淺談地下室工程混凝土裂縫控制

■馮 鵬，郭 慶 ■武警后勤學(xué)院研究生管理大隊，天津 東麗區(qū) 300309

隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，工程建設(shè)規(guī)模不斷增大，城市人口不斷增加。據(jù)推算，2050 年總?cè)丝趯⑦_到90 億，并將有70%的人口居住在城市［1］。城市建設(shè)用地的稀缺，促使人們加大了對地下空間的開發(fā)和利用。地下室若出現(xiàn)裂縫，既影響建筑使用，還會縮短結(jié)構(gòu)整體使用壽命。而地下室裂縫的處理成本又十分高昂。所以，有效控制地下室工程裂縫，具有較大的技術(shù)經(jīng)濟意義。

1 地下室混凝土裂縫成因分析

混凝土裂縫分為微觀裂縫和宏觀裂縫。實踐表明，未受力的結(jié)構(gòu)依然存在微觀裂縫。地下室混凝土結(jié)構(gòu)在荷載超過設(shè)計承載力時，就會產(chǎn)生裂縫［2］。

1.1 材料性能的因素

地下室結(jié)構(gòu)使用的混凝土，水灰比高、砂率大、骨料粒徑小，其收縮較大。同時地下室中大體積混凝土構(gòu)件較多，易產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力，造成產(chǎn)生溫度裂縫。此外，外加劑、摻合料的種類、數(shù)量、時機不當都會降低結(jié)構(gòu)抗裂性。

1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的因素

約束是產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變形裂縫的必要條件。根據(jù)約束應(yīng)力的來源，約束可分外約束和內(nèi)約束。地下室結(jié)構(gòu)一般為全現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，所受約束復(fù)雜，易形成較大的約束應(yīng)力。墻板結(jié)構(gòu)的幾何特性和構(gòu)造鋼筋配置狀況等，是地下室外墻內(nèi)約束產(chǎn)生的主要因素。地下室底板會對外墻板形成較強的外約束。當應(yīng)力超過一定范圍造成裂縫后，若結(jié)構(gòu)設(shè)計剛度過低，結(jié)構(gòu)變形難以在一定范圍內(nèi)自由伸展，則會加速裂縫發(fā)展。

1.3 施工方面的因素

首先，施工不當。如施工現(xiàn)場擅自注水，改變混凝土配合比，造成泌水，引起干縮裂縫。如果供料不及時，導(dǎo)致澆筑停歇時間超過終凝時間，或者主要結(jié)構(gòu)部位模扳支撐不牢及拆模過早，使混凝土強度增長不足時負荷或變形過大，都會造成裂縫。此外現(xiàn)場施工中地下室澆筑，常常同時澆筑頂板梁和墻板，容易導(dǎo)致兩者連接處出現(xiàn)水平裂縫。

其次，振搗不當。錯誤的振搗方式會造成混凝土分層離析、表面浮漿，引起混凝土不均勻沉降收縮而致開裂。施工中常發(fā)現(xiàn)施工人員沒有及時進行二次振搗和多次抹壓，導(dǎo)致窄細的、淺表性裂縫不斷發(fā)展，最終造成貫穿性裂縫。

最后，養(yǎng)護不當。不正確的現(xiàn)場養(yǎng)護方式是引起混凝土收縮開裂的重要原因，常見情況有:(1)澆筑后，混凝土起始養(yǎng)護不及時，表面水分蒸發(fā)較快，進而發(fā)生收縮開裂。(2)養(yǎng)護的時間過短。部分施工單位為縮短工期壓縮養(yǎng)護時間，造成干縮裂縫。

2 裂縫控制措施

地下室混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫控制，應(yīng)從結(jié)構(gòu)構(gòu)造、材料選擇、后期養(yǎng)護等多方面入手，涵蓋混凝土施工各個環(huán)節(jié)。

2.1 構(gòu)造方面的措施

構(gòu)造方面控制裂縫主要是通過控制結(jié)構(gòu)約束，達到提高混凝土抗裂性能的目的。

首先，增配構(gòu)造鋼筋。根據(jù)理論推導(dǎo)和實踐經(jīng)驗，在地下室結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)折處等特殊位置適當增添構(gòu)造鋼筋，能對混凝土的塑性變形產(chǎn)生一定約束，減少混凝土內(nèi)應(yīng)力，從而有效防止混凝土裂縫的發(fā)展。一般來說，配筋率在0.2%～1%之內(nèi)，對裂縫的控制效果隨配筋率的增加而提升。

其次，加強地基處理。地下室工程中，對地基的處理主要為改善約束條件。若地基是堅硬的基巖，可考慮在基礎(chǔ)和基巖之間鋪設(shè)滑動層，在垂直面的鍵槽部位鋪設(shè)緩沖層。當?shù)鼗鶠檐浲翆訒r，建議采用砂墊層。

