人防地下室混凝土产生收缩裂缝机理及预防措施

颜俊山

（上海民防建筑研究设计院有限公司 上海 200000）

随着经济建设的发展，人防地下室大量建设，但也出现了很多工程质量问题，特别是渗漏问题尤为突出，产生渗水的一个重要原因是结构裂缝。裂缝不仅对人防工程的密闭性要求产生不利影响，造成水或者毒剂渗漏，甚至可能发展为结构破坏。本文总结了现浇钢筋混凝土产生收缩裂缝的常见原因和预防措施，并结合工程实例验证了措施的有效性。

1 人防地下室收缩裂缝机理

导致混凝土结构构件产生裂缝：①主要受外荷载作用及不均匀沉降导致变形引起，人防地下室梁板截面通常较大，配筋率也较高，一般不会产生此类裂缝；②材料本身的收缩裂缝，它主要与混凝土本身的化学收缩和温度变化有关，人防地下室产生的裂缝大多是此类裂缝，本文着重分析此类裂缝产生机理。

1.1 温度变形产生的收缩裂缝

混凝土会随温度的变化而热胀冷缩，一般而言，在约束条件下热胀时产生压应力对混凝土影响不大，但冷缩产生拉应力，就可能导致结构出现收缩裂缝。在面积较大、形状不规则、长度超长的人防地下室中较为常见。

1.2 收缩徐变变形产生的收缩裂缝

作为一种多孔非匀质材料，水泥加水成水泥硬化体，产生化学收缩。干燥时毛细孔缝中水溢出，使混凝土干缩。水泥水化是个放热过程，内外温差较大，发生冷缩。上述三种收缩都被视为本身材性的收缩，一般总收缩值为0.04～0.06个百分点。

1.3 原材料及施工工艺产生的收缩裂缝

（1）干缩主要受组成材料的配合比影响，与水泥用量及单位用水量主要相关，其中用水量影响更大。

（2）干缩的另一个主要影响因素是骨料，水泥石收缩引起收缩应力，而骨料限制收缩。

（3）外加剂在混凝土中大量运用，从一些实验资料分析可以看出，掺加外加剂都导致混凝土收缩有不同程度增大。

（4）在长期的潮湿环境中，碱骨料反应也是产生裂缝的不可忽略原因。

如前所述，混凝土在这几种情况下均会产生收缩，混凝土的收缩若在一种理想的毫无约束的状态下，是不会产生裂缝的。但人防地下室是由梁、板、柱、墙等构件相互约束形成的空间结构，虽然不同的结构形成的约束条件有所区别，但任何一种约束都会对结构的变形产生限制，也就是混凝土本身要产生收缩，但是我们的人防地下室众多的约束结构构件不允许其产生收缩变形，这时就会产生收缩拉应力。混凝土抗拉能力较低，极限拉伸变形很小，一般为0.02%～0.03%，而我们上述分析的混凝土在自然条件的最大收缩约为0.04%～0.06%。这说明若混凝土在完全约束条件下，混凝土的自然收缩值会大于开裂的拉应变极限值。我们可以得出，混凝土收缩裂缝产生是跟其本身的收缩性质有关，但更主要的是跟约束条件（或约束刚度）有关，当混凝土受上述二者的总变形大于混凝土开裂的极限拉伸变形时，就会产生收缩裂缝。

2 预防人防地下室开裂的措施

为避免人防地下室出现开裂或减少裂缝出现概率，可以从以下几个方面进行预防：

2.1 采用冷轧带肋钢筋网片及合理配筋率

混凝土收缩时，与钢筋之间的握裹力也逐步增加，由于握裹力往往小于混凝土收缩的拉应力，使得混凝土收缩拉应力逐渐积累和增长，最后产生收缩裂缝。由此可见，改善钢筋与混凝土的握裹力可对控制混凝土收缩裂缝作出贡献。合理增加顶板、底板、外墙配筋率与采用合理的钢筋直径及类型，能加大接触面积，从而使得握裹力提升。冷轧带肋钢筋网片由于其纵横交织焊接，互相间的锚固作用大，与混凝土的握裹力比光圆钢筋大有提高，可显著降低混凝土开裂的情况。在设计时，注意应在人防墙板中设置双层双向通长钢筋网，由于人防规范要求的顶板、底板、外墙配筋率大于普通结构要求，因此严格按人防规范要求进行设计，对控制裂缝同样有利。

2.2 采用补偿收缩混凝土技术

在补偿收缩混凝土中加入膨胀水泥和膨胀剂，最终的变形值可在0.01%左右。目前，我国已经研制了多种膨胀水泥和膨胀剂，已广泛用于地下室防水混凝土，在结构设计中应予以选用。

2.3 合理设置后浇带

后浇带对减少由于温度变形和收缩徐变产生的收缩裂缝具有非常明显的效果，因此设计时，应尽量控制穿越后浇带钢筋的总量，后浇带的间距宜结合工程实际情况，控制在40～60m之间，并设置在内力较小位置，间距过大会严重影响后浇带释放混凝土收缩应力的效果；应将后浇带的保留足够的时间，在40-60d后再予以封闭。一般后浇带可做成企口式，宽度800mm，并在迎水面应加设止水钢板。

2.4 其他注意事项

地下室顶板、侧墙不要裸露在外面，应参照当地气象情况，一般宜有800mm以上的覆土保护层，充分利用大地的恒温效果，以免温差过大而造成开裂，同时回填土采用透水性较小的黏土回填。要求施工单位严格控制钢筋位置，对于较厚板应有专项措施控制温差，在浇筑完后，应立即采取合理的养护措施，混凝土终凝后，洒水养水应以保持混凝土处于湿润状态，保证混凝土在不失水的情况下得到充足的养护。

3 实际案例

南京浦口某人防地下室，地下部分一层，建筑面积约为30000m2（200m×150m），上部主体共有8栋18层剪力墙体系住宅楼，均匀分布在地下室范围内，与人防地下室连为一体，顶底板均为斜板，坡度约为1%，建筑层高3.8～5.8m。考虑到工程的面积较大，层高变化复杂，本工程设计时考虑了本文前叙的预防人防地下室开裂的措施，在主楼与地下室交界处采用了冷轧带肋钢筋网片，适当提高了该处的体积配筋率，顶底板采用了UEA混凝土膨胀剂，并在地下室合理的设置了后浇带，具体见图1，间距控制在50m以内。该工程于2015年6月进行了工程竣工验收，目前已投入使用数年时间，至今未发现任何收缩裂缝，确保了防水工程的质量，也证明了上述预防措施的有效性。

图1 南京浦口某小区车库平面及后浇带布置

4 结语

人防地下室因其自身的特点，裂缝的产生是比较普遍的，但是怎么解决混凝土收缩，控制收缩裂缝，目前国内在这方面的研究仍然不系统，不完善，对混凝土的收缩裂缝进行定量分析是十分困难的，不应仅局限于材料性能方面的研究，更重要的是在结构设计中结合工程案例进行综合分析。因此，对其进行定性分析，采用概念设计的手法不失为解决问题的一种有效的途径，通过合理的设计理念与施工方案，及时进行总结，有效提高工程质量。