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大型地下室混凝土裂缝原因及预防措施

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大型地下室混凝土裂缝原因及预防措施
作者:地下室堵漏_水池堵漏_污水池堵漏_隧道堵漏_地铁堵漏_电缆沟堵漏_江苏新大高空工程有限公司    时间:2016-04-26 23:25:26    点击数:1176

新闻摘要:对深圳市某住宅楼附属的大型地下室混凝土裂缝情况进行了调查;分析了该地下室混凝土裂缝的特征、产生的原因和可能的危害性,并提出了预防这种混凝土裂缝的措施和建议。 1 工程概况 深圳市某住宅钢筋混凝土工程主体由三栋塔楼和二层地库组成,地下室的第一层...

对深圳市某住宅楼附属的大型地下室混凝土裂缝情况进行了调查;分析了该地下室混凝土裂缝的特征、产生的原因和可能的危害性,并提出了预防这种混凝土裂缝的措施和建议。
 
    1 工程概况
  深圳市某住宅钢筋混凝土工程主体由三栋塔楼和二层地库组成,地下室的第一层为设备层,第二层为地下车库。工程总建筑面积8万多m2,其中地下室总面积约为16000m2,本工程为建筑一类工程,工程建筑耐久等级为一级。塔楼采用现浇钢筋混凝土剪力墙结构,塔楼间的地下室采用现浇钢筋混凝土框架结构,基础采用人工挖孔桩,地下室底板厚500mm,地下室外墙厚400mm。
  本工程混凝土强度等级为:墙柱C35~C45,梁板C30~C40,其余部位C10~C20。混凝土保护层厚度为15mm~35mm。
    2 裂缝调查
    2.1 调查内容
  (1)裂缝情况:包括裂缝位置、长度、宽度、深度、性质及发展情况等。
  (2)设计、施工情况:包括裂缝相应位置的结构构造、混凝土强度等级、施工工艺及养护情况。
    2.2 调查方法和手段
    2.2.1 调查方法
  裂缝调查采用普查与典型调查相结合的方法。对于裂缝比较集中的地下室D轴线附近的裂缝分布情况进行普查(D轴线为塔楼和地下室交界处),对裂缝深度进行抽查,并对比较典型的裂缝的发展情况进行跟踪调查。
    2.2.2 调查手段
  本次调查采用的设备和工具主要有以下几种:
  (1)裂缝位置 主要根据设计图,借助于钢尺、相机等进行检查调查,并绘制裂缝分布图。
  (2)裂缝宽度 使用塞尺、刻度放大镜进行测量。
  (3)裂缝长度 用钢尺和皮尺测量。
  (4)裂缝深度 按照规范要求用超声波仪测量超声波发送和响应时间,经过计算得到裂缝深度。
    2.3 裂缝调查
    2.3.1 地下室裂缝情况
    (1)裂缝部位、长度和宽度
  对地下室负一层和负二层沿D轴线附近的裂缝进行了初步调查,负一层的裂缝情况见表1,负二层的裂缝情况见表2。
  表1       地下室负一层裂缝统计
部位 顶板裂缝数
(条) 裂缝宽度
b(mm) 裂缝数
(条) 占顶板总裂
缝数(%) 占负一层总
裂缝数(%)
顶板 80 b≤0.1 55 68.75 55.6
0.1<b≤0.2 20 25 20.2
0.2<b≤0.3 3 3.75 3.03
b>0.3 2 2.5 2.02
部位 墙面裂缝数
(条) 裂缝宽度
b(mm) 裂缝数
(条) 占墙面总裂
缝数(%) 占负一层总
裂缝数(%)
墙面 19 b≤0.1 4 21.1 4.04
0.1<b≤0.2 8 42.1 8.08
0.2<b≤0.3 4 21.1 4.04
b>0.3 3 15.8 3.03
部位 负一层裂
缝数(条) 裂缝宽度
b(mm) 裂缝数
(条) 占负一层总裂缝数(%)
地下室
负一层
汇 总 99 b≤0.1 59 59.6
0.1<b≤0.2 28 28.3
0.2<b≤0.3 7 7.07
b>0.3 5 5.05
  表2       地下室负二层裂缝统计
部位 顶板裂缝数
(条) 裂缝宽度
b(mm) 裂缝数
(条) 占顶板总裂
缝数(%) 占负二层总
裂缝数(%)
顶板 33 b≤0.1 10 30.3 22.2
0.1<b≤0.2 17 51.5 37.8
0.2<b≤0.3 5 15.2 11.1
b>0.3 1 3.03 2.2
部位 墙面裂缝数
(条) 裂缝宽度
b(mm) 裂缝数
(条) 占墙面总裂
缝数(%) 占负二层总
裂缝数(%)
墙面 12 b≤0.1 5 41.7 11.1
