地下室底板承台混凝土裂缝成因分析及防治措施

彭双艳 曹正斌

（中机国际工程设计研究院有限责任公司 湖南长沙 410000）

引言

随着建筑业的飞速发展，建筑的结构型式越来越多样化、建筑要求不断提高，由建筑结构挑战新高带来的一系列建筑工程质量问题也越来越多，如混凝土桩基承台裂缝就是一个常见的混凝土裂缝问题。混凝土的裂缝因其种类多，影响因素多，故而不易进行成因分析，进而采取相应的防止措施，因此也就很难界定混凝土裂缝形成的责任主体是施工、设计还是混凝土供应商了。本文就遇到的实际桩基承台裂缝问题，进行了一些研究和分析。

1 工程实例

1.1 工程概况

拟建场地西靠常德洞庭大道，北接二轻路，东为刘家坪路。拟建建筑由5栋住宅（其中 1#、2#、4#栋均31层，3#栋 6层，5#栋18层）带一层地下室组成。地下室底板板面最低标高黄海高程为26.2m，抗浮水位标高为29.5m。

1.2 工程设计

本工程地基基础等级为甲级，基础采用长螺旋钻孔压灌桩，主楼采用直径φ900、φ800两种直径，纯地下室采用φ600的抗拔桩，桩长约17m，桩端持力层为圆砾层。主楼承台为大体积混凝土桩基承台，最大承台尺寸为12.6m×11.5m，底板、桩身及承台均采用C35混凝土浇筑。地下室抗渗等级为P8。

1.3 工程施工

其中4#栋承台及底板于2014年10月底施工完毕，2015年8月主体验收，该地下室底板及桩基承台采用泵送商品混凝土，施工日平均气温在18℃左右，混凝土配比符合设计规范要求，出厂合格证和质量证明书等资料均齐全，各组混凝土试块也满足规范要求。4#栋与1#、2#栋等均采用的同一厂家的混凝土，由多家施工队伍同步施工，当4#栋上部结构施工至10层时，其中3个较大的桩基承台沿承台周边开始出现细微裂缝，裂缝长度15～50mm不等，裂缝宽约1～1.5mm，表现为承台与地下室底板相分离，能明显看出桩基承台的轮廓线。施工过程中4#栋每3层观测1次沉降，单次沉降量、累计沉降量和平均沉降量均满足规范要求。

2 混凝土底板桩基承台裂缝的主要影响因素

混凝土的裂缝种类繁多，影响裂缝的因素可能是一种也可能是多种。本工程地下室11550m2，主楼承台为大体积混凝土桩基承台，承台厚达2.5m，整个地下室范围仅4#栋在施工过程中出现了多条细微裂缝，且裂缝沿桩基承台周边分布。针对本工程多栋单体仅4#栋部分承台出现裂缝的情况，排除了结构设计、混凝土配合比等影响因素，且4#栋仅施工至10层就出现了混凝土裂缝，沉降观测数据显示正常，未超出规范要求，也排除了外荷载的影响。因此本文将从大体积混凝土浇筑、混凝土的保温和保湿养护等方面进行一些分析和研究[1]。

3 大体积混凝土底板桩基承台裂缝的成因分析

大体积混凝土的裂缝主要有温度裂缝、收缩裂缝和安定性裂缝等。裂缝产生的原因有水泥水化热、约束条件、外界气温变化、混凝土的收缩变形、混凝土浇筑施工技术质量等。

3.1 水泥水化热是大体积混凝土裂缝形成的主要因素

大体积混凝土结构一般要求一次性整体浇筑。浇筑后，水泥在水化过程中产生大量的热量，这是大体积混凝土内部热量的主要来源。由于混凝土体积大，桩基承台断面较厚，聚集在内部的水泥水化热不易散发，故引起混凝土内部温度急骤升高，而混凝土的表面却能较快的散热，故形成了较大的温度差，从而产生温度应力。一般在浇筑后的3d左右混凝土内部出现最高温度，且随着混凝土龄期的增长，其强度也相应提高，对混凝土内部降温收缩变形的约束越来越强，温度应力也随之变强，当混凝土的抗拉强度不足以抵抗温度应力时，即产生温度裂缝[2]。

3.2 受内外约束条件及温差的影响

约束条件一般可以概括为外约束和内约束两类。其中外约束是指，浇捣过程遭遇暴雨或是保湿措施不到位的问题，进而导致构件温度突然下降，增加了结构内外部的温差。内约束是指，过渡的入模温度，将导致桩基承台结构结构与表层，即表层与气温环境温差过大。

3.3 混凝土内粗骨料沉降产生裂缝

由于粗骨料的密度较大，因此，初凝前处于缓慢下沉状态，这就导致其会与胶凝体产生位移。此过程，一旦受到钢筋网物的约束，就会产生顺筋裂纹，进而使混凝土中的高水灰比突出[3]。

