字形裂縫說明了這一點。 　?。?）環(huán)境原因 　　由跟蹤調(diào)查情況看，地下室個別裂縫寬度還有所發(fā)展，而且有新的裂縫產(chǎn)生，但原有裂縫也在閉合或者寬度變小，跟蹤調(diào)查時正值寒潮期間，因此，新的裂縫和裂縫的發(fā)展由溫度變化引起的可能性較大，但塔樓的荷載還在增大，地基的沉降尚不穩(wěn)定，故地基沉降仍然是其原因之一。 　　4裂縫危害性分析 　　裂縫危害性主要按照有關(guān)規(guī)范允許的最大裂縫寬度來進行分析。 　　4.1裂縫控制標(biāo)準(zhǔn) 　　從國內(nèi)外試驗資料分析，混凝土結(jié)構(gòu)物裂縫寬度一般應(yīng)該控制在表4所示的范圍內(nèi)。 　　混凝土結(jié)構(gòu)物裂縫寬度控制范圍序號結(jié)構(gòu)物使用環(huán)境允許的裂縫寬度（mm）1無侵蝕介質(zhì)、無抗?jié)B要求0.32輕微侵蝕、無抗?jié)B要求0.23嚴(yán)重侵蝕、有抗?jié)B要求0.1 　　我國規(guī)范規(guī)定鋼筋混凝土構(gòu)件的最大裂縫寬度見表5，美國的規(guī)定見表6所示。表5鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件最大裂縫寬度允許值序號結(jié)構(gòu)物使用環(huán)境最大裂縫寬度允許值（mm）1屋架、托架的受拉構(gòu)件煙囪、用以貯存松散體的筒倉處于液體壓力下而無專門保護措施的構(gòu)件0.22處于正常條件下的構(gòu)件0.3表6美國混凝土學(xué)會224委員會對裂縫寬度的限值序號結(jié)構(gòu)物使用環(huán)境最大裂縫寬度允許值（mm）1干燥環(huán)境，有保護層0.42潮濕空氣，土壤中0.33凍結(jié)環(huán)境（加防凍劑）0.184海水環(huán)境0.155貯水構(gòu)筑物0.1 　　根據(jù)上述我國有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及美國有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，將上述分類的混凝土裂縫定性為： 　?。?）寬度小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值者屬于無害、可修復(fù)的裂縫； 　?。?）寬度超過規(guī)定值者，一般需要由設(shè)計、施工、監(jiān)理、業(yè)主等有關(guān)方面共同商定處理方案。 　?。?）活裂縫需要進一步觀察，待其基本穩(wěn)定后，才能確定處理方案。 　　根據(jù)本工程實際所處環(huán)境和用途，裂縫寬度的允許值取0.3mm為宜。 　　4.2裂縫危害性分析 　　從地下室混凝土裂縫調(diào)查結(jié)果可見，地下室負(fù)一層共抽查裂縫99條（見表1），其中頂板80條，墻面19條。超過上述規(guī)定值的裂縫有5條，占地下室負(fù)一層總裂縫數(shù)的5.05％，其中頂板2條，墻面3條。其余裂縫寬度均在允許范圍之內(nèi)。頂板的裂縫較多，占81％，墻面裂縫只占19％。地下室負(fù)二層共抽查裂縫45條（見表2）。其中頂板33條，墻面12條。裂縫寬度超過規(guī)定值者l條（頂板部位），占2.2％。與負(fù)一層一樣，頂板的裂縫數(shù)較多，占73％，墻面裂縫次之，占27％。根據(jù)裂縫調(diào)查結(jié)果、建筑物重要性、使用功能和裂縫控制標(biāo)準(zhǔn)看，地下室裂縫目前對結(jié)構(gòu)的安全性影響還不大，但由于少量裂縫有輕微的進一步發(fā)展趨勢，而且裂縫數(shù)量多，因此現(xiàn)有的裂縫會影響結(jié)構(gòu)的使用功能和外觀，應(yīng)該按照規(guī)范或設(shè)計要求對裂縫進行相應(yīng)的處理。 　　5預(yù)防裂縫的措施和建議 　?。?）攪拌站應(yīng)該加強原材料質(zhì)量檢測和控制，特別是砂石含水量和含泥量的檢測和控制，以確?；炷帘旧淼馁|(zhì)量穩(wěn)定；進一步優(yōu)化混凝土配比，提高混凝土抗裂能力；對一些必要的試驗檢測工作應(yīng)予加強，如混凝土收縮試驗等。 　?。?）施工單位應(yīng)該重視施工質(zhì)量和加強質(zhì)量管理，特別是要重視混凝土振搗、養(yǎng)護工作，保證模板的牢固，鋼筋保護層的準(zhǔn)確等；作好日常的施工記錄，包括養(yǎng)護記錄、施工異常情況處理記錄、施工日志、質(zhì)量檢查日志。嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙進行施工，特別是要保證鋼筋位置和數(shù)量，否則會造成嚴(yán)重后果。 　?。?）設(shè)計單位在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)該主動征求其他單位和技術(shù)人員的意見，特別是征求施工單位、科研單位的意見；征求材料研究人員、質(zhì)檢人員的意見，以保證所設(shè)計的工程既安全、又便于施工。設(shè)計單位應(yīng)該對地下室重要構(gòu)件的承載力進行驗算，以便及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計不足之處；對地基沉降情況進行驗算，以便采取對策。 　　6結(jié)論 　　根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果、理論分析，得出以下初步結(jié)論： 　?。?）地下室的裂縫由變形變化引起為主因，特別是沉降變形引起的可能性較大。 　?。?）地下室新發(fā)現(xiàn)的裂縫由溫度變化和沉降變形共同引起的可能性較大。 　?。?）從目前情況看，地下室現(xiàn)有裂縫對本工程的安全還沒有太大的危害，暫時不需要特別加固處理。