浅谈地下室工程混凝土裂缝控制

2015-08-15武警后勤学院研究生管理大队天津东丽区300309

江西建材 2015年14期

■冯鹏，郭庆 ■武警后勤学院研究生管理大队，天津东丽区 300309

随着经济社会的发展，工程建设规模不断增大，城市人口不断增加。据推算，2050 年总人口将达到90 亿，并将有70%的人口居住在城市［1］。城市建设用地的稀缺，促使人们加大了对地下空间的开发和利用。地下室若出现裂缝，既影响建筑使用，还会缩短结构整体使用寿命。而地下室裂缝的处理成本又十分高昂。所以，有效控制地下室工程裂缝，具有较大的技术经济意义。

1 地下室混凝土裂缝成因分析

混凝土裂缝分为微观裂缝和宏观裂缝。实践表明，未受力的结构依然存在微观裂缝。地下室混凝土结构在荷载超过设计承载力时，就会产生裂缝［2］。

1.1 材料性能的因素

地下室结构使用的混凝土，水灰比高、砂率大、骨料粒径小，其收缩较大。同时地下室中大体积混凝土构件较多，易产生较大的温度应力，造成产生温度裂缝。此外，外加剂、掺合料的种类、数量、时机不当都会降低结构抗裂性。

1.2 结构设计方面的因素

约束是产生结构变形裂缝的必要条件。根据约束应力的来源，约束可分外约束和内约束。地下室结构一般为全现浇结构，所受约束复杂，易形成较大的约束应力。墙板结构的几何特性和构造钢筋配置状况等，是地下室外墙内约束产生的主要因素。地下室底板会对外墙板形成较强的外约束。当应力超过一定范围造成裂缝后，若结构设计刚度过低，结构变形难以在一定范围内自由伸展，则会加速裂缝发展。

1.3 施工方面的因素

首先，施工不当。如施工现场擅自注水，改变混凝土配合比，造成泌水，引起干缩裂缝。如果供料不及时，导致浇筑停歇时间超过终凝时间，或者主要结构部位模扳支撑不牢及拆模过早，使混凝土强度增长不足时负荷或变形过大，都会造成裂缝。此外现场施工中地下室浇筑，常常同时浇筑顶板梁和墙板，容易导致两者连接处出现水平裂缝。

其次，振捣不当。错误的振捣方式会造成混凝土分层离析、表面浮浆，引起混凝土不均匀沉降收缩而致开裂。施工中常发现施工人员没有及时进行二次振捣和多次抹压，导致窄细的、浅表性裂缝不断发展，最终造成贯穿性裂缝。

最后，养护不当。不正确的现场养护方式是引起混凝土收缩开裂的重要原因，常见情况有:(1)浇筑后，混凝土起始养护不及时，表面水分蒸发较快，进而发生收缩开裂。(2)养护的时间过短。部分施工单位为缩短工期压缩养护时间，造成干缩裂缝。

2 裂缝控制措施

地下室混凝土结构的裂缝控制，应从结构构造、材料选择、后期养护等多方面入手，涵盖混凝土施工各个环节。

2.1 构造方面的措施

构造方面控制裂缝主要是通过控制结构约束，达到提高混凝土抗裂性能的目的。

首先，增配构造钢筋。根据理论推导和实践经验，在地下室结构中转角、转折处等特殊位置适当增添构造钢筋，能对混凝土的塑性变形产生一定约束，减少混凝土内应力，从而有效防止混凝土裂缝的发展。一般来说，配筋率在0.2%～1%之内，对裂缝的控制效果随配筋率的增加而提升。

其次，加强地基处理。地下室工程中，对地基的处理主要为改善约束条件。若地基是坚硬的基岩，可考虑在基础和基岩之间铺设滑动层，在垂直面的键槽部位铺设缓冲层。当地基为软土层时，建议采用砂垫层。

最后，在施工中设置后浇带和膨胀带。后浇带本质上是一种变形缝，在施工期间临时设置可减小已浇筑混凝土的温度和收缩应力。一般来说，伸缩后浇带保留40～60 天，沉降后浇带应等到建筑物沉降基本完成后开始设置。后浇带应贯通整个结构，贯穿其中的钢筋应加强保护。为了保证结构整体性，浇筑材料可考虑使用适量微膨胀混凝土或加入膨胀剂。膨胀剂能够补偿混凝土的干燥收缩，减少混凝土由于收缩产生的的收缩应力，有效地降低混凝土的收缩裂缝产生的可能性［3］。对于膨胀带，可沿底板和侧墙中央设置。带宽一般为2m，两侧采取隔离措施。施工时，带外一侧先用掺量为8%～10%的微膨胀混凝土，浇筑加强带改用掺量为10%～12%的同种混凝土，其强度要比两侧提高一个等级。

2.2 材料方面的措施

材料方面的控制措施，重点是降低水化热，减小混凝土的收缩。

在水泥选择上，应以水化热作为主要控制指标，降低温度应力，也可通过加入粉煤灰等掺合料，改良混凝土性能。在骨料选择上，应选用连续级配的骨料，粗骨料应热膨胀系数较小、粒径较大，含泥量低于1%，细骨料宜选用级配良好，浑圆的中粗砂，细度模数宜在2.6～3.2之间。此外，选用合适的减水剂和缓凝剂可节省水和水泥用量，同时提高混凝土抗渗性，延缓水泥水化放热速度，有利于地下室混凝土施工。

