某高层建筑地下室顶板开裂成因分析与裂缝处理

韦春杰 卢一韩 罗松俭

[摘要]本文针对某高层小区地下室顶板裂缝的成因进行了探讨，并提出了相应的预防处理措施，通过实际处理，效果良好，可为类似工程提供相应参考。

[关键词]地下顶板；裂缝；原因分析；裂缝处理

0前言

随着城市建设的发展和人民生活水平的提高，大型建筑如城市广场、高层小区，建设地下停车场越来越多，并朝着大面积、大荷载的方向发展。地下室顶板若设计或施工不当，极易产生裂缝，而大面积地下室，又属于超长、超宽的混凝土结构，顶板出现裂缝的情况尤为突出。因此，对于地下室顶板的裂缝分析及采取适当的措施对于保证工程的质量、防止事故的发生具有重大意义[1]。

1工程概况

某工程为地下2层地上26层的框剪结构商住楼，共6栋，总建筑面积98706㎡，工程基础形式为预应力管桩筏板基础，地下室顶板厚度为250mm，混凝土强度等级为C35，抗渗等级为P6。整个地下室大致呈长方形，长约210米，宽约80米，在长方向设置两道后浇带将整个地下室分为三部分。地下室平面布置如下图1所示。

图1地下室平面布置图

该底板于2014年9月完成，后于2014年12月发现地下室顶板中部有不同程度的裂缝。裂缝方向垂直于板的受力方向，宽度为0.05～0.35mm，部分贯穿整个顶板。部分裂缝情况如图2所示。

图2地下室顶板裂缝分布情况

2裂缝成因分析

2.1裂缝现状调查

对地下室顶板裂缝进行调查后发现，顶板裂缝产生的位置，绝大部分出现在公共地下室顶板和堆积有材料的顶板上；而主楼位置的地下室顶板，裂缝数量极少，其他用来作为办公室的顶板位置，裂缝数量也很少。查阅该工程施工记录得知：地下室顶板的施工按后浇带划分流水段施工，浇筑时间为2014年8月至10月，2014年12月开始发现顶板产生裂缝。随着时间推移，不断连续的产生裂缝，数量越来越多，部分列分已贯穿楼板，出现渗水现象。2015年1月趋于稳定，新生裂縫逐渐变少，直至2用底，顶板不再产生新的裂缝。

2.2裂缝特点分析

（1）裂缝主要集中在室外部分的地下室顶板。

（2）以裂缝数量最多的地下室顶板区域为例，该区域顶板被后浇带隔离后，其横向与竖向的长度比犹如一个很大的单向板，顶板裂缝的分布几乎都是与短方向平行。

（3）顶板裂缝绝大部分出现在顶板上，梁上出现裂缝较少。

（4）裂缝宽度约0.05mm～0.35mm，裂缝形式有表面裂缝，有深迸裂缝，有贯通裂缝；每逢雨天，贯通裂缝出现渗水现象；据统计，渗水裂缝约占裂缝总数的6%。

（5）同块结构板的贯通裂缝数均不超过2条。

（6）气温高的季节，裂缝明显，宽度较大；气温低的季节，裂缝不明显，宽度较小。

（7）大部分为非结构性裂缝。

2.3成因分析

2.3.1温度变化

随着不同的季节，大气温度发生变化，钢筋混凝土结构随着温度的变化而产生热胀冷缩变形，当这种变形受到约束时，必在混凝土内部产生内应力，混凝土热胀变形则产生压应力，混凝土冷缩变形则产生拉应力。由于混凝土的抗拉强度很低，当混凝土内的拉应力超过混凝土的抗拉强度时（或混凝土构件截面最薄弱的部位）便会产生开裂。此种裂缝发生在板上时，多发展为贯穿性裂缝。

根据该工程施工日志得知，地下室顶板混凝土浇筑的时间为8月至10月，工程所在地气候较为炎热，日晒时间长，日间室外平均温度较高，11月方开始降温；从施工睛雨表得知，顶板混凝土浇筑完成后，晴天多，阴雨天少。因此顶板受到了长时间的日晒。主楼、材料堆场、钢筋加工场及办公室等所处的地下室顶板由于有物体对其遮盖，并未受到阳光长时间暴晒，故这些位置的地下室顶板裂缝数量极少。由此得出：顶板面受到温度变化的影响是诱发裂缝产生的因素之一。

