超大地库顶板裂缝产生原因及预控措施研究

任慧超，朱文伟，裴超超，孟志远，郭耐，刁梦凯

（中国建筑第五工程局有限公司河南公司，河南 郑州 450009）

0 前言

随着城市化建设的快速发展，诸如地铁、城市综合管廊、海绵城市、大型地下车库等超长、超大地下结构也日趋增多。由于地质情况的复杂性，地下结构施工也伴随着许多问题，地下车库顶板裂缝就是其中尤为突出的一个现象。

地库顶板裂缝会导致渗漏水情况的发生，进而引起钢筋锈蚀、混凝土碳化，最后降低混凝土材料的耐久性[1]，情况严重的甚至会影响地下车库的正常使用及结构的稳定性。

汤小平[2]通过有限元模拟，证明在地下室顶板设置膨胀加强带，能够降低顶板混凝土的温度应力，进而减少混凝土裂缝的发生。高波等人[3]从改善混凝土浇注质量入手，提出了减少混凝土裂缝生成的预防措施。刘雪[4]用表征手法检查、检测，通过增大抗拉强度、扩大极限拉伸值、降低弹性模数来控制和防治混凝土裂缝。屈瑾[5]通过建立二维混凝土随机骨料模型，通过控制骨料尺度与面积占比两个参数，研究不同尺度下骨料的含量变化对混凝土开裂形态及峰值应力的影响。

本文结合工程实例，从顶板混凝土裂缝类型、产生原因出发，探索一项适合超大地下车库顶板裂缝的预控施工工艺。

1 顶板混凝土裂缝类型

混凝土裂缝因其形成时间与类型可分为干缩裂缝、自收缩裂缝和温度裂缝。

干缩裂缝是由于内外湿度变化不均、水分蒸发不均而产生的裂缝。裂缝为表面性，宽度较细，走向纵横交错，没有规律。其产生原因主要是由于混凝土成型后养护不当，受到风吹日晒，表面水分散失快，体积收缩大，而内部湿度变化很小，收缩也小，因而表面收缩变形受到内部混凝土的约束，出现拉应力，进而引起混凝土表面开裂。

自收缩裂缝是指混凝土在与外界无物质交换的条件下，胶凝材料的水化反应引起毛细孔负压和内部相对湿度降低，导致宏观体积的减小。这种收缩是由化学作用引起的，不包括因自身物质增减、温度变化、外部加载或约束而引起的体积变化而产生的裂缝，它也是混凝土产生裂缝的主要因素。

温度裂缝常见于大体积混凝土，混凝土结构形成以后，由于混凝土内部水泥水化热的大量产生，造成混凝土内部温度急剧上升，由于大体积混凝土厚度大，很难和外界进行热量交换，因此就造成了很大的内外温差，进而导致混凝土裂缝的出现。

2 工程概况

商丘市睢阳区重点街区棚户区改造项目（三期）A-6-1 地块位于商丘市睢阳区西部新城规划一路以西，规划三路以北，规划二路以南，规划四路以东。

建筑面积：总建筑面积为 237336.80m2，地上面积167792.25m2，地下面积 69544.55m2，住宅地下室面积15551.8m2，地上住宅面积 157622.18m2，住宅总面积173173.98m2，共 8 栋 30 层高层，1 栋商业。其地下车库两层，局部一层，地库面积广、跨度大，其中地库顶板厚度 35cm，在混凝土施工过程中极易出现开裂的情况。

3 裂缝产生原因

结合现场施工具体情况，本文将超长地库顶板裂缝产生的常规原因归纳为以下四种：混凝土原材料不合格、设计不合理、施工不当及使用超限。

3.1 混凝土原材料

3.1.1 砂、石骨料

（1）含泥量、泥块含量超标

含泥量过大时会降低水化产物的产生，削弱混凝土内部界面结合能力，造成混凝土强度的降低，进而促进混凝土早期裂缝的产生、数目的增多。

（2）级配不合理

合理的砂、石级配对混凝土骨架坚固性起着支撑作用。骨料级配不合理易使骨料间空隙加大、单位面积水泥覆盖量减小，造成混凝土和易性不佳，出现泌水等，导致混凝土的早期收缩变大，产生裂缝。

