土木工程论文-地下室砼裂缝分析与控制.doc

1地下室砼裂缝分析与控制随着建筑物向高空和地下的发展在高层建筑中地下空间的开发利用已变得相当普遍由于功能要求往往地下室面积大长宽均超过设置伸缩缝的最小间距故而在施工中设置伸缩缝加上超大超长砼凝结硬化过程中的体积收缩和各种应力作用的结果都可能导致地下室砼的裂缝进而因裂缝导致渗漏水的现象非常严重有的甚至影响到建筑物的使用功能和安全如何在不留伸缩缝的情况下解决砼裂缝的问题已成为新的课题本文主要从地下室砼裂缝产生的机理原因防治及施工运用作出分析关健词地下室裂缝后浇带膨胀带收缩补偿性砼2一裂缝概况通过对大量地下室工程的实地调查发现地下室的裂缝主要表现为墙板和顶板部位它们具有以下的一些特点顶板裂缝大多数与跨度方向呈45度左右的斜角个别裂缝穿过两块以上的顶板如果地下室上部有塔楼则顶板的裂缝大多数集中于塔楼和地下室交界处的两侧墙面裂缝多数垂直于地面且相互平行宽度自下而上逐渐变窄有的贯通墙壁全高墙面两端附近裂缝较少中间部位较多裂缝一般在砼浇筑的60天之内出现随着时间的推移裂缝数量增多部分裂缝加宽在进入秋冬季节气温骤变的时候表现尤为明显图一墙面裂缝示意图图二顶面裂缝示意图二裂缝分类混凝土的裂缝按产生的时间可分为硬化前裂缝硬化中裂缝和硬化后裂缝按引起裂缝产生的原因把混凝土裂缝分为二大类第一大类由第一类外荷载直接荷载引起的裂缝包括按照常规计算的主要应力引起的荷载裂缝以及由结构次应力引起的荷载次应力裂缝二者通称为结构性裂缝受力裂缝3第二大类由第二类荷载间接荷载即变形变化引起的裂缝包括温度湿度收缩和膨胀不均匀沉降等因素引起的裂缝也称非结构性裂缝上述两类裂缝的区别是结构性裂缝从外荷载的作用内力的产成直到裂缝的出现与扩展几乎是在同一时间发生并完成的是短暂的一次连续的过程而变形裂缝从条件的变化变形的产生到应力的产成直至裂缝的出现与扩展等都不是在同一时间一次完成的它有一个传递过程是一个多次产生和间断发展的过程在工程实践中结构因温差收缩徐变不均匀沉降等因素引起第二类裂缝约占8085地下室砼裂缝大多数属于后者三裂缝原因笔者通过多年的实践和总结把产生地下室裂缝的原因归纳为以下几类1混凝土硬化性能导致裂缝一般情况下砼构件表面与构件截面中部温差超过25就引起砼内部裂缝构件表面温度和周围空气温差超过25就引起构件表面裂缝砼在浇筑后由于水泥的水化作用释放大量的水化热浇筑后的砼温度提高砼初期体积有微膨胀作用以后温度下降体积急剧收缩砼除了温度收缩外还有较大的化学收缩和干燥收缩砼早期10天15天极限拉伸很低这易造成砼的早期裂缝因砼的收缩较高的弹性模量和早期低徐变会使砼内部产生较大的拉应力超过砼的极限拉伸则是造成砼后期裂缝的主要原因砼在浇筑一个月左右完成4收缩4060天内完成收缩6520年后完砼收缩的98砼的收缩变形是一个初期大以后逐渐减少的过程可许多人习惯上认为混凝土强度等级越高安全系数越大但采用高强度混凝土就必然要采用高标号水泥并增加水泥用量导致水化热的提高增加了早期混凝土的热胀从而加大了混凝土温度降低以后的冷缩造成裂缝出现2结构的约束作用导致裂缝边界条件如地基和侧面土对砼构件的变形约束作用加上砼构件的刚度差异使砼变形不协调侧壁砼浇捣时地板刚度大受到地板的刚度约束早期形成压应力后期砼温度下降产生拉应力当拉应力大于钢筋的抗拉强度时则出现裂缝砼变形与限制膨胀条件有关当气温上升时地板和底板砼因为温度升高而向外膨胀侧壁和地板相互约束在侧壁的外侧形成垂直裂缝当地板和顶板受冷收缩时侧壁内侧形成垂直裂缝由于侧壁在边角部分受到的变形量比中部大同时纵横侧壁的相互约束因而侧壁两端附近裂缝小中部附近裂缝多侧壁内有柱时由于截面突变刚度有差异侧壁的变形受到柱的约束往往产生应力集中在离柱子1452m的墙体上易出现纵向