大型地下室結(jié)構(gòu)裂縫控制分析

 大型地下室結(jié)構(gòu)裂縫控制分析

【摘要】隨著城市建設(shè)發(fā)展，工程項(xiàng)目規(guī)模越來(lái)越大，車(chē)庫(kù)配套、設(shè)備機(jī)房及人防避難等規(guī)定使得地下室結(jié)構(gòu)平面尺寸超長(zhǎng)、超寬，導(dǎo)致地下室混凝土開(kāi)裂滲漏問(wèn)題屢見(jiàn)不鮮。本文結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)及裂縫成因分析，討論如何采取措施減少地下室結(jié)構(gòu)裂縫，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算方法，完善大型地下室結(jié)構(gòu)防水抗裂構(gòu)造，提高地下室混凝土結(jié)構(gòu)耐久性。 

【關(guān)鍵詞】大型地下室；結(jié)構(gòu)裂縫；溫度應(yīng)力；裂縫控制 

　　近年來(lái)，體型龐大高層建筑層出不窮，地下室結(jié)構(gòu)的埋深、長(zhǎng)度和寬度也不斷增加，高層主樓地下室與地下停車(chē)庫(kù)之間互通連為整體，一般均超過(guò)規(guī)范規(guī)定的結(jié)構(gòu)設(shè)縫最大間距要求，如不設(shè)置永久性的沉降或伸縮縫，雖有利于滿(mǎn)足建筑使用及防水要求，提高結(jié)構(gòu)耐久性，方便施工及節(jié)省造價(jià)，但是超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)因水浮力、沉降差、溫度應(yīng)力、施工缺陷等原因?qū)е碌拈_(kāi)裂滲漏問(wèn)題常常出現(xiàn)。因此，大型地下室結(jié)構(gòu)裂縫控制成為了設(shè)計(jì)重點(diǎn)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目建筑功能要求、水文地質(zhì)情況、結(jié)構(gòu)計(jì)算及構(gòu)造措施，配合相應(yīng)的施工工藝，經(jīng)濟(jì)合理地減少地下室結(jié)構(gòu)裂縫，確保地下結(jié)構(gòu)自防水發(fā)揮效能。 

　　一、大型地下室工程概況 

　　該項(xiàng)目位于廣州南沙經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)，是一個(gè)以高層住宅及公寓為主的住宅小區(qū)，總建筑面積為319821m2，設(shè)有一層地下車(chē)庫(kù)，塔樓投影范圍外地下室頂板覆土厚度1.5米。該地下室寬約110m，長(zhǎng)約402m，地下室外墻厚度約400mm，頂板結(jié)構(gòu)厚度約320m，整個(gè)地下室結(jié)構(gòu)面積4.5萬(wàn)平方米。該大型地下室底板、外墻及頂板施工過(guò)程中混凝土中添加了適量減水劑，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，抗?jié)B等級(jí)為P6（0.6Mpa）[1]。 

