地下室砼裂縫控制的分析

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近年來地下空間的開發(fā)利用逐漸普遍，由于功能要求，地下室往往面積大，體量大，超過設(shè)置伸縮縫的最小間距。地下室砼因裂縫導致滲漏水的現(xiàn)象非常嚴重，有的甚至影響到建筑物的使用功能和安全。
    一、開裂情況：
    地下室側(cè)壁開裂的情況比較多，裂縫寬度小于0.5 mm、間距1—4m、長度有的貫通墻壁全高，側(cè)壁兩端附近裂縫較少，中部附近較多。
    裂縫往往在砼澆筑的60天之內(nèi)出現(xiàn)，隨著時間的推移裂縫數(shù)量增多，部分裂縫加寬。尤其是在進入冬季氣溫驟變的時候。
    二、裂縫原因分析：
    1、直接原因：
    砼結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因比較復雜，概括起來有兩類原因，一種由外荷載引起的，因結(jié)構(gòu)承載力不足而發(fā)生變形，另一種是結(jié)構(gòu)因溫差，收縮徐變，不均勻沉降等因素引起。據(jù)統(tǒng)計，在工程實踐中，由后者（變形荷載）引起的裂縫約占80-85%，地下室砼裂縫大多數(shù)屬于后者。
    砼在澆筑后，由于水泥的水化作用，釋放大量的水化熱，因為砼構(gòu)件表面與構(gòu)件截面中部溫差超過25℃就引起砼內(nèi)部裂縫，構(gòu)件表面溫度和周圍空氣溫差超過25℃，就引起構(gòu)件表面裂縫。砼澆筑后溫度提高，砼初期體積有微膨脹作用，以后溫度下降體積急劇收縮。砼除了溫度收縮外，還有較大的化學收縮和干燥收縮，砼早期（10天-15天）極限拉伸很低，這造成砼的早期裂縫。因砼的收縮，較高的彈性模量和早期低徐變，會使砼內(nèi)部產(chǎn)生較大的拉應力，超過砼的極限拉伸，則是造成砼后期裂縫的主要原因。
    砼在澆筑一個月左右，完成收縮40%。60天內(nèi)完成收縮65%，20年后完砼收縮的98%。砼的收縮變形是一個初期大，以后逐漸減少的過程。
    2、間接原因：
    邊界條件如地基和側(cè)面土對砼構(gòu)件的變形約束作用，砼構(gòu)件的剛度差異，使砼變形不協(xié)調(diào)。
    側(cè)壁砼澆搗時地板剛度大，受到地板的剛度約束，早期形成壓應力，后期砼溫度下降，產(chǎn)生拉應力，當拉應力大于鋼筋的抗拉強度時則出現(xiàn)裂縫。
    砼變形與限制膨脹條件有關(guān)。當氣溫上升時，地板和底板砼因為溫度升高而向外膨脹，側(cè)壁和地板相互約束，在側(cè)壁的外側(cè)形成垂直裂縫，當?shù)匕搴晚敯迨芾涫湛s時，側(cè)壁內(nèi)側(cè)形成垂直裂縫。由于側(cè)壁在邊角部分受到的變形量比中部大，同時縱橫側(cè)壁的相互約束，因而側(cè)壁兩端附近裂縫小，中部附近裂縫多。
    側(cè)壁內(nèi)有柱時，由于截面突變，剛度有差異，側(cè)壁的變形受到柱的約束，往往產(chǎn)生應力集中，在離柱子1∽2m的墻體上易出現(xiàn)縱向收縮裂縫。
    三、控制裂縫的措施
    根據(jù)《砼規(guī)》，現(xiàn)澆鋼筋砼地下室墻壁最大間距為20m（室外）、30m（室內(nèi)或土中），而又同時說明了對下列情況，如有充分依據(jù)和可靠措施，伸縮縫最大間距可適當加大；
    ① 砼澆筑采用后澆帶分段施工。
    ② 采用專門的預應力措施。
    ③ 采取能減少砼溫度變化或砼收縮的措施。
    當增大伸縮縫間距時，尚應考慮溫度變化和砼收縮對結(jié)構(gòu)的影響。
