地下室顶板裂缝原因分析及处理
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摘要: 本文以一个实际工程为例, 分析了地下室现浇钢筋混凝土顶板裂缝产生的原因，并提出相应的修补措施。从而减少了裂缝的产生,提高了建筑物的承载能力。
关键词: 地下室顶板；裂缝；原因分析；处理措施
为了充分利用建筑用地，目前涌现了一批上部建筑独立、地下部分连体的建设工程项目。该类建筑工程项目拥有超长、大体积的地下室，施工过程中有大面积的顶板外露部分。在工程施工过程中，顶板较长时间暴露在外，受天气等环境因素影响大，常出现开裂现象。下文结合工程实例，分析了地下室现浇钢筋混凝土顶板裂缝产生的原因，并提出相应的修补措施。
一、工程概况
某大厦为现浇钢筋混凝土结构, 主楼28层, 裙房6层, 地下3层, 深基坑围护结构采用1m厚钢筋混凝土地下连续墙, 兼做主体结构的地下室外墙。地下室顶板利用后浇缝分3次浇筑。南裙房地下室顶板C40混凝土于一年半后浇筑, 水泥:水:砂;石子重量比为1:0.442:1.651:1.883;办公楼地下室顶板C35混凝土于2009年8月6日至7日浇筑, 水泥:水: 砂:石子重量比为1:0.494:1.943:2.566;北公寓B2板C40混凝土于2004年8月15日至16日浇筑, 水泥:水: 砂:石子重量比为1：0.453:1.651:2.295。所有混凝土均掺用15％的粉煤灰及SP406外加剂, 设计坍落度为18cm。混凝土浇筑时气温较高, 浇筑完8小时后开始浇水养护。大约在浇筑完混凝土的40日后在上述三个部位发现裂缝。根据有关单位对上述裂缝9月23日至11月10日的观测结果, 裂缝大多为贯穿裂缝, 随天气气温变化缝宽有波动现象,总的呈增宽趋势, 波动及增宽的趋势都较小。
二、地下室顶板裂缝原因分析
混凝土出现裂缝的原因分类方法很多, 国际预应力混凝土协会(FIP)制定的六类分类法比较科学。根据检测、计算、分析研究结果按FIP分类法分析, 本工程开裂的原因可归结为混凝土收缩裂缝及温度裂缝叠加作用的结果。一般认为混凝土的收缩, 是由水泥胶体本身的收缩（即凝缩）和混凝土失水产生的体积收缩(即干缩)两部分组成。从凝缩的角度看, 水泥用量多、水泥等级高收缩将增大相反, 骨料级配好、密度大、弹性模量高的混凝土收缩小。从干缩的角度看, 水灰比大、养护条件差、表体比大, 都会使混凝土干缩量加大。混凝土浇筑后, 水泥水化过程为一放热过程, 混凝土强度等级高、水泥用量大、水化热加大, 如施工环境温度高、骨料温度高, 混凝土入模时温度就高。混凝土的温度线胀系数为10一5/℃如果初凝时混凝土的温度高于正常条件下20℃～30℃ , 则由于温度变化引起的变形相当于混凝土的极限收缩量。
混凝土收缩和温度降低引起的体积缩小, 如果没有边界条件的约束自由变形, 则不会产生内部约束应力, 更不会产生裂缝。只有在边界有约束的条件下, 自由变形得不到满足, 收缩才会在混凝土构件内部产生拉应力。由于混凝土的抗拉强度远低于其抗压强度, 此拉应力大于混凝土的极限杭拉强度时, 就会在构件内部出现裂缝。裂缝的产生也是变形的结果, 从而导致应力松弛。
本工程在施工地下室顶板时, 正值南方地区高温酷暑季节, 连日气温都在35℃ 以上, 有时高达39℃。在太阳暴晒之下, 实际混凝土初凝时, 表面温度可达50℃～60℃, 而出现裂缝时气温在25℃左右, 温差变化在30℃上下。一个月混凝土的收缩完成40％左右, 如果没有地下室连续墙及下层已浇筑结构的约束, 顶板内不会产生温度收缩应力。但是本工程地下连续墙为1m厚, 同地下室顶板刚性连接, 极大程度上限制了混凝土板的自由变形。由于连续墙作为围护结构在一年前已施工完毕, 收缩、徐变已完成80％左右, 其一侧紧靠土体, 本身温度变化(下降)受环境影响远不如暴露在太阳下的板那样明显, 况且在施工地下室顶板时连续墙也不存在水泥水化热引起的温升, 故地下连续墙的温差变化在10℃左右。如果在设计中认为地下室顶板与地下连续墙同时浇筑、同时温升、同时温降、同时收缩, 则板中应力远小于由于施工不同步引起的温度和收缩变化不同步下的应力。另外, 在水中结硬的混凝土, 其体积将逐步有所膨胀。该工程地下水位一般在地表下1m处, 施工地下连续墙时尚未降低地下水, 墙体混凝土近似在水中养护, 所以兼作围护结构的地下连续墙一年内的收缩值小于其仅作为地下室外墙养护条件下的收缩值。混凝上采用泵送, 要求坍落度大, 板的表面积与其体积之比较大, 也都是板易开裂的因素。当然已浇筑的其他竖向构件也同样会对顶板的收缩产生侧向约束, 只是地下室连续墙的刚度大, 浇筑时间早, 约束力强。
