超长地下结构裂缝产生原因及防治措施探讨

徐郁峰 蔡应杰

(华南理工大学土木与交通学院,广东 广州 510640)

超长地下结构裂缝产生原因及防治措施探讨

徐郁峰 蔡应杰

(华南理工大学土木与交通学院,广东 广州 510640)

结合实践经验，从混凝土收缩、温度效应、材料选择、施工技术、自然环境等方面，分析了超长地下结构裂缝的产生原因，并探讨了裂缝的防治措施，从而保证地下结构工程的质量。

地下结构裂缝，混凝土，温度效应，防治措施

0 引言

伴随着社会发展，有很多工程出现超大型的地下室，其长度达到了200 m甚至300 m。在早期的设计中，此类结构都有设置伸缩缝，即采用建筑防水的方法。但实践中发现，在后期的使用阶段，伸缩缝处经常出现大量渗水的情况。由于伸缩缝的材料寿命一般小于结构设计年限且更换十分困难，伸缩缝处一旦漏水，封堵处理非常困难，往往随堵随漏，特别是在地下室层数较多、地下水位较高时，底板处水头很高，渗水更加严重。《高规》第4.3.13条规定:当采取适当的构造措施和施工措施减少温度和混凝土收缩对结构的影响时，可适当放宽伸缩缝的间距。为满足建筑的功能与防水等要求，越来越多的超长地下结构增大了伸缩缝的设置间距，甚至不设缝。实际上，目前很多设计都采用了无缝的超长地下结构：广州中华广场(地下室及裙楼为168 m×137 m，1999年落成)、昆明柏联广场(地下室及裙楼为113 m×84 m，2000年落成)、沈阳百佳广场(120 m×80 m，2001年落成)均未分缝。

但是，不设缝的超长混凝土地下室结构同样可能会面临结构开裂渗水的问题。超长混凝土地下室结构在温度和混凝土收缩等作用下，会产生大量裂缝，影响结构耐久性。开裂发展严重后，会产生渗水、漏水现象，严重影响建筑的使用，裂缝的开展甚至会降低结构承载力(连续结构变成多跨铰接结构，结构抗剪承载力降低等)。同时，由于超长地下室结构埋在地下，结构开裂后修补困难、投资巨大，且不易根治。因此，对超长地下结构裂缝产生原因分析及提出防治措施十分必要。

1 超长地下结构裂缝产生原因

1.1 混凝土收缩

混凝土收缩是混凝土的主要特性之一，指的是混凝土在凝结初期或硬化过程中，在不受外力的情况下出现体积缩小的现象。由于混凝土的早期强度低，收缩产生的微观裂缝一旦发展，就易产生结构裂缝。收缩裂缝在大体积混凝土中发生比率较高，裂缝形式多为规则条状，往往与受力钢筋平行。混凝土收缩量的大小主要与混凝土本身的配合比及外界环境因素有关。一般水灰比越大，收缩越大，养护环境的温度与湿度越大，收缩越小。同时影响收缩的因素还包括选用的水泥标号与种类、混凝土的施工质量、构件的体积与表面积比等。

1.2 温度效应

在降温工况下，根据热胀冷缩的规律，结构将产生收缩，当地下室底板混凝土的温度收缩受到抗侧力构件或者土的约束时，构件中便会产生拉应力，当拉应力大于混凝土的开裂应力时，结构便会开裂。在升温工况下，由于混凝土表面的温度与混凝土内部的温度存在差异，当混凝土结构内部温度梯度过大时，由于混凝土本身边界条件的限制，混凝土内部会产生压应力，而表面会产生拉应力，从而导致混凝土结构表面开裂。一般温度变化越大、约束越强的结构越容易产生温度裂缝。

1.3 混凝土材料选择

混凝土材料选择的影响主要体现在两个方面：影响混凝土的收缩量大小；影响混凝土的抗拉强度。在混凝土使用的主要材料中：一般矿渣水泥收缩比普通水泥收缩大，粉煤灰水泥及矾土水泥收缩较小，快硬水泥收缩较大；砂岩作骨料时收缩大幅度增加，粗细骨料中含泥量越大，收缩越大，混凝土的抗拉强度越低；骨料粒径越粗，收缩越小，骨料粒径越细，砂率越高，收缩也越大。