0.1<b≤0.2 5 41.7 11.1
0.2<b≤0.3 2 16.7 4.4
b>0.3 0 0 0
部位 负二层裂
缝数(条) 裂缝宽度
b(mm) 裂缝数
(条) 占负二层总裂缝数(%)
地下室
负二层
汇 总 45 b≤0.1 15 33.3
0.1<b≤0.2 22 48.9
0.2<b≤0.3 7 15.6
b>0.3 1 2.2
  表3       地下室裂缝深度抽查结果
裂缝编号 73 74 75 11 12
测点 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
裂缝深度(cm) 5.1 6.7 9.3 8.3 7.9 4.8 7.6 8.1 7.5 6.4 8.0 6.9 7.9 7.3 7.1 7.0 6.5 6.3 5.9 6.0 8.1 6.8 5.9 6.9 8.2
平均深度(cm) 7.5 6.9 7.4 6.3 7.2
  (2)裂缝深度
  对地下室部分裂缝的深度进行了抽查,抽查结果见表3所示。
    2.3.2 跟踪调查
  对地下室混凝土的部分裂缝的宽度进行了跟踪调查,调查结果表明:地下室的少量裂缝在继续发展,不过发展趋势不大;在地下室顶板和墙面分别有少量新的裂缝产生。
    2.4 裂缝特征分析
  调查发现地下室的裂缝主要集中于D轴线附近,并且地下室的裂缝具有以下特点:
  (1)顶板裂缝大多数与跨度方向呈45℃左右的斜角,个别裂缝穿过两块以上的板。
  (2)顶板呈斜角的裂缝多数相互平行,且集中于D轴线附近板的一角。
  (3)顶板的裂缝大多数集中于塔楼和地下室交界的D轴线两侧。
  (4)墙面裂缝多数垂直地面且相互平行,宽度自下而上逐渐变窄。
  (5)地下室部分裂缝相交呈八字形。
    3 裂缝原因研究
    3.1 混凝土裂缝的类型和产生原因
  混凝土的裂缝按产生的时间可分为硬化前裂缝、硬化过程裂缝和完全硬化后裂缝。按引起裂缝产生的原因把混凝土裂缝分为二大类〔1〕〔2〕:
  第一大类,由第一类外荷载引起的裂缝,包括按照常规计算的主要应力引起的"荷载裂缝",以及由结构次应力引起的"荷载次应力裂缝",二者通称为结构性裂缝、受力裂缝。
  第二大类,由第二类荷载即变形变化引起的裂缝,包括温度、湿度、收缩和膨胀、不均匀沉降等因素引起的裂缝,也称非结构性裂缝。
  上述两类裂缝的区别是:前者从外荷载的作用、结构内力的形成,直至裂缝的出现与扩展,似乎都在同一时间瞬时发生并一次完成,是个"一次"过程。而变形荷载的作用,从环境的变化,变形的产生,到约束应力的形成,裂缝的出现与扩展等都不是在同一时间瞬时完成的,它有一个"时间过程",称之为"传递过程",是一个多次产生和发展的过程。
    3.2 裂缝原因分析
  根据调查结果分析,以及对地下室裂缝的初步跟踪调查,地下室有些裂缝有进一步发展趋势,且有新的裂缝产生,裂缝的产生表现为"时间过程",呈现由变形变化引起的裂缝特点,估计地下室裂缝由变形变化引起为主。根据地下室的裂缝特点,分析其原因有以下几方面:
  (1)材料原因
  根据搅拌站提供的原材料实际计量数据看,其用水量波动较大,可能导致混凝土质量波动也较大。
  (2)施工原因
  根据在现场对施工过程的观察、对现场混凝土的检查和对施工人员的访问,发现有几个问题:一是混凝土的蜂窝麻面,二是混凝土的养护,三是拆模时间。蜂窝麻面反映混凝土立模和振捣方面存在不足,而养护不好则对混凝土整体质量影响特别显著,直接影响混凝土的抗裂能力。在混凝土产生足够强度以前,过早拆模以及在混凝土施工面上过早从事其它准备工序,会破坏混凝土结构,降低承载力,导致裂缝的产生。
  另外,根据施工单位编制的《施工组织设计》,由于地下室二层与地下室一层D轴线落差处,地下室二层外墙与塔楼地下一层底板相连。而地下一层底板与地下二层外墙施工存在60天技术间歇时间,为使主楼节省60天工期,将地下二层外墙与地下一层底板结构一起施工。这样使原来的结构刚度和结构构件的约束情况有所变化,在地基差异沉降变形和荷载影响下,就可能导致D轴墙和地下室楼板产生裂缝。
  (3)结构设计原因
  D轴线位置为人防和塔楼的交界处,塔楼部分为一层地下室,人防部分为两 层地下室,故D轴线两侧所受荷载及两侧结构的刚度或柔性有显著差异,使其变形差异较大,由于超静定结构的强约束作用,从而导致裂缝的产生。
  (4)基础沉降原因
