地下室结构裂缝控制与工程实践

地下室结构裂缝控制与工程实践

王浩

王浩广东.深圳518000

摘要:地下室的混凝土裂缝问题是一个普遍存在而又难以解决的工程实际问题，本文结合工程实践对地下室结构在预防与控制裂缝方面所采用的一些措施进行了探讨和分析。

关键词:地下室；裂缝；控制措施

建筑工程施工中，如果混凝土构件出现裂缝，就会影响混凝土构件的刚度和建筑物结构的整体抵抗能力，即使裂缝的出现不会导致混凝土构件的破坏或建筑物的倒塌，也会影响到建筑外观，当裂缝宽度超出一定限度时，也会造成钢筋锈蚀，影响结构构件的耐久性能。本文介绍混凝土工程施工中几种常见裂缝的控制方法及裂缝的处理措施，对混凝土工程的施工有一定的参考价值。

1、地下室混凝土裂缝成因

混凝土结构裂缝产生的原因比较复杂，概括起来有两类原因，一是由外荷载引起的,包括常规结构计算中的主要应力以及其他的结构次应力造成的受力裂缝。二是由非受力变形变化引起的,主要由温度应力非受力变形变化引起的裂缝。在工程实践中，地下室混凝土早期裂缝大多数属于后者。①混凝土水化热混凝土浇筑后,由于水泥的水化作用,释放出大量的水化热,在一般温度环境中会造成混凝土构件中心与表面之间的温差过大。有专家认为:如果温差超过20℃,在冷却时就会引起裂缝。即:混凝土构件表面与中心温差超过20℃,就引起构件内部裂缝;构件表面与周围空气温差超过20℃,就引起表面裂缝。地下室底板与地下室侧墙混凝土各自收缩的时间不同、刚度的差异，导致相互之间的约束，使混凝土产生裂缝。②混凝土结构施工期收缩随着混凝土施工工艺由半机械化转到现代化泵送工艺后,由于水灰比大,含砂率高,水泥用量多,浇筑速度快,振捣方法不当、养护不及时。混凝土在凝结硬化过程中，由于水泥颗粒不断水化,毛细管及各孔隙游离水逐渐与水泥矿物质水化,转化为凝胶及结晶形成水泥石,使混凝土体积略有变小，而产生更大的收缩变形。由于基础底板侧墙顶板浇筑差异，故前期混凝土其收缩变形已先期进行，两者出现变形差异，约束了变形，使得地下室混凝土产生收缩拉应力。下面就侧墙裂缝宽与长度加以分析。

由文献[1]可得出侧墙最大筑浇长度的计算式。

2、控制混凝土裂缝的措施

2.1设计措施

2.1.1后浇带

结构长度是影响温度应力的因素之一，对温度收缩应力影响较为显著，现行《人民防空地下室设计规范》(GB50038-2005,以下简称规范)中规定要求人民防空地下室设计“在防护单元内不宜设置沉降缝、伸缩缝”。在人防建筑设计施工中,对结构变形的预控处理设置后浇带是“先放后抗、以放为主”的主要技术措施[1]。工程实践经验表明，侧墙长度超过60m时应设置后浇带。

(1）一般设在梁墙内力较小的位置，后浇带间距为30~40m。后浇带可做成企口式，在浇混凝土前，必须凿毛清理干净。尽量减少穿越后浇带钢筋的总量，以尽可能释放混凝土的收缩应力。

（2）后浇带宽度内钢筋抗拉刚度比后浇带两侧混凝土的抗拉刚度要小，拉伸变形将主要由后浇带宽度范围内的钢筋提供，对于钢筋全部截断的后浇带，理论上宽度仅有100mm就可以了，为施工方便其宽度不小于2000mm,但对于钢筋连续的后浇带，尽可能增大后浇带的宽度。