最后，在施工中設(shè)置后澆帶和膨脹帶。后澆帶本質(zhì)上是一種變形縫，在施工期間臨時設(shè)置可減小已澆筑混凝土的溫度和收縮應(yīng)力。一般來說，伸縮后澆帶保留40～60 天，沉降后澆帶應(yīng)等到建筑物沉降基本完成后開始設(shè)置。后澆帶應(yīng)貫通整個結(jié)構(gòu)，貫穿其中的鋼筋應(yīng)加強保護。為了保證結(jié)構(gòu)整體性，澆筑材料可考慮使用適量微膨脹混凝土或加入膨脹劑。膨脹劑能夠補償混凝土的干燥收縮，減少混凝土由于收縮產(chǎn)生的的收縮應(yīng)力，有效地降低混凝土的收縮裂縫產(chǎn)生的可能性［3］。對于膨脹帶，可沿底板和側(cè)墻中央設(shè)置。帶寬一般為2m，兩側(cè)采取隔離措施。施工時，帶外一側(cè)先用摻量為8%～10%的微膨脹混凝土，澆筑加強帶改用摻量為10%～12%的同種混凝土，其強度要比兩側(cè)提高一個等級。

2.2 材料方面的措施

材料方面的控制措施，重點是降低水化熱，減小混凝土的收縮。

在水泥選擇上，應(yīng)以水化熱作為主要控制指標，降低溫度應(yīng)力，也可通過加入粉煤灰等摻合料，改良混凝土性能。在骨料選擇上，應(yīng)選用連續(xù)級配的骨料，粗骨料應(yīng)熱膨脹系數(shù)較小、粒徑較大，含泥量低于1%，細骨料宜選用級配良好，渾圓的中粗砂，細度模數(shù)宜在2.6～3.2之間。此外，選用合適的減水劑和緩凝劑可節(jié)省水和水泥用量，同時提高混凝土抗?jié)B性，延緩水泥水化放熱速度，有利于地下室混凝土施工。

2.3 施工方面的措施

首先，應(yīng)降低泵送混凝土出機及澆筑溫度。降低混凝土出機溫度，可在骨料入機時加冰塊等進行預(yù)冷，并在骨料堆場架設(shè)遮陽裝置。通常情況下，混凝土的最高澆筑溫度應(yīng)小于40℃，以防止溫度過高導(dǎo)致較大的冷縮和干縮。澆筑混凝土應(yīng)盡量安排在下午或夜間澆筑，預(yù)冷骨料，防止日曬。

其次，規(guī)范混凝土的澆筑與振搗。施工上建議采用分次投料的攪拌工藝，提高其拌合物勻質(zhì)性，增強其強度和耐磨性［4］?；炷翍?yīng)進行二次振搗，增強混凝土密實度和抗拉強度。并在終凝前再進行二次抹壓，應(yīng)以混凝土表面重新出微漿或水印為標準，避免混凝土在終凝前因塑性收縮而產(chǎn)生的裂縫和局部不實的現(xiàn)象。

2.4 混凝土養(yǎng)護措施

混凝土水化反應(yīng)的最終結(jié)果是強度的增長，而提供良好的溫度和濕度環(huán)境，是混凝土養(yǎng)護工作的本質(zhì)。

對于潮濕養(yǎng)護，可采取的措施是表面淋水，覆蓋如塑料薄膜等材料，防止水分蒸發(fā)。但剛澆筑完畢的混凝土應(yīng)等水化熱峰值回落時再灑水，避免混凝土表面溫度驟然降低，導(dǎo)致早期收縮裂縫。潮濕養(yǎng)護至少持續(xù)兩周以上。保溫養(yǎng)護主要目的是提供適宜混凝土硬化反應(yīng)的溫度條件。養(yǎng)護時可在結(jié)構(gòu)表面或四周模板外覆蓋保溫材料如濕砂、鋸末、草袋或草墊、塑料薄膜材料進行養(yǎng)護。保溫養(yǎng)護的時機要把握好，如果氣溫較低，混凝土澆筑后就應(yīng)立刻進行，而氣溫較高的情況下如在夏季，則最好在混凝土溫度開始下降后進行。

3 工程實例

3.1 工程概況

煙臺某干部培訓(xùn)基地一期工程，位于煙臺市高新區(qū)。總建筑面積38689.76m2，其中地下面積4813.12m2。地下一層，地上24 層，總高度92.4m，建筑采用框架結(jié)構(gòu)。

主樓地下室總長78.20m，總寬67.4m，層高5.7m，基礎(chǔ)形式為樁基承臺，C40 底板500mm 厚、承臺1500mm 厚，地下室外墻板厚400m，頂板厚250m。地下室均采用p6 抗?jié)B混凝土。外墻水平配筋為雙層Φ16@150，配筋率為0.56%。