  塔楼和地下室的东西方向和南北方向的地质情况均有差异,其中东西方向的荷载和结构刚度基本相同,南北方向的荷载和结构刚度差异较大。在不同的静荷载和施工荷载作用下,因其沉降位移不同,以及D轴线附近相邻沉降差异而导致裂缝的产生,D轴线附近的墙体垂直裂缝和八字形裂缝说明了这一点。
  (5)环境原因
  由跟踪调查情况看,地下室个别裂缝宽度还有所发展,而且有新的裂缝产生,但原有裂缝也在闭合或者宽度变小,跟踪调查时正值寒潮期间,因此,新的裂缝和裂缝的发展由温度变化引起的可能性较大,但塔楼的荷载还在增大,地基的沉降尚不稳定,故地基沉降仍然是其原因之一。
    4 裂缝危害性分析
  裂缝危害性主要按照有关规范允许的最大裂缝宽度来进行分析。
    4.1 裂缝控制标准
  从国内外试验资料分析,混凝土结构物裂缝宽度一般应该控制在表4所示的范围内。
  表4    混凝土结构物裂缝宽度控制范围
序号 结构物使用环境 允许的裂缝宽度(mm)
1 无侵蚀介质、无抗渗要求 0.3
2 轻微侵蚀、无抗渗要求 0.2
3 严重侵蚀、有抗渗要求 0.1
  我国规范规定钢筋混凝土构件的最大裂缝宽度见表5,美国的规定见表6所示。
  表5    钢筋混凝土结构构件最大裂缝宽度允许值
序号 结构物使用环境 最大裂缝宽度
允许值(mm)
1 屋架、托架的受拉构件
烟囱、用以贮存松散体的筒仓
处于液体压力下而无专门保护措施的构件 0.2
2 处于正常条件下的构件 0.3
  表6   美国混凝土学会224委员会对裂缝宽度的限值
序号 结构物使用环境 最大裂缝宽度允许值(mm)
1 干燥环境,有保护层 0.4
2 潮湿空气,土壤中 0.3
3 冻结环境(加防冻剂) 0.18
4 海水环境 0.15
5 贮水构筑物 0.1
  根据上述我国有关标准及美国有关标准,将上述分类的混凝土裂缝定性为:
  (1)宽度小于标准规定值者属于无害、可修复的裂缝;
  (2)宽度超过规定值者,一般需要由设计、施工、监理、业主等有关方面共同商定处理方案。
  (3)活裂缝需要进一步观察,待其基本稳定后,才能确定处理方案。
  根据本工程实际所处环境和用途,裂缝宽度的允许值取0.3mm为宜。
    4.2 裂缝危害性分析
  从地下室混凝土裂缝调查结果可见,地下室负一层共抽查裂缝99条(见表1),其中顶板80条,墙面19条。超过上述规定值的裂缝有5条,占地下室负一层总裂缝数的5.05%,其中顶板2条,墙面3条。其余裂缝宽度均在允许范围之内。顶板的裂缝较多,占81%,墙面裂缝只占19%。
  地下室负二层共抽查裂缝45条(见表2)。其中顶板33条,墙面12条。裂缝宽度超过规定值者l条(顶板部位),占2.2%。与负一层一样,顶板的裂缝数较多,占73%,墙面裂缝次之,占27%。根据裂缝调查结果、建筑物重要性、使用功能和裂缝控制标准看,地下室裂缝目前对结构的安全性影响还不大,但由于少量裂缝有轻微的进一步发展趋势,而且裂缝数量多,因此现有的裂缝会影响结构的使用功能和外观,应该按照规范或设计要求对裂缝进行相应的处理。
    5 预防裂缝的措施和建议
   (1)搅拌站应该加强原材料质量检测和控制,特别是砂石含水量和含泥量的检测和控制,以确保混凝土本身的质量稳定;进一步优化混凝土配比,提高混凝土抗裂能力;对一些必要的试验检测工作应予加强,如混凝土收缩试验等。
  (2)施工单位应该重视施工质量和加强质量管理,特别是要重视混凝土振捣、养护工作,保证模板的牢固,钢筋保护层的准确等;作好日常的施工记录,包括养护记录、施工异常情况处理记录、施工日志、质量检查日志。严格按照设计图纸进行施工,特别是要保证钢筋位置和数量,否则会造成严重后果。
  (3)设计单位在进行结构设计时,应该主动征求其他单位和技术人员的意见,特别是征求施工单位、科研单位的意见;征求材料研究人员、质检人员的意见,以保证所设计的工程既安全、又便于施工。设计单位应该对地下室重要构件的承载力进行验算,以便及早发现设计不足之处;对地基沉降情况进行验算,以便采取对策。
    6 结 论
  根据现场调查结果、理论分析,得出以下初步结论:
  (1)地下室的裂缝由变形变化引起为主因,特别是沉降变形引起的可能性较大。
  (2)地下室新发现的裂缝由温度变化和沉降变形共同引起的可能性较大。
  (3)从目前情况看,地下室现有裂缝对本工程的安全还没有太大的危害,暂时不需要特别加固处理。

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