（3）后浇带保留时间为42~60d，一般为60d，减小混凝土早期温差和收缩裂缝。

（4）用高一等级的微膨胀混凝土封闭，并进行不少于15d的混凝土养护。后浇带混凝土掺适量的膨胀剂，既提高了混凝土材料的抗裂性能，也可避免混凝土出现收缩裂缝。

设置膨胀加强带并结合跳仓法施工也可以有效地控制混凝土裂缝。

2.1.2提高混凝土的抗裂能力

混凝土的抗裂能力取决于混凝土的极限抗拉强度，混凝土结构的极限抗拉强度与配筋有关。从公式可以看出，当侧墙水平配筋率不变时，适当减小侧墙水平筋的直径可以增大侧墙的凝土极限拉伸值，有利于阻止侧墙的开裂。当侧墙增设水平抗拉钢筋时，水平配筋率提高，也可以增大侧墙的凝土极限拉伸值，有利于阻止侧墙的开裂。现行混凝土结构设计规范规定，地下室等与土体直接接触的混凝土构件最大裂缝宽度充许值为0.2mm。当裂缝宽度0.1~0.2mm，水进入混凝土与水泥产生反应，混凝土具有自愈能力。裂缝若控制在0.1mm以内时，则所配钢筋数量增多而不经济。建议水平配筋率一定时，适当减小侧墙水平筋的直径为宜。

2.1.3补偿收缩混凝土[2-3]

在混凝土中渗入UEA、HEA等微膨胀剂。膨胀剂通过水化反应,使混凝土产生适量膨胀,在钢筋和邻位的限制下,可大致抵消混凝土干缩及温度收缩时产生的拉应力,防止混凝土开裂。同时膨胀剂水化时生成的膨胀结晶使混凝土的抗渗能力大大提高,从而使混凝土结构达到抗裂与抗渗的目的,最终提高其结构的整体抗裂性能。例如用UEA膨胀剂，以10~20%等量取代水泥，拌制成补偿收缩混凝土，其限制膨胀率.02~0.05%，可在混凝土中建立0.2~0.7MPa的预压应力，当混凝土的膨胀值减去混凝土的最终收缩值的差值大于或等于混凝土的极限抗拉强度即可控制裂缝产生，从而抵抗混凝土在硬化过程中全部或大部分拉应力。

2.2施工措施

2.2.1、优选混凝土各种原材料

（1）、骨料的选择：在选择粗骨料时，可根据施工条件，尽量选用粒径较大、级配良好的石子。既可以减少用水量，也可以相应减少水泥用量，还可以减小混凝土的收缩和泌水现象。在选择细骨料时，采用平均粒径较大的中粗砂，从而降低混凝土的干缩，减少水化热量，对混凝土的裂缝控制有重要作用。

（2）、水泥的选择：大体积混凝土产生裂缝的主要原因就是水泥水化过程中释放了大量的热量。因此在大体积混凝土施工中应尽量使用低热或者中热的矿渣硅酸盐水泥、火山灰水泥，并尽量降低混凝土中的水泥用量，以降低混凝土的温升，提高混凝土硬化后的体积稳定性。为保证减少水泥用量后混凝土的强度和坍落度不受损失，可适度增加活性细掺料替代水泥。

（3）、掺加外加料和外加剂：掺加适量粉煤灰，可减少水泥用量，从而达到降低水化热的目的。但掺量不能大于掺加适量的减水剂，它可有效地增加混凝土的流动性，且能提高水泥水化率，增强混凝土的强度，从而可降低水化热，同时可明显延缓水化热释放速度。

2.2.2混凝土应严格振捣密实，提高混凝土密实度。夏季施工时应尽量避免在烈日下浇筑混凝土，降低混凝土的入模温度。可以在混凝土的内部通入冷却循环水,采用循环法表面保温养护,以便加快混凝土内部的热量散发。另外,混凝土表面应该覆盖一些织物进行保温、保湿养护,这样不但可以降低混凝土内外温差,防止表面产生裂缝,而且还可以防止混凝土骤然降温产生贯穿裂缝,同时还可以使水泥顺利水化,防止产生干缩裂缝。底板垫层上干铺油毡作滑动层。地下室四周土要及时回填，且应分层夯实，既加强地下室顶板作为上部结构的嵌固部位，又可尽快避免室外温度变化对侧墙的影响。

2.2.3混凝土温度场的现场监测。为了及时掌握混凝土内部温升与表面温度变化值,可以在混凝土内设置一定量的测温点,通过观察可以更好的了解混凝土的温度变化情况。一旦内外温差超过允许值就要及时采取相应措施。现场监测是施工控制的基础和重要组成部分，所获得的结构各部位的数据资料是实施控制、调整的主要依据，同时也是监测施工、改进设计、确保结构施工安全的重要手段[3]。监测水化热产生的温度场，研究水泥放热的规律，确定混凝土内外温差和混凝土表面与大气的温差，避免温差应力可能导致的结构开裂等不利因素，因此，混凝土温度场的现场监测很有必要。