　　二、大型地下室結(jié)構(gòu)裂縫的原因分析 

　　大型地下室結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的主要原因是荷載作用和各種因素導(dǎo)致變形作用兩方面，荷載作用引起的結(jié)構(gòu)裂縫約占30%，變形作用引起的結(jié)構(gòu)裂縫約占70%[2]。對(duì)于荷載作用引起的地下室結(jié)構(gòu)裂縫可通過(guò)計(jì)算包絡(luò)和設(shè)計(jì)優(yōu)化進(jìn)行控制，對(duì)于變形作用引起的地下室結(jié)構(gòu)裂縫針對(duì)不同的原因采取相應(yīng)的措施，比如結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)考慮溫度、沉降因素并采取加強(qiáng)措施；合理留置溫度、沉降后澆帶，采取降低水化熱的措施，優(yōu)化混凝土配合比；配合施工單位制定大體積混凝土專(zhuān)項(xiàng)施工方案，并督促現(xiàn)場(chǎng)加強(qiáng)施工管理等。根據(jù)以往工程實(shí)踐造成地下室結(jié)構(gòu)裂縫的原因主要包括主體結(jié)構(gòu)不均勻沉降、混凝土收縮、溫度應(yīng)力等因素[3]，并且和地下室基礎(chǔ)形式、長(zhǎng)寬比及結(jié)構(gòu)布置有著直接關(guān)系。例如，大型地下室結(jié)構(gòu)側(cè)壁長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于其厚度，如果計(jì)算僅考慮填土側(cè)壓力作用，忽視混凝土收縮及溫度應(yīng)力的影響，頂板、底板對(duì)側(cè)壁的約束作用有限，混凝土硬化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生巨大的水平方向收縮應(yīng)力，且地下室側(cè)壁施工操作面狹小，施工振搗及養(yǎng)護(hù)管理比較困難，使得側(cè)壁混凝土很容易發(fā)生塑性收縮裂縫。同時(shí)，由于大體積混凝土澆筑過(guò)程中因水化熱內(nèi)部蓄積大量熱能，而混凝土熱傳導(dǎo)性能不良，使得混凝土內(nèi)外產(chǎn)生較大溫差，因溫度應(yīng)力產(chǎn)生的地下室結(jié)構(gòu)裂縫也很常見(jiàn)。 

　　三、大型地下室結(jié)構(gòu)裂縫控制策略 

　　1、優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 

　�。�1）模擬計(jì)算 

　　隨著結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件的不斷改進(jìn)，現(xiàn)在可以通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬的方式分析地下室結(jié)構(gòu)在各種作用下的應(yīng)力狀態(tài)，綜合考慮地下室結(jié)構(gòu)布置，合理劃分計(jì)算區(qū)域，估算施工及使用階段溫度差，考慮水浮力、地基反力、沉降差異、回填土側(cè)壓力及溫度應(yīng)力組合效應(yīng)，定量和定性分析地下室結(jié)構(gòu)高應(yīng)力區(qū)，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬計(jì)算得出的結(jié)果有針對(duì)性的采取加強(qiáng)措施，合理經(jīng)濟(jì)地優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，避免地下室結(jié)構(gòu)出現(xiàn)滲漏影響使用功能。 

　　（2）設(shè)置后澆帶 

　　溫度應(yīng)力是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)內(nèi)部熱量無(wú)法迅速傳導(dǎo)使構(gòu)件因約束產(chǎn)生的應(yīng)力差，具有明顯的時(shí)效性，隨著水化熱溫升而增大，到達(dá)峰值后又隨著溫度的降低而減小。因此，對(duì)于超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)置溫度后澆帶或跳倉(cāng)法可以有效緩解溫度裂縫的產(chǎn)生。結(jié)合該大型地下室工程項(xiàng)目實(shí)際情況，在合適位置通過(guò)雙柱雙墻構(gòu)造設(shè)置變形縫，在不能設(shè)置變形縫的位置，根據(jù)地下室和主樓位置并考慮沉降差異，合理設(shè)置后澆帶，后澆帶寬度宜控制在800～1000mm，側(cè)壁后澆帶間距約20m，底板后澆帶間距約50m[4]。 

　　（3）控制集中應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫 

　　為了避免大型地下室結(jié)構(gòu)集中應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫，應(yīng)注意重點(diǎn)防范容易開(kāi)裂的位置，在側(cè)壁墻底、頂部設(shè)置暗梁，增大墻體水平筋配筋率，加強(qiáng)框架梁貫通筋及腰筋（間距不大于150mm），頂板、側(cè)壁開(kāi)洞位置容易發(fā)生剛度突變，可增加斜向鋼筋或者水平配筋。 

