盐渍土地区建筑物裂缝的防治

摘要:盐渍土地基与一般土的工程性质有显著区别,建筑物经常碰到裂缝的问题,但裂缝究竟是结构问题,还是建筑表面的现象,这是界定结构安全性的关键。本文主要介绍裂缝的产生及防治。

关键词:混凝土裂缝;建筑裂缝;盐渍土

盐渍土地基由于所处地理环境、气候条件和各自地质成因等不同,而与一般土的工程性质有显著区别,并带有一定的区域性。当其作为建筑物地基时,如果不注意这些特点就会造成建筑物裂缝。裂缝和产生变形对建筑物的危害主意表现在结构安全性和房屋使用功能两个方面,结构受力裂缝的出现预示着结构承载力可能不足,结构变形的出现虽然对结构抗压承载力没有直接影响,但贯穿性裂缝的形成会降低结构的整体稳定性和抗震性能。外墙、楼板和屋面结构裂缝会影响结构防水,造成房屋渗漏,明显的结构裂缝或较大的变形会影响建筑物的美观。

盐渍土具有“吸湿性、松胀性、膨胀性、侵蚀性和腐蚀性”的特点,其地基承载力变化大,随着季节和气候的变化而变化,在干燥时盐分呈结晶状态,地基承载力较高,一旦浸水后,晶体溶解变为液体,承载力降低,压缩性增大;土中含硫酸盐类结晶,体积膨胀,溶解后体积缩小,易使地基土的结构破坏,强度降低并形成松胀盐土;由于盐类遇水溶解,使地基容易产生溶蚀现象,降低地基的稳定性。在天然状态下,盐渍土为很好的地基,一旦因自然条件改变就会产生严重的溶陷、膨胀和腐蚀,使建筑物裂缝、倾斜或结构被腐蚀破坏。

盐渍土土层厚度不一,均匀性不一、不同部位处含水量的变化以及建筑物基底压力不等等原因时,就会导致地基土不均匀的隆起或下陷,使得建筑物产生墙体开裂、地面隆起或下陷等破坏。因此,必须对盐渍土土场地进行处理。

某建筑建于盐渍土地带,距盐湖3km,建成后一年,在墙面、地面到处是裂口,墙面裂缝最大宽度达15mm,地裂延续长达40m,缝宽达100mm。为查明事故原因,在大楼内外布设9个钻孔。查明大楼中间门厅及西侧,在表层土层下,存在盐渍土层,厚达8m,并且有一根地埋上水管接头漏水,导致盐渍土层湿化严重。

1 具体现象:

1.1 斜裂缝发生在纵墙的两端,多数裂缝通过窗口的两个对角,裂缝向沉降较大的方向倾斜,并由下向上发展。由于横墙刚度较大(门窗洞口较少),一般不会产生较大的相对变形,所以很少出现这类裂缝。裂缝多在墙体下部,向上逐渐减少,宽度下大上小,经常在房屋建成后不久就出现,其数量及宽度随时间而逐渐发展。

1.2 窗间墙水平裂缝。一般在窗间墙的上下对角处成对出现,沉降大的一边裂缝在下,沉降小的一边裂缝在上。

1.3 竖向裂缝发生在纵墙中心的顶部和底层窗台处,裂缝上宽下窄。当纵墙顶层有钢筋混凝土圈梁时,顶层中心顶部竖向裂缝则较少。

1.4 房屋的顶层,特别是房屋两端的纵横墙体,裂缝沿屋顶圈梁与墙体交接面水平分布及墙体外角斜向分布,其次是门窗洞口45度斜向分布。有的房屋的圈梁处出现了水平裂缝,严重的呈连续状。

1.5 现浇板跨中产生裂缝

1.6 混凝土和抹灰层的干缩裂缝

2 原因分析:

2.1 受力裂缝。受力裂缝多出现在抗震设防区的建筑物上,虽然有圈梁构造柱、钢筋混凝土现浇板等整体连接,但这也不能完全保证不出现裂缝。发生在房屋底层窗台处的竖向裂缝,多数是由于纵墙开窗较大,地基受荷载后变形不均匀,窗台墙起到反梁的作用而引起的。在钢筋混凝土条形基础中,基础内一般均未设置基础梁,仅靠圈梁、构造柱等来加强建筑物的整体刚度,当地基受荷载较大时,窗台墙因反向变形过大而开裂。

2.2 墙体和梁上出现斜裂缝,主要发生在不均匀土地基上,由于盐渍土地基分布不均或盐渍土溶陷后不均匀下沉,使墙体承受较大的剪切力,当结构刚度较差,施工质量和材料强度不能满足要求时,导致墙体开裂。地基沉降差异是引起砌体结构建筑物裂缝的一个主要的因素。由于地基沉降差异引起的裂缝多为斜裂缝,此类裂缝一般情况下裂而不鼓,往往贯通到基础。尤其对于盐渍土地基,当地基处理不当时,很容易在底层墙体产生斜向裂缝和窗下墙竖向裂缝。在房屋纵横墙地基不均匀沉降的情况下,将使墙体承受较大的剪切力,当结构刚度稍差、施工质量和材料强度不能满足要求时,会导致墙体开裂。另外,当房屋层数相差较多而没有设置沉降缝时,容易在交接部位产生竖向裂缝,这类裂缝常伴有较大的地基不均匀下沉。

2.3 窗间墙水平裂缝产生的原因是在沉降单元上部受到阻力,使窗间墙受到较大的水平剪力,而发生上下位置的水平裂缝。

2.4 房屋顶层的裂缝,产生主要是结构温度收缩变形不协调所致。该地区具有日照长,太阳辐射强,昼夜温差大,夏季受阳光直射时间较长,温度可达40℃左右,而温度最低值也可达10℃。所以这些地方气温变化很大,我们知道混凝土的线膨胀系数(10X10-6m/℃)远大于砖墙的线膨胀系数(5X10-6m/℃),这样使得两者的温度变形差别很大,因此在圈梁和砖墙接触处产生一个剪应力使砖墙处于受剪及受拉状态而出现裂缝。

