某高层建筑地下室裂缝分析与治理

莫春宇

【摘 要】 本文是对某高层地下室在拆模后即刻出现的裂缝从设计，材料，施工等原因进行分析，对已出现的裂缝进行危害分析并对已出现的各类裂缝提出修补方案。

【关键词】 地下室 超长结构 裂缝分析 危害分析 裂缝修补

一、 工程概况

某高层建筑地下一层附建式地下工程，地下室主体尺寸为115mx51m，基础为多桩承台桩基，底板为梁板结构，板厚300，顶板为框架结构，板厚200，外墙厚300，内墙厚300和200。主体沿纵横向各设一条后浇带，混凝土设计强度等级均为C30，内掺混凝土膨胀剂，要求限制膨胀率2～4x10-4，并掺适量粉煤灰。

墙体拆模后即陆续发现墙体上出现裂缝，至目前为止，已发现墙体裂缝68条，顶板缝15条，从裂缝情况来看，有以下共同特点：

1、 所有裂缝均出现在墙体及顶板上，而梁、柱上基本没有；

2、 墙体裂缝的方向基本与墙体长边方向垂直，部分墙体有斜裂缝；

3、 墙体裂缝的位置绝大部分在柱两侧或梁与墙体的搁置点上；

4、 墙体裂缝从水平施工缝向上延伸至顶板；

5、 裂缝宽度较小，一般0.1～0.5mm，但大部分已发展成贯通裂缝；

6、 裂缝较稳定，后期发展缓慢或不继续发展

7、 裂缝间距不规则，较长间距有30m，较短间距仅2m

二、 裂缝原因分析

近年来高层建筑地下结构、大底板、外墙及楼板等裂缝问题屡见不鲜，裂缝的控制是涉及设计、施工及搅拌站三方面的综合问题。

1、 从设计环节分析：

本工程主体115mx51m，属于超长结构，结构防裂措施是设计的一个重要环节，基于前面计算分析和有关规范要求，设计上要求地下结构顶、底板和墙体均采用微膨胀混凝土，限制膨胀率2～4x10-4，，工程结构顶、底板和墙体纵横向各留一道后浇带，后浇带混凝土限制膨胀率4～6x10-4，后浇带浇筑前垂直向最大间距28.2m，留缝长度在规范范围，水平向最大间距64.95m，虽然理论上仍在允许范围内，但为防止结构出现裂缝，结构设计采取了以下综合措施：

（1）水平向在超长结构中间增设一道微膨胀混凝土加强带，也就是在结构收缩应力最大的地方，多掺微胀剂，产生相应较大的膨胀来补偿结构收缩。

（2）墙体加强水平向抗裂钢筋，墙体水平构造钢筋率0.75，大于最小配筋率0.3%的要求，墙体底部有地梁，墙体顶部有5φ20抗裂加强筋。

（3）顶板采取小区格板块，一般板区格在3.4x2.8以内，板最小构造配筋率在0.5%。

（4）外墙、水池在设计时均补充了结构裂缝验算，通过增加配筋、限制钢筋间距等手段，将计算裂缝宽度控制在规范允许范围内。

如果按照设计要求施工，理论上不应产生贯通的温缩裂缝。从现场裂缝位置来看，裂缝不但出现在较长的外墙、顶板等位置，而且象1/J轴墙体长仅10.4米，也出现的两条裂缝，可见结构超长不是本工程出现多处贯通裂缝的原因。

2、 从混凝土配比分析：

本工程防水混凝土配比是看，水灰比0.42（规范允许<0.55），水泥用量316kg/m3（规范允许>280），灰砂比1：2.46（规范允许1：1.5～2.5），粉煤灰掺量20%（规范允许15%～20%），膨胀剂掺量8%（厂家建议6%～0%），从配比看，各项指标基本在规范允许范围内，其中水泥用量略高，给结构裂缝的产生留下了一定的不利影响，但从其它工程的类比看，这种影响不是很大。

