地下室结构梁裂缝检测及加固处理

林昭平

（福建省建筑科学研究院有限责任公司，福建 福州 350108）

0 引言

随着我国建筑行业的迅猛发展，结构裂缝问题日益突出。引发建筑结构产生裂缝的原因有多种，如温度、混凝土养护不到位、结构荷载增加等［1−2］。对于结构开裂宽度超过规定限值的构件，须分析裂缝产生的原因，及时采取相应的加固处理措施［3］。本研究结合某地下室混凝土结构梁开裂工程，对其结构检测的程序及内容进行探讨，并根据检测结果提出裂缝加固处理措施，为此类工程检测与加固提供参考。

1 工程概况

某在建工程于2017年开工，结构形式为地上30层、地下1层的现浇钢筋混凝土框架—剪力墙结构，该工程主楼区域内采用桩筏基础，纯地下室及裙楼区域内采用柱下钢筋混凝土独立基础。目前上部主体结构已封顶，地下室顶板尚未覆土，且未采取降水防护措施。2020年5月，受当地特大暴雨影响，局部地下室上浮，导致部分地下室结构构件出现不同程度的损伤。地下室结构平面布置如图1。

2 结构检测

建设单位为了解地下室问题构件的工作状态，为后续进行相应的修复补强提供依据，委托第三方检测机构对地下室指定区域进行结构检测。

2.1 构件裂损及外观质量检查

首先，绘制构件主要裂缝分布示意图，包括裂缝分布位置、长度、数量等。对于宽度较大的裂缝，可用肉眼直接检查；对于较细小的裂缝，可通过浸润构件表面，待擦干后根据水印来观察裂缝。同时，应区分抹灰装修层裂缝和混凝土结构层裂缝。本工程案例现状大部分混凝土结构梁表面为腻子刮白，少部分为拆模后原浆面。对于拆模后原浆面可直接检测其混凝土结构面层开裂损伤状态；对于有腻子粉刷层的梁，首先判断哪些位置可能开裂，如该处腻子层有开裂、凸鼓、修补痕迹等，剔除该处腻子后检查混凝土结构面层开裂情况。

裂缝宽度是分析裂缝性质、影响程度的关键性指标，也是混凝土裂缝检测的必要项目。经现场检测，地下室指定区域内的混凝土结构梁存在不同程度的开裂现象，其中人防区有28根、非人防区18根。人防区混凝土结构梁开裂受损程度较为严重，最大裂缝宽度测读值为0.60 mm，超过《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）（2015年版）［4］中表3.4.5规定的最大宽度限值ωlim=0.20 mm（环境类别为Ⅱa类）。此外，部分混凝土结构梁梁底存在夹渣、箍筋露筋、锈蚀等外观质量缺陷。

所检地下室指定区域内混凝土结构梁裂缝的走向及分布较为一致，走向以竖向裂缝及斜向裂缝为主，位置分布多数集中在梁跨中位置处，主要为静止非贯通裂缝，混凝土结构梁裂缝走向分布示意如图2所示。

2.2 构件混凝土强度检测

根据现场检测条件，采用回弹法对地下室指定区域内的混凝土结构梁进行抗压强度检测。所检混凝土结构梁单构件现龄期的混凝土抗压强度推定值介于41.2～53.9 MPa，批构件现龄期的混凝土抗压强度推定值为41.2 MPa，达到设计C30的强度等级要求。检测结果见表1。

表1 混凝土强度检测批推定结果表

2.3 构件布置及截面尺寸检测

根据现场检测条件，尽量全数复核地下室指定区域内混凝土结构梁的结构布置情况，并采用钢卷尺对其截面尺寸进行实测。所检混凝土结构梁截面尺寸满足设计要求。

2.4 构件主筋根数与角筋公称直径检测

根据现场检测条件，抽取地下室指定区域内裂损较为严重的混凝土结构梁，扫描主筋根数，并采用局部破损法，凿除局部混凝土保护层使角筋外露，采用游标卡尺原位直接测量公称直径。所检混凝土结构梁构件主筋根数及角筋公称直径满足设计要求。