4 混凝土裂缝控制措施

4.1 水泥水化热影响控制

对于因水泥水化热不稳定所造成的裂缝病害，应从材料、配比以及养护措施控制入手，来提高地下室混凝土底板桩基承台结构的稳定性[4]。具体来说，为最大限度的规避混凝土结构裂缝病害，实际施工阶段，应采用完善措施进行配比设计。如，采用水化热度较低的矿渣硅酸水泥，即通过检验来控制其施工过程可能带来的温度变化影响。此外，还应选择含泥程度不高的天然砂，以作为细骨料。如此，在进行混凝土的配比设计阶段，不仅能够保证结构的稳定性，还能降低水泥的使用量。值得注意的是，在搅拌混凝土材料时，设计人员应控制好水泥量，并在混凝土中放入一定量的减水剂来提高其作用于施工实践的安全稳定性。

搅拌运输过程中的大体积混凝土搅拌作业，应以均匀搅拌方式，来对时间与原材料的使用效果进行控制。此外，为保证搅拌作业的连续性，应严格控制混凝土桩基承台结构的坍落度。此外，为在运输期间规避混凝土离析现象的出现，应尽可能缩短运输的时间，并在施工使用大体积混凝土前进行一次搅拌，以提高水泥施工的均匀性。值得注意的是，对于入模作业混凝土的自由倾落高度达到了2m，施工技术人员应采用串筒进行下料作业，以规避离析问题的发生。

浇筑大体积混凝土的施工过程，施工技术人员应采用分层浇筑方式进行作业，并根据设计图纸要求进行分层控制。此外，振捣作业过程，应深入上层混凝土环境5cm以上，并配合快插慢拔的操作。在对振捣点进行振捣作业时，应将时间控制在20～30s范围内，直至混凝土表面无气泡现象。如此，停止振捣作业后投入浇筑施工使用，就能满足结构基本的性能质量要求。

混凝土浇筑完毕后养护施工，应在满足大体积混凝土施工温度与硬度效果要求下，采用科学有效的养护措施。具体来说，就是在浇筑工作结束后的12h内对大体积混凝土进行养护作业。此外，还应尽可能采用蓄水覆盖方式。对于混凝土养护时间，应结合混凝土实际作用硬度来进行确定。

4.2 温控措施运用控制

4.2.1 温控措施

由于大体积混凝土结构的温度会受到粗集料的影响，因此，温控措施应用人员应将其作为重点工作对象。如，夏季高温施工环境，施工技术人员应采用篷布对建筑材料进行覆盖，以避免其因温度过高而出现施工与材料使用效果下降的问题。此外，还应用草带盖住混凝土的输送泵，并用洒水方式对其进行降温，以降低混凝土结构的表面温度。值得注意的是，篷布还应作用于混凝土的运输过程，以避免其受阳光直射的影响而降低结构施工的质量。

4.2.2 温控监测

要想保证大体积混凝土结构施工的温控措施应用效果，应按照从下自上的顺序进行监督控制。具体来说，在进行平面温测时，应将每个测点间的距离控制在5m范围，以提高温测工作开展的质量与准确性。对于混凝土结构内部的温度监测，应采用预留孔洞的方式，来使监测点能够布设于其中。在应用测量仪器设备进行温度测量时，如半导体液晶显示温度计，应时刻观察混凝土的温度变化情况。如，施工阶段，混凝土的温度升高状态导致温差大于23℃，应通过降低混凝土的覆盖程度来降低温差。当混凝土处于降温状态，且混凝土的温度大于25℃时，则应对其进行增温处理，即通过保温措施，来提高混凝土结构的抗压能力。

4.2.3 施工阶段控制

混凝土的施工作业阶段，应通过调整砂率与减水剂的掺入来将塌落度控制在科学合理的范围内。此过程，温控措施应用人员不能随意添加水分来控制塌落度。此外，在施工作业前期，应对机具、物料以及其他相关设备进行准备，以使分层浇筑作业不会出现泌水层的问题。对于分层浇筑混凝土的作业，应控制好时间间隔，并将上层混凝土的表面温度降至大气平均温度，最终实现降低作用温度的目标。

5 结语

综上所述，设计在混凝土抗裂方面未给出太多的措施，主要依靠施工中的控制。在施工过程中，混凝土的内外温度发展都在允许范围之内。要想实现大体积混凝土的温度控制，首先要有优质的原材料和合理的混凝土配合比作基础，然后还要有正确的施工方案、合理的施工组织和有效的温控方案做保证。事实证明，在大体积混凝土浇筑过程中，只有从原材料、施工、管理等各种方面采取措施，尽量减少水化热聚集引起的裂缝，同时做好温度测控措施，从而保证混凝土施工质量。故而，相关建设者应将上述分析内容与科研结果更多地作用于不同施工环境的地下室承台混凝土结构作业，以达到工程项目建设使用的预期。