收缩裂缝现代结构规模日趋增大超长超厚及超静定结构成为普遍采用的结构形式这种结构形式有显著的约束作用对于各种变形必然产生较大约束应力特别是在上部建有塔楼的人防地下室中在塔楼与人防地下室交界处由于两侧所受荷载及两侧结构的刚度或柔性有显著差异使其变形差异增大由于超静定结构的强约束作用在5塔楼与人防地下室交界处的顶板极易产生裂缝并穿透两块以上的顶板3基础沉降导致裂缝在有主楼和裙房的建筑中地下室的上部荷载和结构刚度差异很大在不同的静荷载和施工荷载作用下其沉降位移将很难协调一致不均匀沉降导致主楼与地下室交界处大梁两侧的楼板在支座处产生负弯矩造成45度裂缝在很多主楼与地下室交界处附近的墙体垂直裂缝和八字形裂缝同样也说明了这种由沉降差异而导致的裂缝如果主楼与地下室的地质情况存在差异则不均匀沉降和裂缝则更为明显4局部构造缺陷引起裂缝外墙钢筋的配筋量往往由裂缝宽度控制外墙裂缝宽度控制在02mm之内如果外墙设计时漏掉抗裂性验算配筋率不够易造成砼裂缝钢筋的弹性模量比砼的弹性模量大715倍在相同的配筋率下粗钢筋较细筋更易产生宽度较大的裂缝地下室砼侧壁与顶板相交处未设置暗梁或框架梁易使砼变形不协调而引起内角裂缝地下室外墙受到侧面土底板和顶板变形约束作用而外墙较底板和顶板刚度差异较大使砼产生变形如果外墙与顶板相交处未设置暗梁或框架梁该部位没有抗扭筋来抵抗和约束其变形则使得顶板厚度范围内内角砼产生较大的拉应力直至出现收缩裂缝5施工过程及工艺方法不当造成裂缝选用材料不当最常见的是选用泵送商品混凝土导致裂缝泵送混凝土的特点是水泥用量增加水灰比加大砂率加大骨料6粒径减小用水量增加这必然导致水化热增加和收缩量加大即便很薄的结构其收缩也很大施工过程控制不当如混凝土的养护不好拆模过早等养护不好将直接影响混凝土的抗裂能力在混凝土产生足够强度以前过早拆模以及在混凝土施工面上过早施加荷载或从事其它工序会破坏混凝土结构降低承载力导致产生裂缝侧壁钢筋保护层或钢筋间距偏大施工时对钢筋保护层或钢筋间距控制不好亦易造成侧壁裂缝另外未考虑增加抗变形钢筋对于侧壁无双向温度筋顶板侧壁开洞过大或私自预留安装洞而未采取加强措施造成应力集中裂缝有些施工单位为了安装方便在顶板和侧壁上任意开洞且未采取任何加强措施使得该部位产生裂缝对于开口洞应采取钢筋加强或增设暗梁等措施来抵抗该部位引起的集中应力地下室顶板施工荷载或堆载过大造成挠曲变形甚至裂缝为了能够缩短工期一些施工企业在地下室顶板上过早或过多的堆放建筑材料甚至行使重型机械设备如砼搅拌车等施工荷载远远大于顶板设计荷载造成顶板挠曲变形甚至裂缝砼施工的操作程序不当出现孔洞渗漏现象在地下室砼浇筑时经常因操作程序不当比如施工缝处基层处理不好较高板墙砼浇筑振捣不充分不密实等而出现孔洞空隙渗漏水现象不注意砼温度的控制造成砼膨胀或干缩裂缝对大体积砼7切不可忽略温度的影响应合理分段分层进行浇筑使砼温度均匀上升浇前应在室外气温较低时进行砼浇筑温度不宜超过28砼浇筑以后砼因水泥水化热升温而达到的最高温度主要是砼入模温度与水化热引起的温度升幅不宜超过25浇筑后的养护是防止地下室砼产生裂缝的一重要环节目的是控制温差防止产生表面裂缝可充分发挥砼早期强度防止产生贯穿裂缝潮湿的环境可防止砼表面因脱水而产生的干缩裂缝浇水养护不少于14d四抗裂措施地下室砼产生裂缝的原因很多通过对人为因素的控制其本可以解决第一类裂缝的产生第二类裂缝则通过设置伸缩缝加以解决但该方法也有许多缺点主要是造价高地下室不能连成整体影响功能伸缩缝的防水处理比较麻烦防水效果并不理想近年来超长砼结构的无缝设计与施工技术在实践中得到了发展且有许多成功的工程实例取得良好的效益笔者通过多年的积累和研究总结了一套在不留伸缩缝的情况下地下室砼施工抗裂的措施1采用补偿收缩砼在砼中渗入UEAHEA等微膨胀剂利用其膨胀性能补偿砼凝结收缩例如用UEA膨胀剂以1020等量取代水泥制成补偿收缩砼控制其膨胀率c002005按公式Ecc可在砼中建立0207MPa的预压应力从而抵制砼在硬化过程中全部或大部分拉应力以砼的收缩值减去砼的膨胀值其差值在砼的极限拉应变8内则可使砼结构不裂2设置砼膨胀带由于砼中膨胀剂的膨胀变形不会与砼的早期收缩变形完全补偿为了实现砼连续浇注无缝施工而设置的补偿收缩砼带根据一些工程实践一般超过60m设置膨胀加强带图三膨胀带示意图图四砼收缩与补偿收缩示意图膨胀带要求设置在砼收缩应力发生最大部位以及一般地板和9侧墙长度方向的中间位置对于超过普通砼伸缩缝设置间距的超长砼结构要进行连续无缝施工可设置多条膨胀加强带其作用主要表现为膨胀加强带砼的设计强度常比相邻的砼设计强度提高5MPa10MPa从而提高膨胀加强带砼的抗拉强度防止砼在此部位开裂膨胀带内砼的膨胀剂应比带外其它砼掺量高一点产生较大膨胀而两侧砼的膨胀率较小形成中部大两边小的膨胀区从而补偿相应的收缩曲线使任意长度可以不设伸缩缝膨胀带做法膨胀加强带宽23m带的两侧布置中5mm的密孔钢丝网将带内砼和带外砼分开为的是不让砼中石子通过钢丝网垂直布置在上下层或内外层钢筋之间网两端分别绑扎在钢筋上膨胀带内增设10水平温度加强钢筋与膨胀带方向垂直布置两端伸出膨胀带2m各与上下层内外层钢筋固定配筋直径减小间距加密由于设置膨胀带主要是为了避免砼早期收缩变形故膨胀带的保留时间可为1015天这比传统后浇带缩短30天的工期满足工程连续无缝设计施工的要求3后浇带后浇带和膨胀加强带一样作为砼早期短时期释放约束力的一种技术措施与比较长久的变形缝相比已有很大的改进并广泛地运用一般后浇带分为两种一种是因结构超长而设置的伸缩性后浇带另一种是防止沉降不均而设置的沉降性后浇带在实际工程中有些设计人员未予明确而施工人员不注意将沉降后浇带与10伸缩后浇带混淆而一起浇筑起来这样很有可能产生结构性沉降裂缝一般伸缩后浇带浇注时间为两个月左右沉降后浇带浇筑时间为主体结构封顶后根据沉降观测资料确定根据文献结构长度是影响温度应力的因素之一但只在一定范围对温度收缩应力较为显地著因此设置伸缩性后浇带是先放后抗以放为主的主要技术措施1后浇带的设计做法也各不相同尤其是带内钢筋是否断开有的不但钢筋连续还做加强筋连接带的宽度具体多少为宜各不相同笔者认为应有以下几点值得注意尽量减少穿越后浇带钢筋的总量以尽可能释放砼的收缩应力对于楼板内钢筋和侧壁由于焊接或搭接施工比较方便均应作断开处理由于梁钢筋连接焊接等施工比较困难可以留一部分连续钢筋尽量切断梁腹纵向钢筋和梁顶纵筋截断保留梁底钢筋连续贯通后浇带宽度内钢筋抗拉刚度EsAs远比后浇带两侧砼的抗拉刚度EcAc小拉伸变形将主要由后浇带宽度范围内的钢筋提供对于钢筋全部截断的后浇带理论上宽度仅有100mm就可以了为施工方便常取8001000mm但对于钢筋连续的后浇带尽可能增大后浇带的宽度后浇带保留时间为4260d一般为60d这样早期温差和砼收缩完成3050材料用高一等级的微膨胀砼封闭并进行不少于15d的砼11养护位置设在梁墙内力较小位置后浇带间距为3040m后浇带可做成企口式在浇砼前必须凿毛清理干净注意保护后浇带不得合后浇带内钢筋长期暴露在湿气中或浸泡在水中造成钢筋锈蚀而影响其粘结度和有效截面为避免造成构件上部出现裂缝乃至坍塌后浇带梁板底部模板支撑必须待后浇带砼浇筑完成并达到规定强度后方可拆除不得把后浇带部位的构件当作悬臂梁那样其强度达到100后就将其底部模板支撑拆除甚至还在其上部搭设模板支撑或堆放材料为方便起见建议将后浇带部位的模板支撑搭设为与周边脱开的独立支撑体系4提高钢筋砼的抗拉能力砼的抗裂能力取决于砼的极限拉伸值根据有关资料混凝土的极限拉伸值