1.4 施工原因

超长地下混凝土结构的裂缝产生与施工质量及施工顺序也有很大关联。首先，施工过程中的施工缝或后浇带交界界面处理不当、混凝土振捣不实、养护不当、混凝土配置时配合不准确等原因都会造成混凝土质量下降，降低混凝土抗拉强度或增大混凝土的早期收缩变形，从而导致开裂渗水的现象产生。施工过程中浇筑混凝土的顺序不当，一次性浇筑较多体积的混凝土时，可能导致混凝土早期的内部约束较大，继而产生较大的收缩应力，造成开裂。

1.5 其他因素(环境)

环境越干燥、收缩越大，早期采用泡水养护可以减少混凝土的收缩应力，但突然断水后会产生较大的收缩应力，从而导致开裂；环境中风速对混凝土的收缩也有影响，风速越大，收缩越大。同时，研究发现尽早对开挖的土进行回填，封闭房屋和装修对混凝土的裂缝控制与防水都十分重要。

2 超长地下结构裂缝防治措施

2.1 合理设计，优化构造

由于约束是影响温度变化工况下混凝土开裂的一个重要因素，太强的约束会造成结构在约束附近更易开裂。因此在设计时，不应一味增大墙、柱子的约束刚度，采用横向分布筋等整体柔性约束可以减少开裂的可能性。同时，可以采用设置伸缩沟等构造，减小底板的水平约束刚度。通常的伸缩沟在构造上，是把顶板、底板、侧壁局部做成U型结构，利用U型结构良好的变形能力来抵抗变形，在构造上伸缩沟的侧壁应做得尽量高，厚度做得尽量薄，同时配置数量多而间距密的受力筋，使其成为既柔软又强韧的伸缩元件。若底板下为坚硬土层或岩层，底板变形会受到岩石的摩擦约束，此时应将伸缩沟的间距适当减小，必要时需采取措施(如采取柔性防水，在底板与岩层间加一层砂层等)减少底板与岩石的摩擦效应，如底板下为较软的土层，则其约束较小，伸缩沟的间距可适当放松。

2.2 选择合适的原材料及配合比

合理的混凝土原材料的选择及配合比设计可以减少甚至避免结构后期开裂的可能性。地下室底板宜采用普通硅酸盐水泥、选用大减水率的混凝土减水剂，降低水灰比，从而减少混凝土的早期收缩。同时，地下室底板的泵送混凝土的坍落度不宜太大。采用添加膨胀剂的方法也可以降低早期收缩的影响，但这对温度应力造成的开裂渗水作用不大。高强度混凝土徐变小，应力松弛低，脆性高并容易引起开裂，应根据结构需要选择合适强度标号的混凝土，梁、板、墙一般混凝土强度宜采用C25～C35，尽可能不超过C40。如遇有不可避免的高强度的大体积混凝土时，应当利用后期90 d强度。

2.3 优化施工顺序与施工方法

首先，施工中应采取必要的施工质量保证措施，保证混凝土的浇筑质量与养护环境满足要求。施工过程中，应避免雨天浇筑混凝土；混凝土不宜过早拆模；做好早期保湿养护；浇筑混凝土时

做好施工缝交接处的表面处理；振捣混凝土时避免超振。

其次，可以通过合理设置后浇带的方法，减少混凝土早期收缩造成的裂缝，混凝土的收缩大部分集中在初期，混凝土大部分收缩完成后，再进行后浇带封闭。另外施工时可采取跳仓施工的方法进行混凝土浇筑。

3 结语

针对超长地下结构裂缝产生的原因，可以从优化设计及构造、合理选择原材料和混凝土配合比、保证施工质量、优化施工顺序等多方面入手，根据工程实际情况，综合采用上述措施，从而达到控制裂缝产生及发展的目的，保证地下结构的工程质量与使用寿命。

[1] 王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京：中国建筑工业出版社，1997.

[2] GB 50010—2010，混凝土结构设计规范[S].

[3] 傅学怡,吴 兵.混凝土结构温差收缩效应分析计算[J].土木工程学报,2007,40(10):50-59.

Exploration on super-long underground structure cracking causes and its preventive measures

Xu Yufeng Cai Yingjie

(CollegeofCivil&Traffic,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640,China)

Combining with practical experience, starting from aspects of concrete shrinkage, temperature effect, material selection, construction technology and natural environment, the paper analyzes super-long underground structure cracking causes, and explores its preventive measures, so as to guarantee the underground structure engineering quality.

underground structure cracks, concrete, temperature effect, preventive measures

1009-6825(2017)01-0048-02

2016-10-22

徐郁峰(1976- )，男，副教授； 蔡应杰(1991- )，男，在读硕士

TU312.3

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