2.3.2混凝土的配合比不达标

该工程所使用的混凝土为商品混凝土，由于地下室顶板施工时段气候炎热，温度较高，搅拌站与工地距离较远，混凝土运输到位时间较长；再加上地下室顶板混凝土浇筑面积大，泵管来回摆动多，影响了混凝土浇筑效率，造成混凝土运输车到场卸料时间较长。因此，为了避免混凝土在运输过程中凝固、泵车堵管，混凝土供货商提高了混凝土水灰比并增加了一些掺台剂以延长混凝土凝固时间。混凝土水灰比提高、掺合剂增加，虽然对混凝土强度影响不大，但在其凝固后，加上高温天气，易出现温度裂缝。因此，混凝土水灰比、掺合剂的变化也是诱发裂缝产生的因素之一。

2.3.3养护不到位

根据该工程施工日志得知，地下室顶板混凝土在浇筑完成后，施工单位对顶板淋水养护后并使用了塑料薄膜进行覆盖，养护时间为7天。养护过程中，因为气温高、日晒长，常出现顶板面养护的水被晒干而未得到及时补淋的情况，顶板混凝土表面出现龟裂现象。因此，保养方法不当、保养时间不足也是裂缝产生的因素之一。

2.3.4顶板上下两面的温度差、湿度差

由于该工程地势较低，地下水数量大，根据该工程施工日志得知，9月至10月，建设单位为保证其他关键部位完工，停止了对地下水的抽排，造成整个地下室被地下水水浸泡长达2个月，水位长期保持在地下室顶板的梁底位置。由于水的浸泡，在此期间，地下室顶板的天棚面温度长时间保持在25℃左右且湿度高，而顶板的露天面被暴晒温度长时间保持在50℃左右且干燥，顶板两面的温差25℃左右，如此大的温差持续了2个月时间，温差造成了混凝土内应力的变化，这也是诱发裂缝产生的因素之一。

2.3.4混凝土收缩

混凝土凝固过程中，混凝土中多余的水分蒸发，体积缩小称为干缩。同时，水泥和水起水化作用逐渐硬化而形成水泥骨架不断紧密，体积缩小，称为凝固。干缩和凝固总称为收缩。收缩随时间增长而不断加大，初期收缩较快，尔后日趋缓慢。同时，收缩与养护环境有关，当混凝土成型后，这种水分总是由表及里逐步蒸发，内外干缩量不一样，因而混凝土表面收缩变形受混凝土内部约束，或其受到约束产生拉应力，尤其当混凝土强度较高的情况下，水泥用量过大，水泥细度较小，水泥和水的水化作用较充分，前期释放的水化热较高，加剧混凝土凝结过程的收缩变形。同时若养护不当，表面受风吹日晒表面水分蒸发过快，产生较大拉应力。混凝土的早期强度也较低，当拉应力大于此时混凝土的极限拉伸力时，会出现干缩裂缝。收缩裂缝较大的原因还包括：水灰比过大、水泥用量过大、水泥品种、粗骨料少、振捣不良、环境气温高、通风好、表面失水大、养护不良等。严重的收缩裂缝可以贯穿楼板，且这种裂缝大多数在混凝土终凝前已形成。

2.3.5设计缺陷

从设计方面看，应该通过计算顶板每一区格的收缩应力和温度应力，增配构造钢筋，并使其符合配筋的构造要求。根据现场了解，顶板配置了上下双层双向φ10@200钢筋网，其全截面配筋率虽满足配筋率的要求，但钢筋的间距过大，如能改配φ8@100钢筋网，则效果会很好。其次，顶板有开小洞处，因洞角处应力集中，也产生了斜向裂缝，可能是未配洞角构造钢筋所致。另外，最大间距是：长达210m的地下室顶板，设计上没设伸缩缝，不符合现行设计规范的规定，是产生裂缝的重要原因之一[2]。

2.3.6施工质量问题

从施工方面看，施工缝间距过大。顶板底部有局部蜂窝现象，说明混凝土捣筑欠密实。抽测了十四处顶板钢筋位置，结果为：板底钢筋的混凝土保护层厚度为16～20mm，偏大；板顶钢筋的混凝土保护层厚度为18～3Smm，更偏大；钢筋纵横间距为180～220mm，说明保护层厚度超过要求，减弱了顶板的抗拉和抗弯能力，板中钢筋分布也不均匀。上述问题是顶板裂缝的主要因素。而这些都是在施工过程中没有保证工程质量引起的。

2.3.7防火分区剪力墙留置的位置

地下室有多道作为防火分区用的剪力墙，这些抗侧刚度较大的剪力墙，会限制混凝土的收缩与温差引起的应力释放，引起顶板开裂。

根据综含因素分析得知，大量裂缝产生的原因并非为某个单一因素造成的，而是由多个因素共同作用造成的。

3裂缝处理

顶板是重要的结构部位，其结构安全和使用功能相当重要，裂缝的出现，使得混凝土顶板的承载能力、防水性以及耐久性受到了一定影响，为保证其结构的安全和使用功能，必须进行补偿施工。