2.5 构件箍筋加密区长度及平均间距检测

根据现场检测条件，抽取地下室指定区域内裂损较为严重的混凝土结构梁，扫描箍筋分布情况，采用钢卷尺量测构件箍筋加密区长度，并计算箍筋平均间距。所检混凝土结构梁箍筋加密区长度及平均间距满足设计要求。

2.6 检测结论

所检地下室指定区域内多数梁构件存在不同程度的裂损状况，其中部分梁构件的裂缝宽度测读最大值超过规范规定的限值要求；所检受损构件的损伤状况已影响结构构件的安全性能。

3 裂缝处理及加固方案

裂缝主要分为结构裂缝和非结构裂缝。由于结构构件本身刚度及强度不足，当荷载增大时导致构件产生的裂缝属于结构裂缝；而非结构裂缝并非由于构件本身的强度不足所导致，而是在施工过程中，受到材料质量、施工及养护工艺、环境等因素影响而导致构件开裂。

本工程案例中，主要受当地特大暴雨影响导致局部地下室上浮，从而使结构产生开裂，并非构件本身强度及刚度不足，属于非结构裂缝。

混凝土结构梁的主要加固方法有增大截面加固法、外包型钢加固法、粘贴钢板加固法及粘贴碳纤维布加固法。增大截面法加固法、外包型钢加固法、粘贴钢板加固法主要针对构件强度不足采取的加固补强方案，但加固后构件尺寸将增大、结构自重增加、施工工期较长、加固费用较高。根据结构检测结果，本工程案例中地下室人防区内的混凝土结构梁存在裂缝数量较多、宽度较大、受损较为严重的现象，比选后采用粘贴碳纤维布加固法进行加固补强较为合理。

综上，裂缝处理及加固方案为：先进行裂缝处理修复，后粘贴碳纤维布补强。即先对结构梁裂缝进行清理、封缝且符合防水要求后，采用粘贴碳纤维布进一步封闭裂缝。

3.1 裂缝处理

根据《混凝土结构加固设计规范》（GB 50367—2013）［5］要求设计裂缝修补方案。裂缝具体数量及位置根据现场核查确定，针对不同宽度的裂缝应采取相应的修补方法。具体如下：若裂缝宽度<0.2 mm时，采用表面闭法进行修复；若0.2 mm<裂缝宽度≤1.5 mm时，则采用注射法修复；若裂缝宽度>1.5 mm时，采用压力注浆法修复。

3.1.1 表面封闭法。

①裂缝修补前要求根据现场核查裂缝详细情况并记录（例如裂缝所在部位、长度、是否稳定等情况）。

②清洁混凝土构件表面装饰层、污渍等，直至露出坚实的混凝土面层。

③用毛刷沿着裂缝方向反复涂刷环氧树脂浆料，直至涂层厚度达到规范要求。

3.1.2 注射法（低压慢注法）。

①裂缝表面处理。先初步清除混凝土构件裂缝表面的灰尘、浮浆、油垢等污物，而后采用毛刷蘸取环氧稀释剂，反复擦拭裂缝两侧50 mm范围内的混凝土表面，直至擦拭干净晾干备用，最后用扁铲或刨刀修饰不平整的部位。

②封缝处理。预留好注胶嘴安装位置后，沿裂缝刮抹一道封缝胶，刮抹宽度为30～40 mm且厚度不大于5 mm。封缝胶要刮严刮实，以避免产生小孔和气泡，影响后续注胶质量。

③安装注胶嘴。采用黏结力强的结构胶粘贴注胶嘴，每米安装4个。待封缝胶凝固后，沿着裂缝方向涂抹肥皂水并灌入无油气压以检查密闭效果，若发现漏气部位需要重新用封缝胶封闭。

④配制注胶材料。将注胶材料分为甲、乙两组，采用称量装置按配合比称取注胶材料，而后再使用搅拌器搅拌，搅拌约5 min至混合均匀即可倒入注胶罐内。胶液需要现配现用，避免凝胶。

