淺析建筑結構裂縫成因及加固措施-以浙江某高層建筑為例
關鍵詞：地下室施工；結構裂縫；后澆帶；加固措施
1工程概況
浙江某高層建筑工程,地下室2層，地上部分為三幢主樓，中間一幢為15層，旁邊兩幢為12層。地下室底板為筏板，板厚800mm。主樓地梁斷面以600mm×1700mm為主；廣場地梁為暗梁，斷面尺寸為400mm×800mm。地下2層、1層外墻板厚度分別為500mm、350mm。地下室1層樓板與頂板厚度均為200mm�；A底板采用C35、P8混凝土摻10％UEA-H外加劑，地下室其它結構采用C40、P8混凝土摻12％UEA-H外加劑，混凝土坍落度均為120±20mm。地下室平面形狀基本呈狹長的矩形，東西向長度約為183.8m，南北向寬度約為49.8m，地下室面積為19316.55m2，柱網(wǎng)間距為8.4m。整個地下室設置三條后澆帶，將結構分成A、B、C、D四塊。
2地下室施工與裂縫分布情況
2.1混凝土施工質量
采用預拌混凝土，運到現(xiàn)場的混凝土坍落度稍大于12cm。在施工過程中有擅自往混凝土中加水的現(xiàn)象，混凝土總體質量較好，澆搗密實，內實外光，尺寸正確。現(xiàn)場實體檢測與混凝土試塊強度均達到設計要求。
2.2沉降與裂縫現(xiàn)象
地下室底板與地2層墻板在2005年2月完成，地下室四個區(qū)塊分別在3月底4月初結頂。地下室后澆帶均在相應結構施工60d后封堵。5月底6月初底板后澆帶封堵時主樓施工到4層。從2005年6月份開始有較明顯的沉降，地下2層南側外墻板開始出現(xiàn)裂縫，數(shù)量逐漸增加，隨后地下2層北側外墻板也開始出現(xiàn)裂縫。到2005年8月外墻板裂縫數(shù)量明顯增多。2005年12月地下室頂板開始出現(xiàn)裂縫且數(shù)量較多，地下室底板后澆帶與個別柱腳邊出現(xiàn)裂縫。到2006年1月3日封頂時測得最大沉降量為9mm，最小沉降量10mm，至2006年2月上旬沉降穩(wěn)定，沒有新裂縫出現(xiàn)。
2.3地下室結構裂縫分布
2.3.1外墻板裂縫
1）南側外墻板：地下2層外墻板裂縫明顯多于北側。地下2層南側外墻板除兩端有1、2條呈45°角分布的裂縫外，其余均為豎向分布，基本上每隔1～1.5m有一條，且有相當一部分為貫穿裂縫。大部分豎向裂縫集中在墻體中部，有3、4條裂縫從底部一直貫穿到地下1層的樓板處（暗梁處也有貫穿裂縫）。地下1層南側墻體裂縫數(shù)量大大減少，約有20多條，也呈豎向分布，分布在中間B、C區(qū)墻板上的裂縫相應較多。
2）北側外墻板：北側地下2層墻板裂縫總計有10多條，大部分為貫穿裂縫，主要集中在后澆帶附近主樓橫向剪力墻與外墻板連接處、電梯井樓梯間筒體與外墻板連接處。裂縫基本呈豎向布置，個別有呈60°左右的短裂縫。地下1層外墻板無貫穿裂縫。
2.3.2地下室底板裂縫
底板在三條后澆帶處均有裂縫，并有滲水現(xiàn)象。在后澆帶附近的○B(yǎng)/⑧、○B(yǎng)/○19的柱子根部出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，裂縫沿柱根呈“口”字形，有滲水現(xiàn)象�！養(yǎng)/○18處柱子根部有極輕微的裂縫，極少量點狀水跡。
2.3.3地下室頂板裂縫