3.1.2 外加剂

商品混凝土常用外加剂主要有减水剂、泵送剂等。减水剂在保证混凝土和易性的同时，能提高混凝土强度或减少水泥用量；泵送剂能有效减少混凝土拌合物的稠度损失，延长其工作性能时效。但随水泥、掺合料品种、厂家的变换，出现外加剂与胶凝材料适应性不良时，易出现混凝土和易性变差、凝结时间延长，加剧混凝土早期的化学收缩，导致结构物裂缝的产生。

3.2 设计因素

3.2.1 混凝土配合比设计

施工过程中，应结合现场具体情况，合理设计混凝土配合比。水胶比、砂率过大容易增大混凝土的干缩，过小则和易性不佳；对于高强度等级混凝土，胶凝材料总量的增加，特别是水泥占比过大，也易引起混凝土的自收缩，进而导致混凝土结构出现裂缝。

3.2.2 结构设计

（1）外部荷载作用产生的直接应力过大。比如结构受力假设与实际受力不符，内力与配筋计算出现失误，结构刚度不足、构造处理不到位等，都容易引起混凝土结构开裂[6]。

（2）外部荷载产生的结构次应力过大，引起混凝土结构开裂。如剪力墙或顶板开洞、凿槽等，在整体结构受力计算时难以模拟计算，只能根据经验设置受力钢筋，从而导致结构开裂。

（3）关键节点未设置加密钢筋，因设计原因出现的基础不均匀沉降等，都会导致结构开裂。

3.3 施工阶段

（1）模板支设

支模架搭设、模板安装不当等造成结构局部变形或下陷，引起顶板开裂。

（2）混凝土浇筑

混凝土和易性不好，现场加水，或一次浇筑高度过大，容易导致混凝土的离析或浆料分离；混凝土浇筑不连续，致使结构出现冷缝，造成结构整体受力不足，出现开裂；浇筑后收面不及时，混凝土表面水分散失，导致板面干燥收缩开裂。

（3）混凝土养护

养护不到位，如夏季施工混凝土浇筑后未及时洒水养护，冬季未覆盖棉毡等，都容易导致混凝土的干缩或冻裂。

（4）拆模过早、成品保护意识不足

混凝土强度不足时提前拆模、板面上人放线、吊放钢管、钢筋等主辅材，造成应力荷载集中，主体结构受到扰动；过早拆模，暴力拆模，致使结构缺角少棱等，都易导致结构开裂。

（5）其他施工因素

浇筑过程中出现雨雪强烈天气，大体积混凝土浇筑过程中水化热内外温差过大，结构主筋位移致使结构区拉裂，模板负弯矩配筋或搭接未按标准执行等，都会使混凝土结构出现裂缝。

3.4 使用过程

顶板使用荷载超限，如重型机械地库顶板作业；基础不均匀下沉等也会因应力集中拉裂混凝土。

4 预控措施

（1）建立成套质量监管体系

1）定期对商品混凝土搅拌站的原材料进行考察，避免为降低成本而以次充好，使用标准之外的原材料。

2）严控混凝土浇筑、养护、拆模等施工工序，避免施工不当造成的结构开裂。

（2）设置后浇带及膨胀加强带

将膨胀加强带与后浇带结合设置，达到龄期要求后，于后浇带中浇筑补偿收缩混凝土，以其膨胀应力弥补混凝土自身的收缩应力，减少混凝土开裂[7]。

（3）合理设置钢筋加密区

板面、梁、柱等竖向构件应力较大部位配置加强钢筋，如洞口加筋，梁板剪力较大区域设置附加筋，梁柱节点部位加密箍筋，地库外墙设置钢筋网片等，有效提高抵抗温度和收缩效应的能力，减少结构开裂[8]。

（4）制定极端因素防控方案

如突遇雨雪天气，浇筑过程中混凝土断料等，在突发因素影响下合理留置施工缝、做好成品保护，也对减少混凝土开裂有着重要作用。

（5）避免施工荷载超限

地库顶板封闭后注意使用超限，使用重型机械前须进行限荷计算，避免顶板回填，塔吊、施工电梯等设备拆卸时，对顶板进行过大荷载冲击，造成顶板裂缝的产生。

5 结语

混凝土裂缝控制贯穿前期设计、原材质量、施工控制、使用维护等施工全过程，本文从裂缝类型、成因分析，提出了建立成套质量管理体系、设置后浇带及膨胀加强带、合理设置钢筋加密区等措施，对结构抗裂进行了充分总结，希望对所有施工工程人员能有一定的帮助。