与配筋有关固此砼应考虑增加抗变形钢筋即增强对砼由于长期干缩和气温度化引起的热胀冷缩的抗变形能力对于侧壁增加水平温度筋在砼面层起强化作用选择冷轧带肋钢筋冷轧扭钢筋明显增强砼的抗裂能力在墙柱连接处设水平附加筋附加筋的长度为1500452000mm配筋率提高104515钢筋在保持总面积不变的情况下根据直经小钢筋布置间距密的方式选择钢筋能减少裂缝的最大宽度同时也要考虑砼易于振捣密实砼规规定地下室等与土体直接接触的砼构件最大裂缝宽度充许值为02mm当裂缝宽度为0102mm水进入砼与水泥产生12反应砼具有自愈能力裂缝若控制在01mm以内时则所配钢筋数量增多而不经济为避免侧壁受底板和顶板的约束使得砼胀缩不一致可在墙体中部设一道水平暗梁抵抗拉力水平构造筋放在竖筋的外侧有利于控制墙体裂缝的发生5工艺措施混凝土干燥收缩是指置于饱和空气中的混凝土因水分散失而引起的体积缩小变形混凝土中的水和周围的空气处于某一平衡状态如果周围介质空气的状态发生变化如温度改变混凝土就会产生干燥收缩干燥收缩包括发生在开始阶段不可逆收缩和再潮湿后的体积膨胀及后期干燥时发生的可逆收缩同时影响混凝土干燥的因素还有水灰比水化程度养护温度含水量水泥含量构件厚度体积和表面积之比相对温度干燥速率干燥时间等而地下室外墙混凝土拆模后虽然进行了浇水养护但由于受到现场条件的限制不可能做到恒温湿养护而只能采用浇水养护因此必然导致外墙混凝土的干燥及收缩同时由于地下室外墙混凝土体积和表面积之比较小从而导致干燥速度快时间短优化砼配合比设计通过试验优选合适的外加剂和掺合料适当降低水灰比和减少水泥用量选用水化热低的矿渣硅酸盐水泥选用优质粉煤灰砂和石含泥量要小级配良好砼应严格振捣密实提高砼密实度13落实好砼浇筑后的养护措施尽量做好保湿保温养护既可使砼初期获得更高的强度还可减少砼的温度应力与收缩应力养护时间在14d以上降低室外温差的影响夏季施工时应尽量避免在烈日下浇筑楼板砼降低砼的入模温度地板垫层上干铺油毡作滑动层地下室四周土要及时回填且应分层夯实既加强地下室顶板作为上部结构的嵌固部位又可尽快避免室外温度变化对侧壁的影响五裂缝的修复措施地下室外墙混凝土如发生裂缝应及时修复修补的材料主要有环氧树脂及改性环氧树脂修补的方法有表面处理法灌浆法和填充法表面处理法是针对缝宽02mm的微细裂缝采用弹性涂膜防水材料聚合物水泥膏及渗透性防水剂等涂刷于裂缝表面处理时先用钢丝刷将混凝土表面刷毛清除表面附着污物用水冲洗干净干燥后先用环氧胶嵌补混凝土表面缺损然后进行涂刷高压灌浆法适用于缝度03mm深度较深或贯通的裂缝修补采用空气压缩机将树脂浆液聚合物水泥浆灌入裂缝深部达到恢复结构整体性耐久性及防水性的目的填充法适用于大裂缝和接缝的修补先把裂缝凿成V型槽再用钢丝刷刷净采用425级以上的硅酸盐水泥配成11水泥砂浆仔细捣实最后在裂缝两侧各加150mm宽的范围做防水附加层六工程实例14关于砼无缝施工已有丰富的经验王城商厦火车始发站人防工程中心广场广航大厦等工程等都取得了成功对于地下室的防渗和防裂要坚持多道设防综合治理的方针广航大厦地上为25层的综合楼地下由一层地下室连成一个整体长度75m宽度50m地下室未设伸缩缝为了有效克服砼的收缩裂缝在地下室钢筋砼结构中掺10的HEA膨胀剂做成补偿收缩砼长边方向设3条后浇带宽度方向设2条后浇带地下室底板顶板和侧壁贯通设置梁钢筋连续板和侧壁钢筋断开后浇带做成弯折线形避免钢筋在一条直线上断开保留时间为60天封闭前把钢筋焊接后浇带宽度为10m为保险起见预先在底板和侧壁后浇带设置止水带和多道外防水以加强防水底板采用厚板形式双层双向配筋侧壁厚300mmC30砼适当加强了侧壁水平钢筋作为抗拉筋采用严格的施工措施加强振捣密实和养护侧壁外及时回填土并夯实现进行观测地下室状况良好