某商业住宅项目地下空间结构裂缝控制问题研究

2020-03-08马华飞

工程技术研究 2020年10期

马华飞

（浙江五联建设有限公司，浙江宁波 315000）

结构裂缝的成因非常复杂。相关调查资料显示，产生裂缝的因素包括外荷载直接应力与结构次应力作用所产生的裂缝，以及环境温度、结构膨胀与收缩、徐变、不均匀沉降等引起变形变化而产生的裂缝。其中，又以第二种因素为主，约占结构裂缝的80%。某商业住宅项目地上32层、地下1层，总建筑面积547055m2。

1 地下空间结构裂缝产生的原因

1.1 材料因素

（1）材料收缩。收缩裂缝占变形裂缝的80%左右。按照裂缝产生的原因，收缩裂缝又可以分为干燥收缩裂缝、塑性收缩裂缝和温差收缩裂缝。第一，干燥收缩。水泥水化之后成为水泥硬化体，其绝对体积将会减小。通常100g水泥水化后的化学缩减值为7～9mL。假设砼水泥用量为350kg/m3，那么水泥水化后所形成的孔缝体积将会达到25～30L，此时砼的抗拉强度和极限拉伸都会降低。同时，水泥浆体也会发生水蒸发现象，其蒸发量为0.06mL/g。在前文假设基础上，砼在干燥条件下的蒸发水量将会达到21L/m3。毛细孔隙水分的逸出会导致毛细压力，产生毛细收缩。水泥砂浆的干缩值可以达到0.2%左右，砼的干缩值可以达到0.06%左右，但是砼的极限拉伸为0.02%，此时很容易产生干缩裂缝。第二，温差收缩。水泥水化时会放热，其水化热为每克165～250J。砼水泥用量的增加会产生大量的水化热，最大绝热温升可以达到80℃。当砼表里温差达到10℃时，结构就会产生0.01%的冷缩值；如果温差达到30℃，其产生的冷缩值将会达到0.03%；若冷缩值超过砼的极限拉伸值就会产生结构裂缝。第三，塑性收缩。砼在初凝的前一阶段会产生泌水与水分蒸发，出现失水收缩现象，这时骨料和水泥之间也会引起不均匀沉缩变形，这一沉降变形产生在砼终凝之前的塑性阶段，所以叫作塑性收缩。塑性收缩的收缩量大约为1%。砼的表面如果养护不到位或者抹压失时都会龟裂，这些龟裂的宽度通常在2mm以内，为表面裂缝。同时，水灰比不恰当、添加剂水性差、振捣差、环境差等都会导致表面失水过大，产生砼塑性收缩，引起表面开裂。

（2）减水剂因素。试验证实，在砼配合比一定的状况下，加入减水剂后坍落度可以增加130mm左右，然而和基准砼的收缩值相比增量为120%。因此，《砼减水剂》规范规定掺减水剂的砼和基准砼收缩比≤135%。试验还证实加入不同种类的减水剂砼其收缩比不同，通常木钙减水剂收缩比最大，聚丙烯酸减水剂最小。这进一步表明减水剂的使用也会增加商品砼建筑结构开裂的机会。

（3）砼后期膨胀裂缝。砼后期膨胀裂缝产生的主要原因包括以下几种：一是水泥中的CaO、MgO含量过高，Ca（OH）2、Mg（OH）2体积膨胀产生裂缝；二是外加剂碱过多，和活性硅等产生碱-集料反应导致体积膨胀产生裂缝；三是Mg++等有害离子进入之后对钢筋产生腐蚀等从而产生裂缝。

1.2 设计因素

钢筋砼结构中砼、钢筋一起负担极限状态的载荷力，设计者需要结合环境因素、静动载荷等多种因素对载荷裂缝进行控制。从国内外相关设计规范可以看出，结构变形作用所产生的裂缝主要分为以下两种。

（1）设计规范没有对裂缝的验算方式进行明确，而是让设计人员自主选择。这种情况下设计人员基本都采用的是事后处理方式，即裂缝出现之后再堵，实在不行就排。

（2）设计规范对载荷裂缝的计算方式进行了明确，并对允许值进行了明确。这种模式下只需要根据规范预留伸缩缝就可以，设计上采取留缝就不裂的原则。

1.3 施工管理因素

（1）砼配比是否严格按照设计要求进行，砂石级、含泥量等是否达到设计要求、砼坍落度情况等都会对结构裂缝产生影响。

（2）砼浇筑振捣、施工缝与细节处理等也会对结构裂缝产生影响。振捣过度会造成浮浆过厚，如果不能及时抹压就会在砼的表现产生塑性裂缝，影响外观情况。

（3）边墙模板拆除问题。过早拆除边墙模板，砼水化热处于高峰，此时砼内外温差过大就会造成砼体开裂。

（4）另外，砼的后期养护问题也很重要，施工单位要关注后期养护问题，特别是对墙体和柱梁的养护，稍有不慎就会产生收缩裂缝。文章案例当地湿度较大，受吹风作用砼水分蒸发过快，导致干缩加快，这也会引起表面裂缝。