頂板有貫穿裂縫，裂縫集中在○C軸以南，其中B、C區(qū)裂縫數(shù)量較多。幾條較長裂縫從○A軸外墻處向內開裂，裂縫由粗變細，長度為2～3m，有滲水現(xiàn)象。所有裂縫基本與建筑物橫向平行。地下室頂板JS防水施工前經(jīng)試水無裂縫與滲水現(xiàn)象，裂縫在頂板JS復合防水涂料、40mm厚鋼筋混凝土剛性防水層施工完畢后產(chǎn)生。
3地下室結構裂縫原因分析
3.1結構超長、后澆帶封閉過早
三條后澆帶將結構分成四塊，縱向自西向東每塊長度分別為51.5m、42.9m、44.9m、44.5m，橫向長度為49.8m。按規(guī)范每塊底板與墻板（很長一段時間裸露在室外）的長度宜控制在30m左右，因此每塊結構長度也較長。后澆帶混凝土在相應結構完成后60d澆搗，后澆帶封閉后結構長度一下子達到了183.8m，60d后混凝土仍有50％左右的變形量沒有釋放，后澆帶封閉其實是一個加載過程，封閉前混凝土收縮應力與結構抗裂能力達到平衡，封閉后平衡被破壞。因此結構超長、后澆帶封閉過早是結構
產(chǎn)生裂縫的一個重要原因。
3.2預拌混凝土質量
本工程采用預拌混凝土，坍落度較大為12cm，且施工過程中運到現(xiàn)場的混凝土坍落度稍大于設計要求的坍落度，在施工過程中有往混凝土中加水的現(xiàn)象。混凝土用水量總體較大，實際施工坍落度較大，造成握裹力減弱，影響抗裂能力。大坍落度、流動性混凝土施工，在混凝土成形時易離析，碳化也較大，混凝土相對薄弱。因此混凝土本身的質量也是裂縫產(chǎn)生的一個主要原因。其它如混凝土配合比設計、原材料控制等均比較理想，不是本工程裂縫出現(xiàn)的主要原因。
3.3不同結構部位的不同原因分析
地下室南北外墻板、頂板、底板的結構部位不同，其產(chǎn)生裂縫的其它原因也有所不同，在此分別進行論述。
3.3.1地下室外墻板
溫度變化混凝土收縮，使超長的墻板產(chǎn)生豎向裂縫，裂縫間距比較均勻。墻板兩端由于受到縱橫兩個方向收縮應力以及端部約束較大，使墻板兩端產(chǎn)生了接近45°角的斜裂縫。由于地下2層外墻受到底板的約束極大，而地下1層外墻受到的約束相對較小，因此地下2層的裂縫遠遠多于地下1層。
B、C區(qū)南部為廣場，南側地下室外墻板上部除頂板外無其它結構，因此南側外墻板上部（上部暗梁設計也較北側弱）抗裂能力較弱。地下1、2層中無任何混凝土墻體與南側外墻板相連且外墻本身只設置了暗柱，墻體整體剛度相對減弱，因此南側外墻板更容易產(chǎn)生豎向收縮裂縫。如果將南側外墻板的暗柱斷面加大，加強柱子的剛度，增加墻體上部暗梁的高度與配筋，從而提高外墻整體剛度，可以有效減少墻體的裂縫。北側外墻板由于有上部結構(上部為主樓)，提高了墻體上部的剛度。外墻設置了截面較大的連墻柱，中間有電梯井、樓梯井等混凝土筒體以及大量剪力墻與之相連，兩邊有兩個地下車道與外墻相連。
北側外墻板雖然受到的約束較大，但是其整體剛度得到提高，抗裂能力得到加強，而且北側墻體的晝夜溫差相對比南側小，因此北側外墻的裂縫數(shù)量明顯少于南側外墻。北側外墻的裂縫多出現(xiàn)在約束特別大、應力集中的地方，如后澆帶處的剪力墻、電梯井簡體處，而一般柱、剪力墻邊沒有明顯裂縫。如果將簡體邊的外墻板增設水平構造鋼筋，可以分散應力，有效控制裂縫。
3.3.2地下室底板
后澆帶封堵過早，此時主樓尚未結頂，大部分荷載沒有加上去，建筑物沉降不穩(wěn)定。沉降也是本工程裂縫產(chǎn)生一個原因，但不是主因。由于三幢主樓荷載較大，廣場部分荷載較小。主樓底板基礎梁大部分尺寸為600mm×1700mm，板厚800mm，有承臺；而廣場基礎底板厚度為800mm，地梁尺寸為400mm×800mm，無承臺（一柱一樁），廣場地下室底板柔性較大，因此主樓底板剛度遠大于廣場底板。