本工程選用P·O42.5R 普通硅酸鹽水泥，標準稠度為28.4%，細度為0.6%，設(shè)計水泥用量410kg/m3，實際用量430kg/m3。

3.2 裂縫控制分析及措施

由于本工程地下室混凝土澆筑后外側(cè)墻板底部約束力較大，加上混凝土溫度變形和收縮變形而導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫，故需加強對混凝土原材料及配合比、澆筑振搗等施工技術(shù)等方面的控制。

首先，材料方面。在保證混凝土設(shè)計齡期強度的前提下，該工程堅持了盡量減少水泥用量、水灰比、砂率，降低水化熱等原則。本工程選用中砂，減少了水泥用量和用水量，提高了混凝土的和易性，有利于混凝土的抗裂。側(cè)板所用砂細度模數(shù)2.7II 區(qū)中砂，底板細度模數(shù)2.9II區(qū)中砂，符合要求?；炷辽奥蕿?0%。石子采用的是連續(xù)級配石灰?guī)r碎石，粒徑為5～31.5mm，含泥量底板為0.6%，側(cè)墻為0.7%，均符合要求且性能良好。選用二級粉煤灰作為摻合料，摻量為43kg/m3，可使混凝土的水化熱進一步降低。

其次，施工方面。本工程留設(shè)兩條后澆帶，后澆帶貫通底板、側(cè)墻及頂板，寬度均為800mm。地下室混凝土澆筑分兩個階段。第一階段按底板、混凝土柱、側(cè)墻的順序澆筑。第二階段澆筑側(cè)墻、頂板及梁。澆筑前處理好施工縫:清理表面雜質(zhì)，鑿毛表面，澆水沖洗后加漿，再澆筑。混凝土的振搗使用5 臺棒式振搗器，在澆注斜面上連續(xù)振搗。在混凝土初凝前，在表面用平板振動器進行了二次振搗。并在混凝土終凝前再進行二次抹壓。

此外，本工程地下室基礎(chǔ)混凝土澆筑量就達2500m3。為此，施工現(xiàn)場準備了兩臺泵車，以中央后澆帶為界，東西分區(qū)同步澆筑。同時，多臺運料車不間斷供應(yīng)混凝土，盡最大可能縮短混凝土出料時間。

最后，養(yǎng)護方面。地下室底板澆筑完畢，用濕草墊覆蓋養(yǎng)護。在春節(jié)假期無工人時，施工單位決定將墻體、頂板及梁不拆模覆蓋草墊保溫。復(fù)工后，施工方每天使用噴淋器進行潮濕養(yǎng)護地下室混凝土。

3.3 效果分析

經(jīng)過數(shù)次現(xiàn)場勘查及實驗，該地下室工程混凝土結(jié)構(gòu)外觀、強度等方面均符合要求，證明裂縫的控制措施起到了良好的效果。但結(jié)構(gòu)上某些部位出現(xiàn)裂縫。

首先，底板某些部位出現(xiàn)龜裂狀的微小裂縫，對結(jié)構(gòu)并無影響，可以忽略。其次，在南北墻體內(nèi)側(cè)發(fā)現(xiàn)裂縫。南側(cè)內(nèi)墻體裂縫數(shù)量較多，裂縫斜交于長度方向，自頂板往下間隔數(shù)米分布，寬度小于0.2mm。北側(cè)內(nèi)墻較少。經(jīng)現(xiàn)場專業(yè)人員分析，此裂縫屬于淺表性裂縫，產(chǎn)生原因主要是澆筑后潮濕養(yǎng)護不到位，墻體收縮變形，但對結(jié)構(gòu)使用功能及安全性影響不大。

4 結(jié)束語

控制地下室混凝土工程裂縫是一項綜合性的課題，它涉及工程從設(shè)計到竣工的各個環(huán)節(jié)，但它又是有規(guī)律、有重點的。本文從構(gòu)造、材料、施工、養(yǎng)護四個環(huán)節(jié)提出了地下室混凝土裂縫的控制措施，結(jié)合實際工程實例，證明提出的裂縫綜合控制技術(shù)是有效的。

［1］王波.城市地下空間開發(fā)利用的探索與實踐［D］.北京:中國地質(zhì)大學(xué)，2013.5.

［2］杜文天.大型地下室裂縫產(chǎn)生機理分析及處理措施探討［D］.杭州:浙江工業(yè)大學(xué)，2010.12.

［3］王新虎.大體積混凝土的溫度控制及施工工藝研究［D］.北京:中國石油大學(xué)，2011.5.

［4］秦昉.水泥混凝土投料攪拌工藝及其影響試驗研究［D］.西安:長安大學(xué)，2013.4.