3、 从施工角度分析：

据了解，施工单位在地下室墙柱施工过程中曾有过管理不严格，出现振捣不密实，养护不充分的现象，但基本來说还是按有关施工规程操作， 特别经建设和监理单位进一步严格要求后，施工单位在施工和环节上做的还比较好，未出现严重违反操作规程的现象，施工总体比较顺利，特别是顶板出现裂缝的施工段，施工养护是做的最好的一段。而且从裂缝发展规律来看，很少出现表面龟裂和不规则裂缝，应该不是施工浇筑和养护的原因。

4、 对裂缝产生原因的初步推断：

首先，我们可以肯定本工程裂缝不是由外荷载引起的裂缝，因为裂缝在一拆模时就发现，这时无论是外墙还是顶板均还未承受外荷载作用；也不太可能是地基变形引起的裂缝，本工程为桩基础，目前仅完成地下室部分，荷载还远没达到桩基设计承载力；从前面已作总结的裂缝的分布情况看，本工程裂缝应属于由于混凝土收缩引起的裂缝，由于混凝土浇筑过程中产主水化热，使混凝土温度由较高温度向正常环境温度降温，混凝土收缩变形引起应力，当温缩应力大于混凝土极限拉伸时，混凝土就会拉裂，按前面理论计算，300厚普通混凝土墙在长度大于7.8米时，墙体就可能拉裂，在混凝土早期强度比较低更容易拉裂。墙体裂缝之所以出现在柱两侧，是因为柱刚度较大，约束的混凝土的变形，梁在墙的搁置处易出现裂缝，是因为梁端在墙顶的嵌固使得墙均匀性出现缺口，在缺口边出现应力集中而首先被拉裂进而扩展，裂缝在顶板上的分布也符合上述推测，可以看出顶板裂缝虽然有穿过次梁的斜裂缝，但裂缝基本是被限制在主梁所围的板块内，估计是因为主梁刚度较大，可以限制板变形，次梁然刚度不足以限制板开裂，但其本身由于刚度和配筋较大些，所以没被拉裂。

本工程墙体和顶板混凝土均是按微膨胀混凝土设计，按前面理论计算，当微膨胀混凝土14天限制膨胀率能达到2.5x10-4时，裂缝的理论间距是无限长，也就是说在合适掺量膨胀剂作用下膨胀效能抵消混凝土收缩是，混凝土不应产生温缩裂缝，即使考虑运输、浇筑、养护过程中不利因素影响，在设计采取了一定措施的情况下，按我们以前经验，一次浇筑100～120米左右不留伸缩缝应该不成问题，而本工程最大长度也就60多米，特别在有些墙体总长仅10.4米就出现两条温缩裂缝，应该可以初步推测是混凝土的膨胀效能未达到设计要求的原因。

混凝土14天限制膨胀率指标是本工程设计的一个重要指标，在设计图中未指定膨胀剂的品牌和掺量，但对限制膨胀率指标确给出的具体要求，并在图纸会审时也予以强调试验的重要性，这是因为混凝土的膨胀效能达不到设计要求，可能有几个方面的原因：1、混凝土配合比不合理，膨胀剂掺量不合适；2、膨胀剂产品本身性能不符合要求；3、本批次产品不合格；4、混凝土搅拌时管理不严格，不按配合比下料。这其中前两个因素需经过试验确定，如果在配合比试验时限制膨胀率指标数据达不到要求，就是前两个原因，应改变配比或更换品种，如果配合比试验数据合格而现场试块不合格，就有可能是后两个原因，需要在加强管理上下功夫，如果两个试验数据均合格，就应该从其它方面找原因。

三、 裂缝危害分析

1、 结构承载力分析

从前面分析可以看出，本工程裂缝产生的主要原因是混凝土收缩过程中产生的温缩裂缝，在目前混凝土强度已达到80%以上，特别是下一步回填土完成后，温度趋于稳定，不会产生新的温度应力，原有温缩应力在裂缝产生后，应力得至释放，应力与应变趋于平衡，而且在混凝土产生裂缝发生变形后，钢筋的应力开始发生效能，在没有外荷载作用下，裂缝一般不会继续发展。