東西主樓地下室設計為往外突出一跨（除與廣場相連處），由于底板剛性較大，底板基底壓力較均勻。底板后澆帶封堵時主樓沒有結頂，仍有大量荷載傳遞下來。在相同地基承載力取值，基礎底面積相同情況下，柔性大的廣場底板對變形的適應能力較弱，基礎和上部結構產(chǎn)生裂縫的可能性增大。后澆帶封堵后，一方面，上部荷載傳遞下來，基礎底板、承臺、樁承受荷載，由于共同作用協(xié)調變形，主樓一部分荷載傳遞到廣場邊緣的底板上，后澆帶處底板的荷載過大；另一方面，后澆帶封閉后結構長度達到了183.8m，且仍有50％左右的變形量沒有釋放，在后澆帶新老混凝土交接薄弱處產(chǎn)生較大應力。由于以上兩方面原因，底板在新老混凝土交接處產(chǎn)生沿后澆帶的裂縫，且在第一個柱邊產(chǎn)生了破壞裂縫，有滲水現(xiàn)象。2006年2月沉降開始穩(wěn)定，此時地下室結頂已經(jīng)10個月，裂縫數(shù)量穩(wěn)定下來，原有裂縫也不再發(fā)展。
3.3.3地下室頂板
由于熱脹冷縮與混凝土自身收縮，結構要收縮。頂板受到主樓結構（存在大量混凝土墻柱與簡體）的約束遠遠大于其它地下室墻柱對其的約束。地下室頂板在主樓附近（即后澆帶附近）應力集中，產(chǎn)生裂縫。整個地下室頂板B、C區(qū)南部應力較集中，容易在該部位產(chǎn)生裂縫，在主樓轉角處產(chǎn)生45°斜向裂縫。
4地下室結構裂縫加固處理措施
2006年2月主樓結構封頂并且沉降穩(wěn)定，地下室底板施工完畢近12個月，地下室澆筑完畢已有10個月，此時地下室結構的收縮較小。經(jīng)過分析后決定在2006年2月開始對裂縫進行加固處理。
4.1裂縫處理原則
1)混凝土結構的強度達到設計要求，結構變形處于穩(wěn)定狀態(tài)，裂縫無發(fā)展，才能治理有害裂縫。
2)裂縫處理與防水處理相結合，裂縫處理與結構的穩(wěn)定性和耐久性處理相結合。
3)在治理裂縫過程中，不得破壞原結構。
4)裂縫治理應采用注漿和封縫相結合，注漿材料和封縫材料應滿足防水耐久性的要求。
表1迪尼夫灌漿材料性能
序號性能數(shù)據(jù)標準
1干混凝土粘合強度/Pa6GB/6777-97
2濕混凝土粘合強度/Pa3.6JC/T894-01
3抗壓強度/MPa90GB2569-81
4抗拉強度/MPa60GB2568-81
5斷裂延伸率/%＜10
6密度（/kg/dm2）1.1ASTM-638
7黏度（/MPa•s）75
8操作時間/min80
9使用最底溫度/℃10
4.2裂縫治理方法
先開槽封縫，后鉆孔注漿，采用封縫和注漿相結合的綜合治理措施。
a灌漿材料：灌漿材料選用迪尼夫40超低黏度雙組份環(huán)氧樹酯漿液。迪尼夫40為AB雙組份，A組份為環(huán)氧樹酯，B組份為多元胺硬化劑，材料混合比例為mA／mB=100／30（質量比），漿液顏色為琥珀透明色。其技術性能見表1。
該產(chǎn)品可用于干燥或潮濕的混凝土裂縫及超細裂縫的結構粘結，其優(yōu)點為可在潮濕和潮濕環(huán)境中固化，并深入滲透裂縫之中，優(yōu)異的黏合力可超過混凝土內聚力；產(chǎn)品無溶劑，不污染環(huán)境，且具有較長的操作時間。
