某工程超长地下室混凝土结构裂缝成因分析及防治

覃文彬

【摘 要】高层建筑超长地下室钢筋混凝土结构裂缝会造成顶板、外墙底板等部位渗水，影响结构耐久性和正常使用。本文结合工程实例 ，从地下室多个部位混凝土结构裂缝的成因进行分析并提出具体防治措施。

【关键词】超长地下室；裂缝；微膨胀剂；收缩

【Abstract】The cracks in the reinforced concrete structure of the ultra-long basement of a high-rise building will cause water seepage in the roof， the outer wall floor， etc.， affecting the durability and normal use of the structure. This article analyzes the causes of cracks in concrete structures from multiple locations in the basement and presents specific prevention and control measures based on engineering examples.

【Key words】Long basement；Crack；Micro-expansion agent；Shrinkage

1. 工程概况

该工程主楼高97.3m，裙楼2层，地下室1层，三至二十七层为住宅，采用人工挖孔桩，桩径1.0～2.6m不等。地下室长145.5m，宽68.2m，底板除核心筒部位外均为250mm厚构造筏板，板面标高-4.70m。地下室顶板、外墙、底板防水混凝土抗渗等级为S6，采用掺有10%UEA微膨胀剂的混凝土刚性结构自防水，底板外防水为为SBS柔性防水，顶板及外墙为水泥基防水涂料，不设内防水。地下室按结构单元在底板及外墙设置3道横向及1道纵向施工后浇带。抗浮设计水位为-3.5m。

2. 裂缝情况

该工程地下室底板于2009年7月初浇筑完混凝土，7月中旬浇筑完地下室外墙混凝土，7月底浇筑完顶板混凝土。11月初开始拆除地下室顶板模板支撑，发现地下室底板、外墙、顶板均出现大量肉眼可见裂缝。如图1，地下室混凝土结构裂缝位置示意图。具体如下：

2.1 顶板裂缝：地下室顶板的板面及板底均出现大面积表面裂缝，板底多于板面。

2.2 底板裂缝：地下室底板裂缝数量较多，共有49条，裂缝宽度约0.3～3.0mm，集中分布于建筑物中部，呈现基本垂直于建筑物纵向，越靠近施工后浇带裂缝越密集。

2.3 外墙裂缝：地下室外墙内外侧有大面积分布的裂缝，基本上每跨4～5条，共有裂缝约284条，宽度约为0.3～2.0mm，绝大部分裂缝由上而下贯通，缝宽上大下小。

3. 裂缝分析

3.1 地下室顶板裂缝：主要原因是地下室顶板板面白天受阳光照射，板面升温高达60℃～80℃。顶板板底无阳光直接照射，温度均在35℃左右，温差达25℃左右。这一温差使板面相对板底伸长了，加之混凝土干缩，故板底会产生裂缝，严重者会开裂连通至板面，故在板面亦能看到裂缝。

3.2 地下室底板裂缝：

（1）本工程采用基桩受力为主的桩筏基础，桩直径较大（桩径普遍大于1.5m），承受水平荷载的能力和刚度比一般桩基大得多，桩基的相对位置不会因为温度的变化而变化，即对地下室底板（构造筏板）水平位移产生极大约束（相当于固定端），而置于桩基上的底板会因为温度降低而产生收缩变形。本工程结构主体长达145.5米，如按20℃温差计算，底板的自由收缩量为28.9mm，计算如下：

△L=L（T2-T1）α=145500×（35-15）×1.0×10-5=28.9（mm）

式中 △L——结构体随温度变化而伸长或缩短的变形值（mm）

L——结构长度

T1、T2——前后温度值

α——材料的线膨胀系数，混凝土结构为1.0×10-5

（2）由于底板混凝土浇筑处于7月初，平均气温35℃左右，进入11月后，气温降至15℃以下，地下室底板厚度薄而含钢量大（板厚除核心筒外均为250mm，配筋為双层 16﹫200，配筋率为0.96%），尽管底板施工时预留了施工后浇带，但按照设计提供的底板施工后浇带做法，底板通长钢筋在后浇带处未断开（见图2，地下室底板后浇带做法），造成底板结构未能自由收缩（至少不能达到自由收缩量），从后浇带处通长钢筋的紧绷也说明了这一点，混凝土即被拉裂；又由于后浇带相对远离桩基、单元核心筒，两侧接近后浇带处板体水平变形相对较大，从而呈现越靠近后浇带裂缝越密集。这就是地下室底板结构被拉裂的主要原因。

3.3 地下室墙体裂缝：

（1）原因之一，与底板产生裂缝原因相同，即因环境温度降低引起结构收缩受到约束而产生裂缝（见图3，地下室外墙后浇带做法），此为裂缝产生的主因。原因之二，墙体浇筑后，墙壁外面因工序原因未能及时回填土方，混凝土因干缩而开裂。原因之三，墙体受日照影响，升温产生涨伸、降温产生冷缩，直接受到日照的墙体外侧变形显著大于没受到日照的内侧，导致混凝土开裂。原因之四， 地下室顶板、外墙均添加了UEA微膨胀剂，而UEA微膨胀混凝土的性能：只有在湿养条件下才会膨胀，其限制膨胀率在14天内增幅最大，在膨胀值达到极限值（包括膨胀量和时限）之前，其胀缩量随湿养条件而波动。本工程由于墙体、板的浇筑时间不一致，在UEA微膨胀剂作用下，当顶板不断膨胀时，先浇筑完成的墙体基本完成了膨胀，从而造成墙项部自由膨胀受到下部约束引起开裂，进一步加剧了墙体的开裂，这就是地下室外墙裂缝上宽下窄的原因。