2.5 钢筋混凝土现浇板跨中出现裂缝,是由于地基沉降不均匀和温度的双重因素形成应力而产生的,这种情形也归为受力裂缝。如果地基不均匀沉降,将使钢筋混凝土现浇板单边下沉而其他边又受到支座的约束,这样会导致在混凝土现浇板内部产生拉应力,而且,跨中多是施工缝的留置处,按照规范的要求:施工缝的位置宜留在结构受剪力较小且便于施工的部位。所以,板在其他支座的约束下,由于混凝土内部的拉应力的作用,加上混凝土现浇板受温差作用的影响,混凝土内部产生的拉应力在周围支座的约束下,要求在现浇板的最薄弱位置释放能量,于是在板跨中产生裂缝。

2.6 混凝土和抹灰层的干缩裂缝

砌体结构中的混凝土相对于其他结构更容易产生干缩裂缝。因为在砌体结构当中,混凝土在空气中硬化时,其中的水分更容易逐渐蒸发, 使毛细孔中形成负压,随着空气湿度的降低,负压逐渐增大,产生收缩力,当收缩受限制产生的拉应力超过其本身的抗拉强度时混凝土就会开裂而产生干缩裂缝。此类裂缝,无方向性,裂缝较细为0.1mm～0.3mm。

平常我们看到的有些面层空鼓的斜裂缝,往往也是由于墙体面层空鼓、水泥干缩引起的。阳台栏板与砖砌体接槎处裂缝多由于混凝土二次浇筑引起。施工时未能在构造柱上留出钢筋进行搭接和焊接,导致钢筋混凝土栏板由于温度变化而使混凝土产生收缩,形成裂缝。

3 治理方法

3.1 对于墙体产生裂缝首先应作好观察工作,注重裂缝开展规律

3.2 一般性裂缝,不影响结构安全使用,采用涂两遍环氧胶泥或贴环氧玻璃布,以及抹、喷水泥砂浆等方法进行表面封闭处理,对有防水、抗渗要求的结构;缝宽大于0.1mm的深进或贯穿性裂缝,根据裂缝可灌程度,采用灌水泥浆或化学浆液(环氧、甲凝或丙凝浆液)方法进行裂缝修补,或者灌浆与表面封闭同进采用。宽度不大于0.1mm的裂缝,由于后期水泥生成氢氧化钙、硫酸铝钙等类物质,能使裂缝自行愈合,可不处理或只进行表面处理即可。

3.3 对于影响安全使用的结构裂缝,应进行加固处理:

3.3.1 对于因墙体原材料强度不够而发生的裂缝,采用如下方法:

3.3.1.1 墙面可敷贴钢筋网片,并配置穿墙壁拉筋加以固定,然后灌细石混凝土或分层抹水泥砂浆进行加固。

3.3.1.2 剔缝补强法。在裂缝处每隔5皮砖剔开一道砖缝,每边长50cm,深5cm,各埋入1φ6钢筋,钢筋端部加直钩,钩子深入砖墙裂缝中,用M10水泥砂浆灌缝。采用此法应注意不要在墙体的两侧剔同一条缝,且必须在加固好一面、砂浆达到一定强度后再处理另一面,防止因扰动而降低砂浆强度,另应注意浇水养护。

3.3.1.3 加设拉条法。沿裂缝每隔5皮砖钻孔4个,分别埋入φ10螺栓和φ6S形钢筋拉杆将裂缝两侧螺栓焊接,然后以M10水泥砂浆将砖洞及裂缝补抹。

3.3.2 对于梁板因强度不够而发生的裂缝,采用如下方法:

3.3.2.1 环氧树脂压力注胶法。将裂缝用胶带封闭,每隔250-350设置一个钻眼,粘上胶嘴,压力注胶至满。

3.3.2.2 粘钢法。在与裂缝垂直方向粘钢板或碳纤维布,当梁裂缝较宽或强度较低时,需绕梁一周成封闭状,挠度较大时,尚应在梁底角沿梁长方向粘通长钢板或碳纤维布。

3.4 盐渍土地基不均匀沉陷引起的裂缝,对结构的承载能力和整体性有较大的影响,地基处理采用如下方法:

3.4.1 上部结构加固法。在建筑物周围出现裂缝的部分,增设钢筋混凝土围套、加钢套箍等。通过加固上部结构,增强建筑物抵抗变形的能力。

3.4.2 生石灰桩加固地基法。在盐渍土地基湿化的区域,通过洛阳铲探明湿化区域和含水率,根据含水率和湿化深度确定生石灰桩的间距和深度,再通过洛阳铲在建筑物外围向地基内斜向成孔,向孔内填入生石灰块。通过生石灰块的吸水作用,加速盐渍土的排水固结,生石灰材料通过与盐渍土的物理化学作用进行盐渍土的改性处理,以达到降低盐渍土变化、增强强度和水稳性的目的。具体来说:石灰的固化作用是由于盐基交换、次生碳酸钙胶结性、粘土颗粒与石灰相互作用形成新的含水硅酸钙、铝酸钙等新矿物而显现出来。

参考文献

[1]建筑地基基础设计规范(GB50007-2002) [S].中华人民共和国建设部.北京:中国建筑工业出版社.

[2]《建筑地基基础勘察设计规范》DBJ13-17-91.

[3]《建筑地基处理技术规范》 GBJ79-91.

作者简介:程京忍,高级工程师,运城市建筑工程质量监督站。