地下室混凝土结构裂缝控制设计分析

薛泽丽

（太原中晋建筑设计事务所有限公司，山西太原 030000）

0 引言

随着我国城市化进程的加速，城市建设水平不断提升，城市中的人口压力越来越大，为了提高对城市空间的利用率，城市中投入建设的高层建筑数量不断增加，其地下室结构的规模和复杂程度也随之扩大。目前我国土木建筑工程中以混凝土结构占据主导地位，在内外因素的作用下混凝土结构会不可避免地出现裂缝，一旦出现裂缝，就会对混凝土结构的防水能力、承载能力和耐久能力等产生不同程度的影响，若未能及时对混凝土结构中出现的裂缝进行控制，可能使建筑物造成严重的损害，威胁用户的生命安全。

1 混凝土结构裂缝的基本概念

使地下室结构产生裂缝的原因主要有以下两点：①地下室结构在外部荷载的作用下产生裂缝，该原因造成的裂缝也叫作结构性裂缝，其本质是由于地下室结构的设计不合理，使得地下室结构的承载力不足，可能会引发严重的安全事故，需要引发设计单位和施工单位关注的重要问题；②地下室结构在内外因素的作用下发生形变从而造成混凝土结构出现裂缝，该原因造成的裂缝也叫非结构性裂缝，内外因素包括混凝土收缩、温度变化、地基发生不均匀沉降等多种因素，混凝土结构在发生形变的过程中内部构件会产生自应力，一旦自应力大于混凝土允许的拉应力，就会造成混凝土结构裂缝[1]。

2 裂缝形成的原因

在实际工程中，约有80%以上的裂缝是由于内外因素的作用而引发的非结构性裂缝，地下室混凝土结构中出现的裂缝也多因此原因造成，下文对引发非结构性裂缝的具体原因展开分析。

2.1 收缩及水化热

通常情况下混凝土材料都是由水、石子、砂石和水泥构成，在必要时还会加入一定比例的矿物掺合料和化学外加剂，依照实验室出具的材料配合比掌握各种材料的用料，经过均匀拌和后形成的密实度高、硬度高的建筑石材。水泥在水化热的过程中会产生大量的热量，不同的水泥品种产生的水化热效果不同，在地下室的施工中，由于使用的混凝土体量较大，在选择水泥品种时会优选地水化热的水泥种类，如火山灰硅酸盐水泥[2]。在水泥已经发生水化热的情况下，若未能科学合理地选择其余材料，造成水泥用量过大、水灰比不合理、粗骨料量少、加水量过多、未充分振捣、周围环境温度过高、混凝土表面迅速失水等情况都会导致混凝土结构表面出现收缩现象，进而导致开裂。

在选择材料时，还应关注各项材料的质量，如骨料级配和砂石的含泥量等，砂石含泥量过大不仅会影响混凝土浆液与集料的黏结程度，增大混凝土的需水量，对混凝土的强度造成影响，还会使混凝土的流动性降低，进而引发混凝土结构出现塑性收缩裂缝，而且该种因素引发的裂缝还有很大概率会发展成惯性有害裂缝。

2.2 地下室结构设计不合理

建筑结构设计的科学性和可行性会对其质量产生直接的影响，因地下室结构设计不合理引发的结构变化主要有以下几点表现：

（1）混凝土结构收缩明显，是由于设计中采用的混凝土等级过高，导致用灰量增大。

（2）未能在设计中体现膨胀加强带和后浇带，未能有效预防钢筋混凝土结构在浇筑后发生的不均匀沉降或收缩而产生的有害裂缝。

（3）构造钢筋的数量和规格设计不合理，使混凝土浆液和钢筋未能形成良好的黏结作用。

（4）设计中结构构件截面突变的应力集中（附加荷载突然增大）所产生的裂缝。

2.3 施工工艺及现场养护

地下室钢筋混凝土底板会直接在地基土上浇筑，当完成混凝土的浇筑施工后，若混凝土结构因温度变化发生形变，地基土会对其形变进行约束，从而产生外部约束应力。如混凝土结构温度升高，地基土也会对其膨胀变形进行约束，使混凝土结构的中心产生压应力，使得混凝土的徐变和应力松弛度增加，进而降低地基和混凝土底板连接的牢固度，从而产生裂缝。在浇筑混凝土侧壁时，由于混凝土具有一定温度，侧墙在底板的约束下产生压应力，混凝土随着时间的推移温度逐渐下降，逐渐产生拉应力，当产生的拉应力超过钢筋的抗拉强度时，则混凝土结构中就会出现裂缝[3]。因混凝土温度变化而造成的结构裂缝是施工中最常见的裂缝原因之一，施工单位应着重加强对混凝土温度的控制，尽量降低裂缝出现的概率。

