地下室砼裂缝控制的分析

申请免费试用、咨询电话：400-8352-114

近年来地下空间的开发利用逐渐普遍，由于功能要求，地下室往往面积大，体量大，超过设置伸缩缝的最小间距。地下室砼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。
    一、开裂情况：
    地下室侧壁开裂的情况比较多，裂缝宽度小于0.5 mm、间距1—4m、长度有的贯通墙壁全高，侧壁两端附近裂缝较少，中部附近较多。
    裂缝往往在砼浇筑的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。尤其是在进入冬季气温骤变的时候。
    二、裂缝原因分析：
    1、直接原因：
    砼结构裂缝产生的原因比较复杂，概括起来有两类原因，一种由外荷载引起的，因结构承载力不足而发生变形，另一种是结构因温差，收缩徐变，不均匀沉降等因素引起。据统计，在工程实践中，由后者（变形荷载）引起的裂缝约占80-85%，地下室砼裂缝大多数属于后者。
    砼在浇筑后，由于水泥的水化作用，释放大量的水化热，因为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。砼浇筑后温度提高，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，完成收缩40%。60天内完成收缩65%，20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。
    2、间接原因：
    边界条件如地基和侧面土对砼构件的变形约束作用，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1∽2m的墙体上易出现纵向收缩裂缝。
    三、控制裂缝的措施
    根据《砼规》，现浇钢筋砼地下室墙壁最大间距为20m（室外）、30m（室内或土中），而又同时说明了对下列情况，如有充分依据和可靠措施，伸缩缝最大间距可适当加大；
    ① 砼浇筑采用后浇带分段施工。
    ② 采用专门的预应力措施。
    ③ 采取能减少砼温度变化或砼收缩的措施。
    当增大伸缩缝间距时，尚应考虑温度变化和砼收缩对结构的影响。
    伸缩缝虽然是根本解决砼收缩裂缝的措施，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，同时近几年来超长砼结构的无缝设计与施工技术不断实践与发展，且有许多成功的工程应用，取得良好的效益。
    采取的主要措施有以下这点：
    1、补偿收缩砼
    即在砼中渗入UEA、HEA等微膨胀剂。例如用UEA膨胀剂，以10~20%等量取代水泥，拌制成补偿收缩砼，其限制膨胀率ξ2=0.02~0.05%，按公式α=μESξ2，可在砼中建立0.2~0.7MPa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，以砼的膨胀值减去砼的最终收缩值的差值大于或等于砼的极限拉伸即可控制裂缝:ξ2–Sm≧ξp,使砼结构不裂。
    2、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。
    膨胀带要求设置在砼收缩应力发生最大部位，一般地板和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。
    作用：①膨胀加强带砼的设计强度常比相邻的砼设计强度提高5MPa-10MPa，从而提高膨胀加强带砼的抗拉强度，防止砼在此部位开裂。
    ② 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。
    做法：膨胀加强带宽2-3m，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10—15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
    后浇带作为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，较长久性变形缝已有很大的改进并广泛任用。
    根据文献②：结构长度是影响温度应力的因素之一，但只在一方范围对温度收缩应力较为显著，因此设置后浇带是“先放后抗、以放为主”的主要技术措施。
    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：
    ① 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。
    ② 后浇带宽度内钢筋抗拉刚度EAs远比后浇带两侧砼的抗拉刚度EA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800-1000mm,但对于钢筋连续的后浇带，尽可能增大后浇带的宽度。
    ③ 后浇带保留时间为42~60d，一般为60d，这样早期温差和砼收缩完成30—50% 。
    ④ 材料：用高一等级的微膨胀砼封闭，并进行不少于15d的砼养护。
    ⑤ 位置：设在梁墙内力较小位置，后浇带间距为30~40m。后浇带可做成企口式，在浇砼前，必须凿毛清理干净。
    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1500∽2000mm, 配筋率提高10%∽15%。
    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0.2 mm。当裂缝宽度为0.1~0.2mm，水进入砼与水泥产生反应，砼具有自愈能力。裂缝若控制在 0.1mm以内时，则所配钢筋数量增多而不经济。
    侧壁受底板和顶板的约束，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、施工措施
    ① 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。
    ② 砼应严格振捣密实，提高砼密实度。
    ③ 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。
    ④ 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。
    四、工程实例
    广州某住宅小区，地上为10栋6层的住宅，地下由一层地下室连成一个整体，长度150m，宽度95m，相当于大底盘多塔楼结构。
    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（内掺量），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，后浇带沿住宅之间的道路位置，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1.0 m。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。
    顶板在室外道路部分，覆土1米厚，既可铺设设备管道，也作为顶板的保温隔热层。底板采用厚板形式，双层双向配筋。侧壁厚300，C30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，工程建成后观测，地下室使用情况良好。