某工程地下室剪力墙裂缝的原因分析及处理

崔淑梅 赵志新

随着经济的发展,高层建筑发展迅速,高强混凝土在高层建筑的地下室中应用越来越普遍。由于高强混凝土水泥用量大,水泥强度等级高,再加上有些地下室剪力墙长度比较大,约束较大,因此在地下室外墙钢筋混凝土施工中裂缝较为多见。下面结合一个工程实例来谈谈高强混凝土地下室剪力墙裂缝的产生原因及控制措施。

1 工程概况

某酒店工程位于海边,距离海滩300 m左右。酒店为地上12层,地下3层,总建筑面积为23 500 m2。该建筑结构为框剪结构,筏板基础;位于海边旅游区内,防护林边上,施工场地狭小;为深基坑工程,深度为11 m;地下室的防水等级为Ⅱ级。

该建筑地下室剪力墙长度较长为60 m。使用的商品混凝土设计强度为C55,抗渗等级为S8,坍落度为140 mm～160 mm。

2 施工情况

地下室外墙施工严格按照施工规范要求进行浇筑,支模完成后以后浇带为界分三次浇筑完毕。施工日期为7月份,气温较高,最高温度为30℃,最低温度为18℃。因为靠近海边,湿度较大,没有采取特别措施进行养护。

3 拆模后裂缝情况

地下室外墙拆模后发现裂缝较多,裂缝位于两柱距之间的墙上,分布较均匀,间距为0.5 m～1.5 m,裂缝方向基本上垂直分布,高度约为2 m～3.5 m,部分为贯通裂缝,横向没有裂缝。

由于剪力墙拆模时,上部结构尚未建成,荷载不大,并且通过观测地基尚未变形,因此断定该裂缝属于非结构性裂缝,对结构的安全性影响不大。但是因为本工程靠近海边,地下水位很高,所以对防水造成很大的影响,严重影响地下室的使用。

4 混凝土早期裂缝的类型及其产生的原因[1]

4.1 温度裂缝

1)水化热产生的温度裂缝。大量的水化热聚集在混凝土内部而不易散发,导致内部温度急剧上升,而混凝土表面与外界环境接触,散热较快,这样就形成内外的较大温差。由于热胀冷缩的关系,较大的温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同,内部混凝土的膨胀受到外部混凝土的约束,从而使混凝土表面产生拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时,混凝土表面就会产生裂缝。2)外界温度骤变引起的温度裂缝。在混凝土的施工中当环境温差变化较大,或者是混凝土受到寒潮的侵袭时,会导致混凝土表面温度急剧下降,而产生降温收缩,表面收缩的混凝土受内部混凝土的约束,将产生很大的拉应力而产生裂缝,这种裂缝通常只在混凝土表面较浅的范围内产生。

4.2 干燥收缩裂缝

混凝土的干燥收缩裂缝是硬化前的新拌混凝土在凝结过程中因表面水分蒸发而引起的裂缝。混凝土受到外部条件的影响,表面失水会产生收缩,当收缩受到基础或者内部约束时将产生拉应力,该拉应力超过混凝土抗压强度时便会产生干燥收缩裂缝。常见于浇筑后混凝土构件的外露表面,在干热或大风天气出现。裂缝多为表面性,呈中间宽、两端细且长短不一的平行线状或网状形式,宽度多在0.05 mm～0.2 mm之间,互不连贯。大体积混凝土中平面部位多见,较薄的梁板中多沿其短向分布。

4.3 强约束引起裂缝

约束是对结构构件活动和变形的制约,约束分为内部约束和外部约束。当墙体混凝土收缩变形产生内应力,若外约束很强,产生的内应力不能造成约束变形时,则墙体混凝土出现开裂。尤其是早期混凝土容易开裂,因为混凝土早期抗拉强度较低。墙体的最大外约束应力一般都产生在外约束的边缘,即墙体与柱、筒体、基础、底板、梁等交接处。但实际裂缝并非在墙与约束体的交接处,而是离开0.3 m～0.5 m,其理由是裂缝由约束产生,反过来约束又能推迟裂缝的出现和限制裂缝的扩展,这就是人们常说的“模箍作用”。