三．温度收缩应力的估算
现以办公楼A1板为例来初步估算温度收缩应力
A1板的有效高度H=0.2L=10200mm；温差: 浇筑后初凝时混凝土板的最高温度55℃；稳定温度25℃。
T=55-25=30℃
40天的收缩:。
收缩当量温差：。
考虑连续墙降温相对温差：T=30+10.7-10=30.7℃。
地基水平阻力系数:C=2.5N/mm。
考虑到板与连续墙刚接板中最大收缩应力: =3.15=(开裂)
其中：为考虑徐变引起的内力松弛系数, 40天取0.6。
从裂缝开展的走向看, 大部分裂缝垂直于由于连续墙约束变形所产生的拉应力方向, 部分裂缝位于板中洞口的边角部位, 是由于拉应力集中所致。也正是由于地下室顶板同地下连续墙施工的不同步, 造成板的温度变形及收缩变形远大于同期内墙体的变形, 二者之间的变形差是这次板中裂缝的主要原因。由于在主楼与裙房间设了控制沉降的后浇缝, 在一定程度上缓解了应力紧张状况。但后浇缝之间的距离仍然在50m以上, 大于规范中20～40m的要求, 在此之间混凝土的温度及收缩应力只有靠混凝土材料本身去抵抗了。地下室其他层楼板因其施工季节不在夏季, 气温较低, 温差较小, 温度应力也较小, 避免了裂缝的出现。
四.裂缝的危害性及修补
本工程中出现的裂缝不属于受力裂缝, 裂缝出现前板中拉应力较大, 拉应力同板与墙之间的剪应力相平衡。裂缝出现后, 应力水平得以缓解, 降温及收缩的应力状态将逐步趋于一固定值, 无危险性。日后随建筑物的建成和投入使用, 楼板及墙体的温度变化趋于一致, 不会因此再引起附加的应力同时, 由于地下室板有人防要求, 承载力较富余, 故对裂缝不必做补强处理。在裂缝开展稳定后(一般在三个月后, 具体可根据观测结果定), 对表面裂缝, 用环氧材料进行封闭处理对贯穿裂缝,尤其在洞口处, 由于应力集中引起的裂缝, 采用环氧灌浆处理。具体操作如下:
表面裂缝处理
对于板面上的表面裂缝, 无需凿槽, 沿裂缝骑中清除表面的灰尘、白灰、浮渣等物, 用钢丝刷等工具刷至混凝上本体, 并把裂缝两侧2～3cm处擦洗干净。如有油污等杂物, 还须用丙酮擦洗, 待风干后, 在裂缝两侧涂一层环氧基液, 用环氧胶泥或环氧基液沾贴玻璃丝布修补, 并注意凝固前不得受雨淋。环氧材料配比见表1。
表1环氧材料配比（重量比）
（2）深层裂缝处理
为了恢复板的整体性, 对贯穿裂缝还必须进行灌浆处理。
清缝凿槽
将裂缝表面的污物清除, 用毛刷刷去浮尘, 骑缝凿成宽2～3cm, 深1.5～2cm的V形槽, 并沿缝向两端延伸2～5cm, 然后用钢丝刷将槽表面的混凝土碎屑、粉尘清除干净。
封缝, 埋设灌浆咀
将已凿好的V形槽表面涂上一层环氧基液, 预留灌浆咀的位置。封闭裂缝时, 用油工刀将环氧胶泥刮抹到裂缝处, 厚度1mm。
配制及灌浆
环氧树脂液的配制方法, 是先将环氧树脂稍加热, 使其能较好地与其他外加剂搅拌混合。搅拌必须均匀。浆液配制好后最好能子以冷却, 使其反应速度缓慢, 粘度增长不致太快, 便于灌浆。灌浆前, 应将所有的灌浆咀的阀门打开, 用压缩空气将孔洞及裂缝吹干净, 达到无水及干净状态。在一条裂缝上灌浆, 可由上而下, 由一端到另一端开始进浆后要注意观察, 待下一个咀出浆时立即关闭阀门, 然后继续加压灌浆, 直到压力基本稳定后, 再保持一定的时间(一般分2钟)。常用的灌浆压力为0.2MPa。压力需逐渐升高, 不宜骤然升高, 防止裂缝扩大。
封口及结束工作
待缝内浆液达到初凝而不外流时, 可拆灌浆咀, 再用环氧胶泥把灌浆孔处抹平封好, 然后用丙酮冲洗管路中的浆液或用火烧掉已固化在其上的浆, 以便下次使用。
表2常用的环氧灌浆液的配比
五.结束语
施工时由于某些相邻构件不能连续施工, 时间较长, 都应考虑不同步的温度及收缩变形对后浇筑构件的影响。相邻构件所处的养护环境不同, 二者之间的温度及收缩变形也不同。不但地下连续墙与地下室楼板之间存在这样的问题, 某些停建、缓建工程重新开工时, 以前浇筑的构件同样会对新构件产生不同程度的约束, 对此在施工中也应给予重视, 并同设计配合, 作出合理的施工方案。
作者简介：陈通（1977-），男，汉族，广东省茂名市电白县人，初级工程师，大专，现供职单位于广东省电白二建工程有限公司。
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