2.2.4混凝土养护。由于底板混凝土表面与空气接触面积大，所以水分蒸发过快是引起混凝土体积收缩产生应力开裂的一个重要原因。本工程现场采用自然养护的方法，在表面覆盖1层塑料薄膜和1层麻袋进行保温保湿养护。混凝土浇筑完成后12小时内覆盖养护，养护时间不少于20天。混凝土浇筑后24小时内不得进行踩踏、支模、加荷。

2.2.5优化混凝土配合比设计。通过试验优选合适的外加剂和掺合料，混凝土的骨料控制在骨料的选择上应该选取级配良好的骨料,采用级配良好的中砂和中粗砂,最好用中粗砂,因为其孔隙率小,这样可以获得较小的空隙率及表面积,从而减少水泥的用量,降低水化热,减少干缩,适当降低水灰比和减少水泥用量，选用水化热低的矿渣硅酸盐水泥，选用优质粉煤灰,其结果对防止裂缝的产生有利。另一方面,要控制砂子的含泥量。因为含泥量越大收缩变形就越大,抗拉强度就低,裂缝就越严重,因此细骨料尽量用干净的中粗沙。

3、工程实例

某住宅小区，地上2栋18层小高层，地下1层，地下室长80.8m，宽60.7m，平时作为地下车库，战时为六级人防地下室。为了有效克服混凝土的收缩裂缝，在地下室钢筋混凝土结构中按实验比掺合BY4-40型高效抗裂剂，做成补偿收缩混凝土。长边方向设2条后浇带，宽度方向主楼和塔楼地下室交接部位设2条后浇带，地下室底板、顶板和侧墙贯通设置。梁钢筋连续，板和侧墙钢筋断开。后浇带宽度为1.0m。为确保防水安全，预先在底板和侧墙后浇带设置止水带和多道外防水。顶板在室外道路部分，覆土1米厚，既可铺设设备管道，也作为顶板的保温隔热层，也绿化美化环境。底板采用厚板形式，双层双向配筋。底板350mm,侧墙厚300mm，人防顶板250mm,C35混凝土，适当加强了侧墙水平钢筋作为抗拉筋。混凝土施工时加强振捣密实和养护，侧墙外及时回填土并夯实，工程建成后观测，地下室使用情况良好，无渗水现象发生，表明上述控制混凝土裂缝的措施是有效的。

4、结语

混凝土的开裂是一个严重的问题。混凝土结构裂缝的发生的原因很复杂也是不可避免的,应以防控为主,为此需要精心设计施工，但是由于目前设计采用的是带裂缝工作(控制裂缝宽度),而实际情况又复杂多变,所以实际工程中还是难免出现一些裂缝,通过以上分析可知,混凝土的非荷载型裂缝主要是由温度应力和混凝土的收缩引起的,实践证明，在通过精心选择原材料和配合比、优化结构设计，并在施工中加强施工监控、严格遵守施工技术规程、改善施工工艺、提高施工技术水平、做好温度监测及加强养护的工作,就能有效地防止裂缝的发生。由于各种原因仍可能有少量的混凝土裂缝发生后，必须先查明裂缝产生的原因，判明裂缝的类型，才能选择正确的处理方法。以上各项技术措施并不是孤立的，而是相互联系、相互制约的，在施工中必须结合实际、全面考虑、合理采用，才能起到良好的效果.这样才有可能最大程度减少混凝土裂缝的产生，把裂缝宽度控制在设计范围内，确保工程质量。

参考文献

[1]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版社,1997

[2]黄石美.地下室钢筋混凝土墙板裂缝原因与防治.建筑技术开发,2002,29(6):52~53

[3]沈汝伟..控制地下室混凝土工程裂缝方法的研究.建筑技术开发,2011,38(3):37~38

作者简介：王浩（1976.9），男，汉族，辽宁省，现供职于深圳市鹏城建筑集团有限公司，项目经理，工程学士，研究方向：建筑施工技术、建筑施工管理。