2.3 施工方面的措施

首先，应降低泵送混凝土出机及浇筑温度。降低混凝土出机温度，可在骨料入机时加冰块等进行预冷，并在骨料堆场架设遮阳装置。通常情况下，混凝土的最高浇筑温度应小于40℃，以防止温度过高导致较大的冷缩和干缩。浇筑混凝土应尽量安排在下午或夜间浇筑，预冷骨料，防止日晒。

其次，规范混凝土的浇筑与振捣。施工上建议采用分次投料的搅拌工艺，提高其拌合物匀质性，增强其强度和耐磨性［4］。混凝土应进行二次振捣，增强混凝土密实度和抗拉强度。并在终凝前再进行二次抹压，应以混凝土表面重新出微浆或水印为标准，避免混凝土在终凝前因塑性收缩而产生的裂缝和局部不实的现象。

2.4 混凝土养护措施

混凝土水化反应的最终结果是强度的增长，而提供良好的温度和湿度环境，是混凝土养护工作的本质。

对于潮湿养护，可采取的措施是表面淋水，覆盖如塑料薄膜等材料，防止水分蒸发。但刚浇筑完毕的混凝土应等水化热峰值回落时再洒水，避免混凝土表面温度骤然降低，导致早期收缩裂缝。潮湿养护至少持续两周以上。保温养护主要目的是提供适宜混凝土硬化反应的温度条件。养护时可在结构表面或四周模板外覆盖保温材料如湿砂、锯末、草袋或草垫、塑料薄膜材料进行养护。保温养护的时机要把握好，如果气温较低，混凝土浇筑后就应立刻进行，而气温较高的情况下如在夏季，则最好在混凝土温度开始下降后进行。

3 工程实例

3.1 工程概况

烟台某干部培训基地一期工程，位于烟台市高新区。总建筑面积38689.76m2，其中地下面积4813.12m2。地下一层，地上24 层，总高度92.4m，建筑采用框架结构。

主楼地下室总长78.20m，总宽67.4m，层高5.7m，基础形式为桩基承台，C40 底板500mm 厚、承台1500mm 厚，地下室外墙板厚400m，顶板厚250m。地下室均采用p6 抗渗混凝土。外墙水平配筋为双层Φ16@150，配筋率为0.56%。

本工程选用P·O42.5R 普通硅酸盐水泥，标准稠度为28.4%，细度为0.6%，设计水泥用量410kg/m3，实际用量430kg/m3。

3.2 裂缝控制分析及措施

由于本工程地下室混凝土浇筑后外侧墙板底部约束力较大，加上混凝土温度变形和收缩变形而导致混凝土出现裂缝，故需加强对混凝土原材料及配合比、浇筑振捣等施工技术等方面的控制。

首先，材料方面。在保证混凝土设计龄期强度的前提下，该工程坚持了尽量减少水泥用量、水灰比、砂率，降低水化热等原则。本工程选用中砂，减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。侧板所用砂细度模数2.7II 区中砂，底板细度模数2.9II区中砂，符合要求。混凝土砂率为40%。石子采用的是连续级配石灰岩碎石，粒径为5～31.5mm，含泥量底板为0.6%，侧墙为0.7%，均符合要求且性能良好。选用二级粉煤灰作为掺合料，掺量为43kg/m3，可使混凝土的水化热进一步降低。

其次，施工方面。本工程留设两条后浇带，后浇带贯通底板、侧墙及顶板，宽度均为800mm。地下室混凝土浇筑分两个阶段。第一阶段按底板、混凝土柱、侧墙的顺序浇筑。第二阶段浇筑侧墙、顶板及梁。浇筑前处理好施工缝:清理表面杂质，凿毛表面，浇水冲洗后加浆，再浇筑。混凝土的振捣使用5 台棒式振捣器，在浇注斜面上连续振捣。在混凝土初凝前，在表面用平板振动器进行了二次振捣。并在混凝土终凝前再进行二次抹压。

此外，本工程地下室基础混凝土浇筑量就达2500m3。为此，施工现场准备了两台泵车，以中央后浇带为界，东西分区同步浇筑。同时，多台运料车不间断供应混凝土，尽最大可能缩短混凝土出料时间。

最后，养护方面。地下室底板浇筑完毕，用湿草垫覆盖养护。在春节假期无工人时，施工单位决定将墙体、顶板及梁不拆模覆盖草垫保温。复工后，施工方每天使用喷淋器进行潮湿养护地下室混凝土。

3.3 效果分析

经过数次现场勘查及实验，该地下室工程混凝土结构外观、强度等方面均符合要求，证明裂缝的控制措施起到了良好的效果。但结构上某些部位出现裂缝。

首先，底板某些部位出现龟裂状的微小裂缝，对结构并无影响，可以忽略。其次，在南北墙体内侧发现裂缝。南侧内墙体裂缝数量较多，裂缝斜交于长度方向，自顶板往下间隔数米分布，宽度小于0.2mm。北侧内墙较少。经现场专业人员分析，此裂缝属于浅表性裂缝，产生原因主要是浇筑后潮湿养护不到位，墙体收缩变形，但对结构使用功能及安全性影响不大。