高层住宅楼地下室墙板裂缝原因分析及处理技术

刘家宽LIU Jia-kuan；陈芝标CHEN Zhi-biao

（十七冶集团房屋工程技术公司，马鞍山 243000）

（Housing Engineering Company，MCC17 Group，Maanshan 243000，China）

1 工程概况

某高层住宅楼为地下1 层、地上18 层双塔框架剪力墙结构，总建筑面积32712m2，建筑总高度54m，基础埋深5.5m，地下室外形尺寸长107.4m，宽20.9m。其中2#楼地下室底板2013 年3 月4 日开始浇筑混凝土，3 月5 日浇筑完。地下室外墙、柱、顶板2013 年4 月24 日开始浇筑混凝土，25 日凌晨混凝土浇筑完，27 日开始拆除外墙外模板，28 日发现2#楼地下室顶板出现裂缝，5 月3 日拆除墙、柱、顶板模板发现2#楼地下室外墙板出现裂缝。

2 裂缝原因分析

2.1 现场调查 据现场业主、监理相关技术人员反应，在2#楼地下室墙板、顶板混凝土浇筑过程中，发现混凝土骨料中含有少量30mm～50mm 的碎石（目测含量1～2%），微风化碎石（表面呈黄色，目测含量1～3%）及瓜米碎石（目测含量20～30%），混凝土呈散状，和易性差。混凝土供应不及时，24 日上午7 点开始浇注，在浇注过程中，罐与罐之间间隔最少有20～30min，其中在上午8：45～11：15、下午4：06～5：20 混凝土浇筑施工中出现停歇。墙板混凝土分三层浇注，每层浇注1m 高左右，最后浇注梁、顶板混凝土。混凝土拆模后个别部位出现蜂窝、麻面。

2.2 现场裂缝检测 2013 年6 月3 日，对2#楼地下室墙、顶板混凝土裂缝进行了现场检测，2-K 轴混凝土墙发现裂缝共41 条，其中40 条垂直裂缝，1 条水平裂缝；2-A轴混凝土墙发现裂缝28 条，均为垂直裂缝；地下室混凝土顶板发现裂缝46 条，均垂直于外墙长边方向，裂缝宽度在0.1mm 左右。检测的裂缝主要有以下特点：

①裂缝均出现在外墙及顶板上，而柱、剪力墙上未出现。少数平行于外墙长方向的梁也发现裂缝，梁的裂缝与顶板上的裂缝连贯。②裂缝的方向基本与外墙长边方向垂直，一处墙体靠近顶板处出现一条水平裂缝。③外墙板裂缝在中部较多，两端较少。在柱梁两侧基本出现裂缝。④顶板裂缝在剪力墙处较集中，中部裂缝较多，逐渐向两边分散。⑤裂缝方向基本上垂直于外墙长边方向。⑥裂缝的数量和长度随时间的增长而增多、延伸，裂缝出现较早，在浇灌后4d 左右即出现裂缝。⑦裂缝基本为贯穿性，宽度一般在0.1mm，墙板裂缝两端偏窄中间偏宽，呈枣核形。

2.3 产生裂缝的原因分析 混凝土结构裂缝的主要成因可分为由外荷载引起的和由变形变化引起的。因结构变形变化引起的裂缝，主要是由不均匀沉降、温度变化、膨胀和收缩等因素造成的。

2.3.1 外荷载因素：本工程裂缝出现时，结构并未承受使用荷载。从墙、顶板、梁裂缝的分布和形状等特点分析，如荷载引起的梁、顶板的受力裂缝，应在受拉区出现裂缝，而不是贯穿裂缝。本工程裂缝不符合外荷载引起的裂缝的特征。可以排除外荷载因素。

2.3.2 不均匀沉降因素：对地下室底板标高的检测，地下室底板目前未出现不均匀沉降。从裂缝的形状和分布特点分析，如由不均匀沉降造成的，墙板裂缝应出现斜裂缝，垂直裂缝也应上大下小。本工程裂缝不符合不均匀沉降引起的裂缝特征，可以排除不均匀沉降因素。

2.3.3 温度因素：温度引起裂缝的原因，无非是混凝土的水化热及气温突降造成的。四至五月份本地区未出现大的气温突降天气，不应引起混凝土出现因温度变化而形成裂缝。分析混凝土水化热因素，根据本工程结构特点，依据ACI209R 可测算出混凝土的热胀系数at为8.56×10-6/℃。依据ACI207.2R 测算出混凝土最大温度高峰值出现在第一天，此时混凝土内水化热温升幅度为10.3℃，假设混凝土表面采取强降温措施，则混凝土受水化热温升的应变为88×10-6，混凝土在早期的极限拉伸应变可达100×10-6，大于最大温度梯度所造成的应变，此时应不致引发混凝土裂缝，且混凝土在浇筑后的2～5d，混凝土的弹性模量很低，基本处于塑性及弹塑性状态，约束应力很低，则相应的应变值也低于上述计算的应变值。查相关文献资料，混凝土在早期不致引发裂缝的温差为8℃～14℃。所以本工程的裂缝不是由混凝土的水化热温差引起的。

2.3.4 混凝土膨胀因素：根据本工程混凝土外墙、顶板受基础底板约束的条件，混凝土膨胀不应出现以上裂缝特征。外墙混凝土膨胀时，受基础底板约束，应形成基础底板拉应力，如膨胀造成的基础底板拉应力超过抗变形能力，则造成基础底板出现裂缝。因此本工程裂缝不是混凝土膨胀裂缝。