但是，裂缝的存在就使得墙板由一个均匀完整体系出现了薄弱点，如果有外荷载作用时，就在裂缝边产生应力集中，其值远大于墙板平均承受荷载产生的应力，一旦应力大于钢筋混凝土极限拉伸，裂缝就有可能进一步发展，使裂缝宽度和长度不断加大，如果裂缝宽度过大（>0.5mm）以后，就会对降低结构承载力。

本工程墙体是按上下支承单向板设计，水平向主要为构造钢筋，目前裂缝宽度较小，对墙体结构不会产生较大影响，可以不进行处理。

顶板上的裂缝虽然对板的承载力有一定不利，但结构梁没裂，板跨较小，就目前裂缝宽度而言，对顶板整体承载力影响不大，但必需采取措施防止裂缝进一步发展。

（1） 渗漏分析：

经分析，本工程渗漏程度应属于有有潮湿痕迹无渗水现象，一般这种形式的裂缝当外界水分通过时，水与混凝土裂缝处的石灰CaO化合形成Ca（OH），游离的Ca（OH）又是很容易溶于水的矿物质，它必然沿着裂缝向地下室内浸出，与室内的二氧化碳CO2形成碳酸钙（CaCO3），沉积在裂缝的表面和里面，逐渐封闭裂缝，这就是混凝土的自愈现象，所以就目前本工程的裂缝而言，即使不进行修补，也不会长期漏水，但是渗水痕迹的存在，会使住户对结构质量产生疑虑，影响到开发商的声誉，因此还是应该对裂缝进行修补。

四、 修补方案分析

根据前面裂缝危害分析，本工程裂缝修补应达到两个方面的目的：一是堵漏，防止外界水渗入室内；二是防止裂缝在外荷载作用下进一步发展，以免影响以后结构安全。

目前工程界对小裂缝的修补方案主要是压力灌浆法，灌浆材料主要环氧浆液、聚氨脂浆液、丙凝浆液、水玻璃浆液等，其共同特点是流动性好，填充性好，有一定变形能力，能在裂缝进一步变形时保持一定的封漏能力，这是符合混凝土结构裂缝控制中“放”的原则，但其不能阻止裂缝在外荷载作用下进一步的发展，也就是说明只能达到我们要求的一个目的。

经考虑，我们认为采用嵌缝胶泥结合压贴钢板的方法能达到本工程裂缝修补要求，先以配制的胶泥嵌入缝达到堵漏的目的，另以反扣螺栓将钢板条固定在裂缝两侧，钢板条一方面能起到压紧胶泥使之更加密实的作用，另一方面能起到像拉链一样牢牢锁住裂缝，使裂缝不再发展的作用，这是符合混凝土结构裂缝控制中“抗”的原则。

首先应确定裂缝的发展是否稳定，对还在继续扩展的裂缝，应进一步观察其发展情况，分析其原因后再确定修补措施；对已经稳定的裂缝，应视裂缝发展情况的不同程度采取不同的处理方法：对于宽度在0.3mm以下的非贯通性裂缝，可不作处理，仅在作外防水层时作扫缝处理；对大于0.3mm以上在非贯通性裂缝，按胶泥嵌缝处理；对宽度在1mm以下的贯通性裂缝，采用钢板条压胶泥的方法；对于宽度在1mm以上的贯通性裂缝，必须另行评估按混凝土加固处理，这种情况目前尚未出现，暂不作处理。

参考文献

[1] 徐荣年，徐欣磊 编著 出版社： 中国建筑工业出版社 出版时间： 2010

[2] GB 50010-2010，混凝土结构工程设计规范.

[3] GB 50208-2011，地下防水工程质量验收规范