2 项目结构载荷作用裂缝控制措施

地下空间结构裂缝的控制措施包括抗与放两种。所谓的抗就是通过加大混凝土结构的抗拉强度和极限拉伸对混凝土变形进行平衡；放就是利用混凝土结构自由变形对混凝土变形进行释放。抗和放并不矛盾，在实际施工中通常会两种措施并用。

载荷裂缝的控制主要通过在设计阶段对结构不同部位能够产生的最大拉应力界面进行计算，让结构设计可以满足裂缝控制条件。所以要保障某商业住宅项目结构设计基础资料收集的准确性。在对某商业住宅项目结构进行设计时，需要考虑其地下水位与土层情况，并作为外墙水压力设计的依据；同时还要考虑基础持力层会对基础结构的形式与沉降产生直接影响、天气情况对温度和湿度的应力计算产生的影响。

某商业住宅项目结构设计阶段的裂缝控制主要从以下几个方面来进行：

（1）确保基础梁、板计算的基础资料真实、可靠，所使用公式与计算方式科学、合理。现阶段地基反力的三种假设其计算结果存在一定的差异性，因此，选择哪种假设和计算方式要结合实际情况来进行。

（2）确保支座假设科学、合理。构件支座假设的确定与壁板、链接部位、地下室顶板等有关，假设是否合理直接影响裂缝设计的科学性。

（3）合理选择载荷组合。应包含施工和检修阶段的载荷组合。

（4）判断极端温度的取值和其影响部位的计算是否合理。

3 项目结构收缩与温湿差裂缝控制

收缩与温湿差裂缝的控制通常以相关规范规定为基础，严格按照混凝土配比、用料要求等进行设计和操作，另外，还要重视混凝土灌注的养护。对于超长基础还要重视伸缩缝、添加剂、后期浇筑等对裂缝的影响。

某商业住宅项目结构设计以《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB 50069—2016）要求为基础。当现浇钢筋混凝土基底是土基时，要每隔20m或30m处增加一道伸缩缝；如果基地是岩基时，间距为15m或20m；如果基地是装配整体式时，间距为20m或30m。这种增加伸缩缝的方式可以有效消除季节温差形成的温度应力，降低混凝土收缩作用。

（1）伸缩缝可以把结构切断。不过在实际设计中因功能需求有时很难实现。因此，在某商业住宅项目结构设计时通过完全或者不完全收缩缝来替代，保障伸缩缝的部分功能。不过这种设计对温度所造成的伸缩问题效果并不理想，而且会导致混凝土局部压碎。所以该项目在使用收缩缝时还要注意在结构表面开槽进行封胶处理。另外，收缩缝所在位置尽量不要在构建的受压区或应力集中区。变形缝设置需要相应的构造措施做保障，对节点的处理、材料质量、施工水平等都有一定的要求。无论哪一个环节出现差错都会对整个结构产生不良影响。在建筑工程中，经验丰富的作业人员可以选择在混凝土中使用外加剂或者设后浇带，降低收缩变形，提高收缩缝间距限制。通常在一些超长大体积的混凝土设计中会采用添加剂、加强带、后浇带等方法来降低伸缩缝。

（2）使用添加剂的目的是提升混凝土的均匀密实性、减少混凝土结硬时的收缩变形。如果混凝土的均匀密实性较高，混凝土受力变形开裂之后裂缝会较细，从而达到控制裂缝宽度的目的。抗裂防水剂类添加剂通常用在加强带位置。综合前面所述，该项目可以通过在混凝土收缩与温度应力最大处设置加强带将超长地下室分割开。在加强带位置，通过提高混凝土强度与抗裂防水剂类添加剂的掺量、加强带内增配温度钢筋等方式，以增加混凝土的膨胀率与抗拉强度，消减混凝土内聚拉应力。

4 项目结构材料品质与构造形成裂缝控制

某商业住宅项目地下空间结构设计以《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》（CECS 138：2002）为基础，对结构的使用材料进行了确定，主要控制内容如下：

（1）浇筑混凝土坚决不能用过期的水泥或因受潮而结块的水泥，避免水泥水化不完全对混凝土抗渗性带来不利影响。

（2）水灰比也会对混凝土开裂产生直接影响。一般，水灰比越大，混凝土中水分蒸发后产生的毛细孔越多，进而提高混凝土开裂风险；同时，沙石粒径的均匀性、级配、粗骨料粒质量等都会对混凝土的密实度与和易性产生影响，增加裂缝发生的机会；另外，混凝土中添加剂的选择也会对混凝土裂缝产生影响。

（3）结构各部位构造的合理性。在保障材料质量的同时，结构部位构造的合理性也会对裂缝产生影响。在构造设计时，要通过合理的措施以确保构造的实际受力状态和计算模型是一致的。同时，还要根据不同构件和节点在结构体系中的作用使用不同的构造方法。因此，一方面，合理的细节构造设计及有效的完善和调整，可有效抑制裂缝的出现；另一方面，在理想的设计模型中应设有可靠的保障性构造措施，以满足结构的实际受力情况。