    伸縮縫雖然是根本解決砼收縮裂縫的措施，也有許多缺點，主要是造價高，地下室不能連成整體，影響功能，伸縮縫的防水處理比較麻煩，防水效果并不理想，同時近幾年來超長砼結(jié)構(gòu)的無縫設(shè)計與施工技術(shù)不斷實踐與發(fā)展，且有許多成功的工程應用，取得良好的效益。
    采取的主要措施有以下這點：
    1、補償收縮砼
    即在砼中滲入UEA、HEA等微膨脹劑。例如用UEA膨脹劑，以10~20%等量取代水泥，拌制成補償收縮砼，其限制膨脹率ξ2=0.02~0.05%，按公式α=μESξ2，可在砼中建立0.2~0.7MPa的預壓應力，從而抵制砼在硬化過程中全部或大部分拉應力，以砼的膨脹值減去砼的最終收縮值的差值大于或等于砼的極限拉伸即可控制裂縫:ξ2–Sm≧ξp,使砼結(jié)構(gòu)不裂。
    2、膨脹帶
    由于砼中膨脹劑的膨脹變形不會與砼的早期收縮變形完全補償，為了實現(xiàn)砼連續(xù)澆注無縫施工而設(shè)置的補償收縮砼帶，根據(jù)一些工程實踐，一般超過60m設(shè)置膨脹加強帶。
    膨脹帶要求設(shè)置在砼收縮應力發(fā)生最大部位，一般地板和側(cè)墻長度方向的中間位置。對于超過普通砼伸縮縫設(shè)置間距的超長砼結(jié)構(gòu)，要進行連續(xù)無縫施工可設(shè)置多條膨脹加強帶。
    作用：①膨脹加強帶砼的設(shè)計強度常比相鄰的砼設(shè)計強度提高5MPa-10MPa，從而提高膨脹加強帶砼的抗拉強度，防止砼在此部位開裂。
    ② 膨脹帶內(nèi)砼的膨脹劑應比帶外其它砼摻量高一點，產(chǎn)生較大膨脹，而兩側(cè)砼的膨脹率較小，形成中部大兩邊小的膨脹區(qū)，從而補償相應的收縮曲線，使任意長度可以不設(shè)伸縮縫。
    做法：膨脹加強帶寬2-3m，帶的兩側(cè)布置中5mm的密孔鋼絲網(wǎng)，將帶內(nèi)砼和帶外砼分開，為的是不讓砼中石子通過，鋼絲網(wǎng)垂直布置在上下層（或內(nèi)外層）鋼筋之間，網(wǎng)兩端分別綁扎在鋼筋上。
    膨脹帶內(nèi)增設(shè)10%水平溫度加強鋼筋。與膨脹帶方向垂直布置，兩端伸出膨脹帶2m各與上下層（內(nèi)外層）鋼筋固定，配筋直徑減小，間距加密。
    由于設(shè)置膨脹帶主要是為了避免砼早期收縮變形，故膨脹帶的保留時間可為10—15天，這比傳統(tǒng)后澆帶縮短30天的工期。滿足工程連續(xù)無縫設(shè)計施工的要求。
    3、后澆帶
    后澆帶作為膨脹加強帶一樣作為砼早期短時期釋放約束力的一種技術(shù)措施，較長久性變形縫已有很大的改進并廣泛任用。
    根據(jù)文獻②：結(jié)構(gòu)長度是影響溫度應力的因素之一，但只在一方范圍對溫度收縮應力較為顯著，因此設(shè)置后澆帶是“先放后抗、以放為主”的主要技術(shù)措施。
    后澆帶的設(shè)計做法也各不相同。尤其是帶內(nèi)鋼筋是否斷開，有的不但鋼筋連續(xù)，還做加強筋連接。帶的寬度具體多少為宜各不相同，筆者認為：
    ① 盡量減少穿越后澆帶鋼筋的總量，以盡可能釋放砼的收縮應力。對于樓板內(nèi)鋼筋和側(cè)壁，由于焊接或搭接施工比較方便均應作斷開處理。由于梁鋼筋連接焊接等施工比較困難，可以留一部分連續(xù)鋼筋，盡量切斷梁腹縱向鋼筋和梁頂縱筋截斷，保留梁底鋼筋連續(xù)貫通。
    ② 后澆帶寬度內(nèi)鋼筋抗拉剛度EAs遠比后澆帶兩側(cè)砼的抗拉剛度EA小，拉伸變形將主要由后澆帶寬度范圍內(nèi)的鋼筋提供，對于鋼筋全部截斷的后澆帶，理論上寬度僅有100mm就可以了，為施工方便常取800-1000mm,但對于鋼筋連續(xù)的后澆帶，盡可能增大后澆帶的寬度。