首先要区别结构裂缝与非结构性裂缝，该工程都是非结构性裂缝，针对上述所提到的该工程裂缝的特点，处理有如下方法：[3]

（1）宽度在0.05mm～0.2mm的非通长、非贯通裂缝，清理裂缝后，直接用1：1或1：2水泥砂浆压平养护，封闭以恢复观感即可。

（2）宽度大于0.2mm的非通长、非贯通裂缝，可沿裂缝凿八字形凹槽，冲洗干净后用1：2水泥砂浆抹平，也可用环氧胶泥嵌补。

（3）宽度大于0.2mm的通长、贯通裂缝，可沿裂缝凿成V字形凹槽，冲洗干净后，将环氧树脂液高压灌入缝内封闭，并用粘扁钢或碳纤维布等措施对顶板进行加固。如图3所示。环氧树脂裂缝处理施工工艺：

①沿裂缝凿成V字形凹槽，用钢丝刷刷干净贯穿裂缝面的浮土或沉积物，使裂缝暴露出来。

②预埋灌浆嘴，在凿开处沿裂缝每隔30～50厘米预埋一个灌浆嘴头，用胶泥固定灌浆嘴后，在裂缝处的混凝土上下两面，再用胶泥封闭裂缝。

③灌浆前用空气压缩机试气，试气有两个作用：检查裂缝是否止好；吹开缝内的灰尘，形成更好的灌浆通道。

④待胶泥固化并有一定强度后，配制改性环氧树脂灌浆液，用手摇压力泵从预埋灌浆嘴管中灌入裂缝中，是裂缝中充满浆液，即可绑扎封闭灌浆管。

⑤待浆液固结后，敲掉灌浆液。

图3地下室顶板裂缝分布情况

4预防措施

通过该工程上述裂缝成因的综含分析，并结含其他工程地下室顶板的情况，我们可以知道，裂缝是在很多不良因素共同的作用下促使其产生的，作为施工单位的责任，应该对混凝土的配合比、养护、温差这几个诱发裂缝的因素进行重点控制、采取得当措施，减少施工环节诱发裂缝的因素。

（1）混凝土的配含比要准确，符合设计要求。混凝土相对于其强度而言，其自身的防裂性更加重要。因为混凝土强度再高，如果其出现了裂缝，那么其就降低了耐久性，如果出现结构性裂缝，那么还严重影响其安全性，这时候强度也没有了意义。混凝土的配合比与其裂缝的产生有着至关重要的联系，因此，混凝土在其强度达标的前提下，应优化其配比，并根据不同的作业环境、不同的结构部位进行调整，使配比达到混凝土的性能要求。在施工过程中，不得为了方便运输、方便施工而调整其配合比。

（2）要保证混凝土有足够的养护时间。混凝土的养护至关重要，混凝土配比再好，浇筑的再规范，如果养护不到位，混凝土就远远达不到其性能要求。地下室顶板混凝土的养护，应在顶板面蓄水养护或者使用附水性好的麻布袋覆盖养护，并时刻观察养护水分是否充足，不足时给予补充，养护时间最好不少于14天。

（3）要防止温差的影响。混凝土养护完成后，为了避免昼夜温差或其他温差，顶板面不宜长时间的暴晒，应尽快对其进行保护层的施工或覆土。如果顶板面由于其他原因不能及早的进行保护或覆土.应使用遮光性较好的材料对表面进行覆盖[4]。

5结论

地下室混凝土顶板裂缝的产生较为普遍，由上述的裂缝形成的各种潜在的因素分析得知，其发生的原因很多，因素是复杂多变的，裂缝控制不能仅仅考虑某一环节。要避免地下室混凝土顶板出现裂缝，必须从优化结构设计、原材料优选、混凝土配比优化、施工过程严格控制等多方面采取措施，进行综含控制，方能取得较好的成效。

参考文献：

[1]詹猛.大体积混凝土裂缝控制试验研究及温度应力有限元分析[D].西安：西安建筑科技大学，2009.

[2]姚激，雷劲松，袁伟斌等.箱形基础大体积混凝土裂缝控制计算与施工[J].昆明理工.大学学报，2001，26（5）：78-81

[3]高越美.混凝土裂縫解析与防治[J].青岛大学学报（工程技术版），2002，17（2）：44-46.

[4]李琳.浅谈某工程地下室底板大体积混凝土裂缝控制[J].中国高新技术企业，2009，（11）：174-175.