4.4 建筑物的形体及结构构件断面对墙体裂缝的影响

框架柱断面大,墙板厚度小,柱墙连接断面变化大,不利于防止墙体裂缝,其原因除了柱墙混凝土水化热产生温差收缩变化和大柱子给墙板增加约束造成墙体裂缝以外,还因框架柱是高层建筑主要传力构件。基础以上的所有荷重全部由柱子、筒体传给基础、基岩,当地基出现沉降或基础压缩下沉时,墙体在基础边缘部位产生剪力,导致裂缝出现。

4.5 其他原因产生的裂缝

构件在制作、脱模、运输、堆放、吊装过程中,由于各种原因而产生纵向、横向、斜向、竖向、水平、表面或贯穿的各种裂缝。

5 本工程产生裂缝的原因分析

1)本工程地下室外墙采用C55 S8泵送商品混凝土,采用矿渣水泥,水灰比为 0.39,水泥用量为460 kg/m3,砂用量为607 kg/m3,石子用量为1 034 kg/m3,外加剂膨胀剂UEA-D为44 kg/m3。为追求可泵性,一般水灰比都偏大且骨料粒径偏小。骨料粒径偏小不利于制约混凝土的收缩。2)当时施工期间正值夏季,气温较高,容易使混凝土失水收缩。3)本工程墙体较长,约为60 m,而高度只有3.5 m,长宽比较大,配筋率较高,所以在水平方向上受的约束作用很大。混凝土的收缩使混凝土处于受压状态。由于约束的作用,反而使混凝土处于受拉状态,当对混凝土产生的拉应力大于混凝土的抗拉强度时,就出现裂缝。而水平方向上因墙体高度不大(相对于水平长度而言),混凝土的收缩变形较小,且上部无约束作用(上面的梁板还没有浇筑),仅为竖向配置的钢筋对其有约束,所以不会在水平方向上出现裂缝。

6 裂缝处理措施

由于本工程地下室墙体出现不规则细小裂缝,部分为贯穿性裂缝,存在漏水隐患,故采用某品牌聚合物改性水泥基防水灰浆涂刷2.00 mm厚。

6.1 基层处理

1)基层表面要求平整、坚实,无尖锐角、浮尘和明水,对于基层上的油污、脱模剂、油漆等妨碍渗透的物质,必须清理干净。2)基层的阴角部位应用聚氨酯密封胶进行25 mm×25 mm倒角处理。3)凡和基层相连接的管/构件必须牢固,接缝严密,不允许有松动现象。

6.2 施工工艺流程

1)基层清理→细部附加处理→第一遍涂膜→第二遍涂膜→…→面层涂膜→防水层第一次试水→保护饰面层施工→防水层第二次试水→工程质量验收。2)防水材料的操作工艺:首先对管根、阴阳角等易发生漏水的部位增加一层增强处理。细部节点处理完毕并且涂膜干燥后,进行第一道大面涂层的施工。涂刷时要均匀,不能有局部沉积,并要多次涂刷使涂料与基层之间不留气泡。在第一道涂层充分固化后,进行第二道涂层的施工,涂刷的方向与第一道垂直,干燥后再涂刷下一道涂层,直到达到设计厚度。涂膜收头时应采用防水涂料多遍涂刷,以保证良好的防水效果。3)防水层的验收:施工时应边涂刷边检查,发现缺陷及时修补,现场施工员、质检员必须跟班检查。检查合格后方可进行下一道工序的施工。

实践证明,此种方法的防水效果良好。

高强混凝土的应用越来越普遍,控制裂缝是一个关键问题。它受设计、施工、材料及环境等多方面因素的影响,只要我们从设计到施工每个环节都采取妥善措施,高强混凝土的裂缝问题就可以得到解决,从而保证混凝土的强度及耐久性。

[1] 陈肇元,崔京浩.钢筋混凝土裂缝机理与控制[J].工程力学,2006(23):86-107.

[2] Erika Holt.Early Age Autogenous Shrinkage of concrete[D].University of Washington,2001:2.

[3] 陈海英.混凝土裂缝的原因分析与防治措施[J].山西建筑,2008,34(2):157-158.