2.3.5 混凝土收缩因素：分析本工程裂缝分布及形状特征，本工程的裂缝为收缩裂缝。裂缝大部分垂直于结构长边方向，混凝土收缩应变值一定时，此方向的变形最大。外墙板变形受基础底板和顶板处梁钢筋骨架的约束，在混凝土内产生拉应力，拉应力大于混凝土抗变形能力时，则产生裂缝。由于墙板两端基础底板和梁的模箍作用，形成墙板裂缝中间大两头小形成枣核形。顶板变形受剪力墙和梁、柱钢筋骨架的约束，产生裂缝。且裂缝出现时间在混凝土第一次干燥后，并随着混凝土在空气中暴露时间延长，裂缝增多增宽。

按混凝土设计配合比估算混凝土收缩应变，以ACI209 法估算（不考虑掺加膨胀剂）状态下7d、14d 和28d 的混凝土收缩应变如表1 所示。

表1 各因素中，构件湿养时间长、空气相对湿度大、构件厚度大、混凝土坍落度小、混凝土细骨料率少、水泥含量低、混凝土含气率小均可减小混凝土收缩应变。

从估算的设计配合比（不考虑掺加膨胀剂因素）混凝土干缩应变值可以看出，混凝土外墙在7d 和14d 时干缩应变值在100×10-6左右，混凝土早期的极限拉伸应变在100×10-6。混凝土在28d 时干缩应变值为183×10-6，此时混凝土的极限拉伸应变可达到150×10-6。从以上估算可以知道，如混凝土按设计配合比施工，且混凝土加强湿养，应不致在顶板和外墙上出现大量的裂缝。

2.3.6 本工程裂缝成因分析：核查本工程设计施工图，钢筋的配置及后浇带的布置均符合设计规范的要求。设计要求用于地下室墙板、顶板的混凝土应为补偿收缩混凝土。此种混凝土的特点是限制混凝土的收缩率，并减缓混凝土的收缩速率。此种混凝土应达到在水中湿养14d，空气中28d 收缩应变小于300×10-6的性能要求。随着混凝土期龄的增加，混凝土的抗拉强度也随之提高，相应的混凝土与钢筋的握裹力也增大，当混凝土抗拉强度提高到一定的水平可将混凝土出现的贯穿性干缩裂缝分散到不可见的微细程度。

综合上述分析结果，结合本工程裂缝出现时间早，出现裂缝数量多的特点，本工程混凝土施工配合比在控制混凝土收缩方面存在缺陷。在混凝土后期养护上也存在不足，按规范要求，对墙体等不易保水的结构，宜从顶部设水管喷淋，拆模后宜用湿麻袋紧贴墙体覆盖，并浇水养护，保持混凝土表面潮湿，养护时间不宜少于14d。混凝土振捣不密实是造成混凝土顶板面层和墙板水平塑性裂缝的主要原因。

表1 各项调整系数

表2

3 裂缝对结构的影响

现场检测的裂缝均为收缩裂缝，当裂缝出现时，混凝土的拉应力也相应地释放掉了，回弹检测本工程28d 以后混凝土强度，均达到设计要求。出现裂缝的结构在未承载前，恢复混凝土构件的整体性，对结构不会产生影响。

4 裂缝处理技术

在结构承受荷载前，所有裂缝采用环氧类浆液进行压力注浆，注入的浆液应充实裂缝，使裂缝处的抗压强度、抗拉强度及粘结强度不低于基材强度值。

4.1 施工准备：①根据混凝土表面裂缝压力注浆的工艺原理，做好人员、材料、设备等准备工作。②施工技术安全要求、压力注浆方法、操作工艺、质量控制的交底及劳动力的组织安排。③清除裂缝两侧各50mm 的浮浆、残留砂浆、油渍及松散杂物，并将粉尘、浮灰清理干净。用高纯度洗涤剂（丙酮等有机溶液）沿裂缝开口两边清洗，使缝中粉尘挥发，保持干净。

4.2 埋置注浆嘴：埋置时，先在注浆嘴角抹上一层约1mm 的环氧胶泥封闭胶，将注浆嘴的进浆孔骑缝粘贴在缝中心。根据裂缝的大小，其注浆嘴的间距一般为150mm～300mm。

4.3 封闭裂缝：封闭裂缝应根据不同裂缝情况及注浆要求确定。用环氧胶泥封闭胶在裂缝两侧宽20mm 涂抹一层厚约1mm 的封闭胶将裂缝封闭。

4.4 配制胶液：注浆浆液选用专业生产厂家生产的环氧类专用高强注浆材料。

4.5 注浆施工：①将专用注浆材料浆液拌匀，装入注浆的注浆器，拧紧压力筒。②将压力注浆器紧扣已粘结好的注浆嘴，由上向下（竖向裂缝）或由左向右（水平裂缝）一进一出逐一灌注，稳压3～5min，使裂缝内浆液达到初凝而不外流时，可卸下注浆嘴，换上堵头。③浆液一般在30min达到表面初凝后可拆下预埋的注浆嘴，再用速凝封闭胶，将注浆嘴处封堵平整，即为压力注浆完毕。④用钢砂纸打磨封口封闭胶，用高效洗涤剂（丙酮）清洗干净。⑤注浆结束后，及时检查注浆修补的效果和质量，发现缺陷应及时补救，确保注浆工程质量。

5 结论

通过对该高层住宅楼地下室墙、顶板裂缝采用环氧类压力注浆封闭施工技术，施工方便，工期短，质量可靠。工程自2013 年6 月20 日施工完毕后至今，使用良好。

[1]建筑施工手册[M].第五版.中国建筑工业出版社，2013.

[2]建筑业10 项新技术（2010）应用指南[M].中国建筑工业出版社，2011.

[3]GB50550-2010，建筑结构加固工程施工质量验收规范[S].

[4]GB50204-2002（2011 年版），混凝土结构工程施工质量验收规范[S].