　　2.采取合理的構(gòu)造措施 

　　在地下室結(jié)構(gòu)的汽車(chē)坡道、人防口部、電梯處等開(kāi)口位置，由于這些區(qū)域受到較大溫度應(yīng)力影響，可適當(dāng)增加配筋，合理設(shè)置隔熱保溫層。為了減少地下室結(jié)構(gòu)集中應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫，在地下室洞口周?chē)�增加配筋。同時(shí)，由于地下室側(cè)壁位于底板和頂板之間，同時(shí)受到頂板和頂板的約束作用力，中間部位容易發(fā)生變形，在加強(qiáng)外墻結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護(hù)管理難度較大，容易產(chǎn)生大范圍收縮裂縫，地下室結(jié)構(gòu)為了避免受到收縮應(yīng)力的影響，配筋率應(yīng)高于0.7%，水平鋼筋間距約75～90mm，盡量采用密間距、小直徑鋼筋。另外，地下室結(jié)構(gòu)中柱子和外墻相交位置很容易產(chǎn)生垂直裂縫，是由于該位置截面突變，墻板和柱子形成巨大約束力，這時(shí)可采用加密的水平鋼筋或采用附加鋼筋的形式，水平長(zhǎng)度應(yīng)大于側(cè)壁厚度的3倍[5]。 

　　3.加強(qiáng)材料控制 

　�。�1）選擇合適品種的水泥 

　　地下室墻板裂縫主要是由于混凝土內(nèi)部水泥發(fā)生水熱化，釋放大量熱量，混凝土表面受到溫度應(yīng)力影響。為了解決這個(gè)問(wèn)題，應(yīng)選擇合適品種的水泥，如選用硅酸鹽粉煤灰水泥、低水化熱和低收縮率的硅酸鹽礦渣水泥等，嚴(yán)格控制水泥用量，C30混凝土每立方米水泥用量應(yīng)控制在250kg以下[6]。 

　�。�2）優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計(jì) 

　　以提高混凝土拉應(yīng)力、降低收縮率和水化熱為目標(biāo)，從外加劑、摻合料、水泥、骨料等方面，優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計(jì)，嚴(yán)格按照外加劑廠家資料通過(guò)試配實(shí)驗(yàn)確定配合比，通過(guò)抗裂防水劑預(yù)壓應(yīng)力大致抵消混凝土收縮時(shí)產(chǎn)生的拉應(yīng)力，防止混凝土開(kāi)裂。施工階段加強(qiáng)溫升和水化熱監(jiān)測(cè)，采取相應(yīng)的控溫保濕措施。 

　　結(jié)束語(yǔ)： 

　　隨著現(xiàn)代化城市進(jìn)程的加快，大型地下室工程項(xiàng)目越來(lái)越多。大型地下室結(jié)構(gòu)施工是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，對(duì)于防裂縫、防滲透有著更高的要求。隨著各種新材料、新技術(shù)、新工藝的快速發(fā)展，大型地下室結(jié)構(gòu)施工應(yīng)從施工管理、材料控制、構(gòu)造措施、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等多方面進(jìn)行裂縫控制，采取科學(xué)合理的防治措施，減少和控制地下室結(jié)構(gòu)裂縫。 

　　參考文獻(xiàn)： 

　　[1]杜文天. 大型地下室裂縫產(chǎn)生機(jī)理分析及處理措施探討[D].浙江工業(yè)大學(xué)，2010. 

　　[2]周定武. 地下室結(jié)構(gòu)裂縫控制的設(shè)計(jì)與施工[J]. 現(xiàn)代物業(yè)（上旬刊），2012，07：100-101. 

　　[3]朱高宇. 某超大型地下室結(jié)構(gòu)裂縫控制措施淺析[J]. 廣東建材，2013，07：57-60. 

　　[4]柯元樹(shù). 某超大地下室結(jié)構(gòu)裂縫控制措施[J]. 江西建材，2011，03：130-133. 

　　[5]邢國(guó)雷，付艷偉，王勇奉. 超長(zhǎng)混凝土地下室結(jié)構(gòu)裂縫控制措施[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2011，S1：136-138.