b封縫材料：封縫材料選用R-1型防水材料，產(chǎn)品是由特種水泥、改性纖維、石英粉、增稠劑、分散劑、穩(wěn)定劑、密實劑、抗收縮劑等組成，是速凝、抗?jié)B、抗裂和耐久性好的防水材料。其具有以下特點：
(1)能帶水堵漏和防水、凝固時間可調(3～15min均可)；
(2)耐久性好、無溶出物、耐腐蝕性好、無腐蝕性、無毒無味，屬環(huán)保材料；
(3)抗?jié)B裂性好，粘結力強；
(4)施工方便、工期短、高效快捷。
4.3地下室結構裂縫加固處理施工
其施工工藝如下：表面清理→鑿槽封縫→鉆孔→清孔固定注漿嘴→壓力灌漿→外露注漿嘴及表面材料處理。
4.3.1鑿槽封縫
用鋼絲刷清理表面，尋找并標記裂縫，沿裂縫走向，用切割機切割，人工開鑿一條寬20mm、深30mm的燕尾楔形槽，開槽后，氣泵產(chǎn)生的壓縮空氣吹凈槽內及周邊粉塵，R1型材料加水(灰：水=1：0.3)攪拌均勻，捏成料團，手掌感覺發(fā)熱，迅速將料團塞入槽內，并用手掌壓住幾分鐘，手掌感到發(fā)硬后，松開手掌，再用木板壓平，15min后進行濕養(yǎng)護。如裂縫周邊混凝土因不密實而滲漏水，需進行抹面處理，R-1型材料加水(灰：水=1：0.4)攪拌均勻成膩子狀，用刮板迅速上第一層料(厚度1mm)，涂層硬化后噴水濕養(yǎng)護，再第二層料(厚度1mm)，上料時稍用力使涂層密實。若還有局部滲水或有濕漬，只需在滲水或濕漬部位再加涂一層，做到不滲不濕，涂層硬化后進行濕養(yǎng)護3d。
4.3.2鉆孔
根據(jù)漿液粘度、裂縫寬度、裂縫估計深度等確定適宜的布孔間距。具體按以下確定：裂縫寬度0.2～0.5mm時，整縫間距1.0m0.5～1.0mm寬時，裂縫間距約1.5m；鉆孔深度根據(jù)裂縫開裂深度確定，一般為10～35cm。
4.3.3清孔與固定注漿嘴
用壓縮空氣吹干凈鉆孔內浮灰，通過壓水判斷鉆孔是否與裂縫有效貫通。將直徑為12mm的注漿嘴放入鉆孔，深度約為1/2注漿嘴，用扳手絞緊使錨固橡膠止?jié){閥膨脹。
4.3.4壓力灌漿
按比例配制漿液，每次配制1～2kg，用低速攪拌器配料，配制好的漿液需在60min內用完。檢查高壓灌漿泉和灌漿管性能和完好情況。將連接器與注漿嘴接通，開動灌漿動力裝置，一般灌漿壓力控制在10～20MPa。灌漿順序一般要求自下而上灌漿，從1號孔開始注，如2號孔溢漿，認為1號與2號之間已注滿，即將注漿管移至2號孔進行壓注，如此反復，直至完成整條縫的灌漿施工。此種順序可保證裂縫灌漿的飽滿度和補強的最終效果。漿液固化后(24h以上)，用鋼鋸鋸掉注漿嘴外露部分。用手提電動砂輪機打掉粘在混凝土表面的漿液，并在裂縫兩側各延伸50cm范圍涂刷SM1500無痕跡滲透凝膠密封劑，二涂施上。
4.3.5灌漿效果檢查
對已修補完成的裂縫，用鉆孔機進行取芯檢測，檢測結果應該是混凝土表面光滑、密實，漿液全部灌滿裂縫，對芯樣進行混凝土強度抗壓試驗，達到原設計值要求。
5結語
綜上所述,引起混凝土開裂的原因很多、很復雜，且會相互影響。對地下室裂縫應從設計構造、混凝土原材料質量、后澆帶封堵時間、工程施工等方面采取綜合防治措施,減少裂縫的發(fā)生。本工程地下室結構裂縫通過采取綜合合理的加固處理措施,裂縫得到了有效控制,沒有發(fā)生滲漏現(xiàn)象,說明地下室裂縫原因分析與處理是成功的。
參考文獻：
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