3 裂缝控制材料措施

3.1 材料选用方面

通过对混凝土结构出现裂缝的原因进行分析后发现，混凝土材料的选用会对混凝土结构的质量产生直接的影响，为最大化规避混凝土的干缩、徐变和抵抗水化热应力，应科学设计混凝土浆液中各项材料的配合比。配合比的设计应在满足施工要求的前提下尽量降低水灰比，严格控制水泥的用量。同时，还应加强对添加骨料的质量控制，通常情况下粗骨料的最大粒径应小于32mm，粗骨料中片状、针状颗粒的占比不应超过总重量的15%，根据地下室结构的建设要求，选择的粗骨料最大粒径应在结构截面最小尺寸的1/4 之内，并且不能超过钢筋最小净距的3/4，细骨料应优选中、粗砂[4]。科学选择混凝土材料中需要使用的水泥品种和等级，控制砂石原材料的含泥量，根据建设需求在必要的情况下合理添加外加剂，通过把控材料的质量实现减少混凝土结构开裂的目的。

3.2 设计方面

为解决混凝土结构设计中表现出的不合理之处，可通过以下几点措施提高混凝土结构设计的科学性和合理性。

（1）应根据建设需求科学设计混凝土强度等级，不应盲目提高，还可在拌和混凝土浆液的过程中加入适量的微膨胀剂，避免混凝土在凝结过程中出现收缩现象。

（2）若地下室结构总长度较大，应在施工开始前预留施工缝和后浇带，并将地下室的整体结构划分成多个小结构，根据施工现场的条件科学选择浇筑顺序，施工完成后静置一段时间等待各部分构件自然收缩，结构趋于稳定后再进行施工缝混凝土的浇筑，将多个小结构连成一个整体[5]。该方法能有效预防因混凝土收缩或发生不均匀沉降而导致的裂缝，提高地下室结构的整体质量。不同的工程建设要求各有不同，若部分工程要求无缝施工，则可适当加设膨胀加强带，以应对混凝土的收缩开裂。

（3）科学设计钢筋的数量和规格，在配筋率想用的情况下应优选细钢筋；适当的用抗裂钢筋替代构造钢筋；大底板部位最好选用双层双向配筋；可在侧壁天体内部增加水平暗梁，以对抗混凝土在收缩过程中产生的拉力；若混凝土梁的截面较高、跨度较大，应根据实际情况合理调整钢筋的数量和间距。

（4）重视混凝土结构外界环境对其产生的影响，若周围环境中存在有害介质、过于干燥、湿度较大时，可在构建表面抹灰，提高混凝土结构对外界环境影响的抵抗能力[6]。

4 施工工艺及现场养护措施

（1）施工单位应提高自身的管理水平，加强对混凝土材料的控制力度，确保施工工艺和技术符合相关规定及建设要求。

（2）应分层浇筑体积较大的地下室混凝土结构，并密切关注混凝土浆液的温度，尽量选择室外温度较低的时间段浇筑混凝土，以使混凝土的温度能均匀上涨，浇筑过程中应尽量将混凝土的温度控制在28℃以内[7]。夏季施工时若混凝土入模温度过高，应在骨料添加之前做好防晒处理，或者用冷水搅拌，以实现对混凝土温度的控制。

（3）确保混凝土浆液的振捣质量，结合不同的坍落度科学控制振捣时间，避免漏振或过振，确保振捣完成的混凝土密实度合格。

（4）应在混凝土达到设计强度后才能进行拆模。

（5）提高混凝土的养护水平，在混凝土初凝阶段应做好表面的保湿和保温工作，避免混凝土表面因失水或热扩散出现裂缝。地下室的施工尽量选择春秋两季，尽量减少外界温度对混凝土结构的影响。

5 结论

综上所述，引发地下室混凝土结构出现裂缝的原因种类较多，混凝土构件出现裂缝的现象也较为常见，很多轻微细小的裂缝对地下室结构功能性的实现、使用寿命和承载力并不会产生明显的影响。但若轻微细小裂缝发展成为危险裂缝，不仅会影响建筑的美观程度，还会为建筑的安全性埋下隐患。因此，施工单位应深入了解引发裂缝的原因，采取有效的控制措施，才能切实提高建筑的整体质量。