⑤注胶。在排气嘴开始出胶时采用增压自动注浆器进行保压，且保压时间不低于2 h。长度较短的裂缝，可先从低标高处注胶嘴进行注胶；对于长度较长的裂缝，可选择单端注胶或分段注胶。注胶环境温度及构件温度不宜低于12℃。

⑥拆除注胶嘴。待胶液固化后便可拆除注胶嘴，使用扁铲或刨刀剔除注胶嘴，后用角磨机打磨注胶部位，力求构件表面平整、均匀、光洁、美观。

3.1.3 压力注浆法。

①裂缝表面处理。先清扫附着在混凝土构件表面的灰尘，而后采用高压空气吹干备用，构件表面若有油污用丙酮擦拭清除。

②安装注浆嘴、封缝。沿裂缝方向每10~30 cm钻孔安装一个注浆嘴，旋紧注浆嘴上旋钮。用封闭胶封严裂缝表面及注浆嘴四周。待封闭胶凝固后检查封闭效果，若发生泄漏，需要重新补刮封闭胶封闭密实。

③配置压浆液。根据项目所处地区的气温、裂缝的走向、宽度、深度及使用部位配置压浆液。

④压力注浆。注浆前构件表面保持干燥无水状态，注浆材料选用改性环氧基裂缝注浆料。注浆时采用专业的压力注浆器灌注，灌注压力保持在0.2 MPa。当整体灌浆顺畅且最末端出浆口出浆率稳定后，继续灌注半分钟后即可停止。

⑤拆除注浆嘴。压浆结束后关闭压浆嘴，次日待浆液凝固后拆除压浆嘴进行外观修整处理。

3.2 结构加固补强

对于只有单条裂缝的构件，在完成裂缝注胶封缝处理后，沿着裂缝走向粘贴一层200 mm宽的碳纤维布进行封闭裂缝，碳纤维布两端截断处粘贴100 mm碳纤维布压条，再于碳纤维布表面涂抹20 mm厚的1∶3水泥砂浆起防护作用，如图3所示。碳纤维布材料强度要求采用高强度Ⅰ级，材料规格为300 g/m2。

对于本工程案例地下室人防区内的混凝土结构梁，采用粘贴碳纤维布加固法进行结构补强。加固开始前，对待加固构件表面进行处理，打磨直至露出崭新的混凝土界面层。接着沿混凝土结构梁中心线方向，在净跨长度范围内的梁底满铺粘贴双层宽度为200 mm的碳纤维布；而后垂直于梁中心线方向，粘贴单层宽度为100 mm的碳纤维布U形箍，箍与箍间距为200 mm；最后于U形箍末端粘贴单层宽度为100 mm的碳纤维布压条，如图4及图5所示。粘贴碳纤维布要求铺设平整、无褶皱、无扭曲，用滚轮沿着碳纤维布方向多次滚压，排除空气使碳纤维布紧密贴合于构件上，让黏结剂充分浸润碳纤维布间隙。

碳纤维布胶一般采用改性环氧树脂A级胶，单层粘贴时用胶量不少于1.3 kg/m2。对于多层碳布的粘贴，碳纤维布层间搭接宽度应大于50 mm，截断点延伸长度应超过200 mm；碳纤维布间隔布置时，搭接位置不应在同一截面上。

待完成碳纤维布粘贴后在其表面涂抹20 mm厚的1∶3水泥砂浆防护。碳纤维布表面黏结剂胶结前，在其表面拍洒适量干燥粗砂，为后续面层抹灰增加附着力，保证抹灰层的质量。黏结剂固化期间谨防干扰，在常温下固化。

4 结语

综上所述，在实际工程中混凝土结构开裂是常见的工程问题。混凝土结构裂缝也是影响建筑安全性、适用性及耐久性的重要指标。为避免裂缝问题造成的安全事故，及时对结构裂缝进行检测，排查构件开裂原因，确定裂缝类型，针对实际工程情况采取相应的裂缝处理方法，并结合碳纤维布加固法进行结构补强，是裂缝加固处理工程的一般步骤。在碳纤维布环向束箍作用下，对构件抗压强度及变形能力的提升作用显著，具有较高的可行性和可靠性，值得在加固领域进一步推广。