（2）因此，本工程超长地下室混凝土结构开裂主要原因来自三个方面：一是混凝土固有的干缩特性决定的，是不可避免的。二是底板结构浇筑时气温较高，而施工后浇带纵向通长钢筋未作断开处理，限制了底板结构自由伸缩。为避免这一问题产生，使砼的早期收缩和应力得到自由的释放，可在浇筑后浇带两侧混凝土时先断开后浇带处通长钢筋，待两侧混凝土达到龄期且结构变形基本稳定时再焊接，并采用补偿收缩混凝土浇筑后浇带的作法避免裂缝产生。三是由于UEA微膨胀剂的特性决定的。可喜的是，近几年，随着经济发展大量高层建筑的超长地下室应运而生，各种高性能的混凝土膨胀外加剂大量推广使用，各大设计研究机构进行了多种研究和尝试，取得了不少应用高性能混凝土膨胀剂获得超长建筑无缝设计成功的案例，值得借鉴和推广。

4. 裂缝处理

由于裂缝对混凝土的耐久性和防止钢筋被锈蚀都极不利，为消除对结构的损害，对裂缝逐条检查，根据缝宽，本工程结合抗渗、防锈蚀、耐久性以及经济合理等要求按以下方法进行处理：

4.1 对缝宽小于或等于0.2mm裂缝的处理。顶板及底板：在表面抹防水砂浆处理：（1）清理基层；（2）扫一层聚合物界面剂EC1；（3）刮抹水泥砂浆掺杜拉纤维。墙体：取消外壁原设计水泥基防水涂料作法，按顶板裂缝上述办法处理后，做聚氨酯防水。

4.2 对于缝宽大于0.2mm裂缝的处理。

4.2.1 本工程采用“高压化学注浆”的施工方法。这种整治方法主要优点：采用LW、HW浆液各50%混合的化学堵漏剂经高压灌注，能自由地沿不规则裂缝填充，从渗漏点表面直至渗水源头都能充满化学浆，达到彻底堵漏的目的；注入裂缝的化学浆凝固后，具有适应结构变形的能力，适用于活动状态的结构裂缝堵漏；在裂缝中的化学浆能包裹在结构钢筋的周围，有效地阻止了钢筋的进一步的锈蚀。具体工艺流程：（1）清理基层，距裂缝60mm左右沿墙板面45度斜角用冲击电锤钻孔；（2）埋设注浆止水针头，间距250mm左右；（3）针头埋置完毕，做好高压注浆机接线等准备工作后，在针头上接入牛油嘴，开启高压注浆泵（压力达到6MPa以上）将油溶性聚氨酯化学注浆液注入裂缝，以裂缝表面渗出浆液为宜；（4）检查施工完毕的渗漏裂缝有无延伸现象，如有延伸采用同样的工艺进行操作；（5）待化学浆液与裂缝中的水完全固原化后，打掉外露部分的注浆针头及残留在壁体外的发泡物；⑥施工完毕，清洗高压注浆泵，以免堵塞。（见图4，混凝土裂缝高压化学注浆示意图）

4.2.2 裂缝按上述方案处理后，底板及时按原设计浇筑了陶粒混凝土，顶板面及外墙外侧及时回填了土方，至今（已超过防水工程质保期）未发现新发裂缝及渗漏现象。可解析为，由于地下室顶板的沙土填充层、外墙外侧回填后的土壤、底板浇筑的陶粒混凝土填充层对构件的温度感应起到稳定作用，使混凝土构件避免出现大的温度波动，从而避免再生新的温度裂缝。

5. 结语

通过对该工程超长地下室混凝土结构裂缝产生原因分析，当地下室较长，墙体又是环状全封闭结构时，其水平方向的应力相当大。因此，合理的平面设计，平面布置规则整齐、避免突变，可减少了长外墙约束应力；另一方面，根据温度应力与长度非线性关系，应用“抗放兼施”原则，超长结构可通过试验合理添加膨脹剂实现“抗缩”，同时合理设置后浇带（通长钢筋断开）进行应力释放达到“放”的效果，从而达到减少地下室外墙、底板开裂的目的。

参考文献

[1] 王铁梦.《工程结构裂缝控制》.中国建筑工业出版社，1997.

[2] 雷有弟.《采用合理方法控制超长混凝土建筑物裂缝》.山西建筑，2002，28（12）.

[3] 李国胜.《建筑结构裂缝及加固疑难问题的处理》.中国建筑工业出版社，2006.

[4] 《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2002）.中国建筑工业出版社.

[5] 《高层建筑混凝土结构技术规程》 （JGJ3-2002）.中国建筑工业出版社.

[6] 《建筑结构加固工程施工质量验收规范》（GB50550-2010）.中国建筑工业出版社.

[7] 《混凝土膨胀剂》（JC476-2001）.中国建筑工业出版社.

[文章编号]1619-2737（2018）02-03-693