    ③ 后澆帶保留時間為42~60d，一般為60d，這樣早期溫差和砼收縮完成30—50% 。
    ④ 材料：用高一等級的微膨脹砼封閉，并進行不少于15d的砼養(yǎng)護。
    ⑤ 位置：設(shè)在梁墻內(nèi)力較小位置，后澆帶間距為30~40m。后澆帶可做成企口式，在澆砼前，必須鑿毛清理干凈。
    4、提高鋼筋砼的抗拉能力
    砼的抗裂能力取決于砼的極限拉伸值，根據(jù)有關(guān)資料：混凝土的極限拉伸值與配筋有關(guān)。固此，砼應考慮增加抗變形鋼筋，即增強對砼由于長期干縮和氣溫度化引起的熱脹冷縮的抗變形能力。對于側(cè)壁，增加水平溫度筋，在砼面層起強化作用。選擇冷軋帶肋鋼筋，冷軋扭鋼筋，明顯增強砼的抗裂能力。
    在墻柱連接處設(shè)水平附加筋，附加筋的長度為1500∽2000mm, 配筋率提高10%∽15%。
    鋼筋在保持總面積不變的情況下，根據(jù)直經(jīng)小，鋼筋布置間距密的方式選擇鋼筋，能減少裂縫的最大寬度。同時也要考慮砼易于振搗密實。
    《砼規(guī)》規(guī)定：地下室等與土體直接接觸的砼構(gòu)件最大裂縫寬度充許值為0.2 mm。當裂縫寬度為0.1~0.2mm，水進入砼與水泥產(chǎn)生反應，砼具有自愈能力。裂縫若控制在 0.1mm以內(nèi)時，則所配鋼筋數(shù)量增多而不經(jīng)濟。
    側(cè)壁受底板和頂板的約束，砼脹縮不一致，可在墻體中部設(shè)一道水平暗梁抵抗拉力，水平構(gòu)造筋放在豎筋的外側(cè)，有利于控制墻體裂縫的發(fā)生。
    5、施工措施
    ① 優(yōu)化砼配合比設(shè)計：通過試驗優(yōu)選合適的外加劑和摻合料，適當降低水灰比和減少水泥用量，選用水化熱低的礦渣硅酸鹽水泥，選用優(yōu)質(zhì)粉煤灰，砂和石含泥量要小，級配良好。
    ② 砼應嚴格振搗密實，提高砼密實度。
    ③ 落實好砼澆筑后的養(yǎng)護措施，盡量做好保濕保溫養(yǎng)護，既可使砼初期獲得更高的強度，還可減少砼的溫度應力與收縮應力，養(yǎng)護時間在14d以上。
    ④ 降低室外溫差的影響。夏季施工時應盡量避免在烈日下澆筑樓板砼。降低砼的入模溫度。地板墊層上干鋪油氈作滑動層。地下室四周土要及時回填，且應分層夯實，既加強地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位，又可盡快避免室外溫度變化對側(cè)壁的影響。
    四、工程實例
    廣州某住宅小區(qū)，地上為10棟6層的住宅，地下由一層地下室連成一個整體，長度150m，寬度95m，相當于大底盤多塔樓結(jié)構(gòu)。
    地下室未設(shè)伸縮縫，為了有效克服砼的收縮裂縫，在地下室鋼筋砼結(jié)構(gòu)中摻10%的HEA膨脹劑（內(nèi)摻量），做成補償收縮砼。
    長邊方向設(shè)3條后澆帶，寬度方向設(shè)2條后澆帶，后澆帶沿住宅之間的道路位置，地下室底板、頂板和側(cè)壁貫通設(shè)置。梁鋼筋連續(xù)，板和側(cè)壁鋼筋斷開，后澆帶做成彎折線形，避免鋼筋在一條直線上斷開，保留時間為60天，封閉前把鋼筋焊接。后澆帶寬度為1.0 m。為保險起見，預先在底板和側(cè)壁后澆帶設(shè)置止水帶和多道外防水以加強防水。
    頂板在室外道路部分，覆土1米厚，既可鋪設(shè)設(shè)備管道，也作為頂板的保溫隔熱層。底板采用厚板形式，雙層雙向配筋。側(cè)壁厚300，C30砼，適當加強了側(cè)壁水平鋼筋作為抗拉筋。采用嚴格的施工措施，加強振搗密實和養(yǎng)護，側(cè)壁外及時回填土并夯實，工程建成后觀測，地下室使用情況良好。