浅析地下室结构裂缝成因分析与加固措施论文_陈平

双流区建设工程质量监督站 四川 成都 610200

【摘 要】本文结合工程实例,介绍了高层建筑地下室结构裂缝分布情况,分析了裂缝产生的原因,并对裂缝加固处理措施进行了详细探讨。

【关键词】地下室;结构裂缝;沉降;后浇带;加固处理

1工程概况

某高层建筑工程,地下室2层,地上部分为三幢主楼,中间一幢为15层,旁边两幢为12层。地下室底板为筏板,板厚800mm。主楼地梁断面以600mm×1700mm为主;广场地梁为暗梁,断面尺寸为400mm×800mm。地下2层、1层外墙板厚度分别为500mm、350mm。地下室1层楼板与顶板厚度均为200mm。基础底板采用C35、P8混凝土掺10%UEA-H外加剂,地下室其它结构采用C40、P8混凝土掺12%UEA-H外加剂,混凝土坍落度均为120±20mm。

地下室平面形状基本呈狭长的矩形,东西向长度约为183.8m,南北向宽度约为49.8m,地下室面积为19316.55m2,柱网间距为8.4m。整个地下室设置三条后浇带,将结构分成A、B、C、D四块,地下2层平面见图1。

2 地下室施工与裂缝分布情况

2.1 混凝土施工质量

采用预拌混凝土,运到现场的混凝土坍落度稍大于12cm。在施工过程中有擅自往混凝土中加水的现象,混凝土总体质量较好,浇捣密实,内实外光,尺寸正确。现场实体检测与混凝土试块强度均达到设计要求。

2.2 沉降与裂缝现象

地下室底板与地下2层墙板在2010年3月完成,地下室四个区块分别在4月底5月初结顶。地下室后浇带均在相应结构施工60d后封堵。6月底7月初底板后浇带封堵时主楼施工到4层。从2010年7月份开始有较明显的沉降,地下2层南侧外墙板开始出现裂缝,数量逐渐增加,随后地下2层北侧外墙板也开始出现裂缝。到2010年9月外墙板裂缝数量明显增多。2017年1月地下室顶板开始出现裂缝且数量较多,地下室底板后浇带与个别柱脚边出现裂缝。到2011年2月3日封顶时测得最大沉降量为9mm,最小沉降量10mm,至2011年3月上旬沉降稳定,没有新裂缝出现。

2.3地下室结构裂缝分布

2.3.1外墙板裂缝

1)南侧外墙板:地下2层外墙板裂缝明显多于北侧。地下2层南侧外墙板除两端有1、2条呈45°角分布的裂缝外,其余均为竖向分布,基本上每隔1~1.5m有一条,且有相当一部分为贯穿裂缝。大部分竖向裂缝集中在墙体中部,有3、4条裂缝从底部一直贯穿到地下1层的楼板处(暗梁处也有贯穿裂缝)。地下1层南侧墙体裂缝数量大大减少,约有20多条,也呈竖向分布,分布在中间B、C区墙板上的裂缝相应较多。

2)北侧外墙板:北侧地下2层墙板裂缝总计有10多条,大部分为贯穿裂缝,主要集中在后浇带附近主楼横向剪力墙与外墙板连接处、电梯井楼梯间筒体与外墙板连接处。裂缝基本呈竖向布置,个别有呈60毅左右的短裂缝。地下1层外墙板无贯穿裂缝。

2.3.2地下室底板裂缝

底板在三条后浇带处均有裂缝,并有渗水现象。

在后浇带附近的B/⑧、B/19的柱子根部出现开裂现象,裂缝沿柱根呈“口”字形,有渗水现象。B/18处柱子根部有极轻微的裂缝,极少量点状水迹。

2.3.3地下室顶板裂缝

顶板有贯穿裂缝,裂缝集中在C轴以南,其中B、C区裂缝数量较多。几条较长裂缝从A轴外墙处向内开裂,裂缝由粗变细,长度为2~3m,有渗水现象。所有裂缝基本与建筑物横向平行。地下室顶板JS防水施工前经试水无裂缝与渗水现象,裂缝在顶板JS复合防水涂料、40mm厚钢筋混凝土刚性防水层施工完毕后产生。

3地下室结构裂缝原因分析

3.1结构超长、后浇带封闭过早

三条后浇带将结构分成四块,纵向自西向东每块长度分别为51.5m、42.9m、44.9m、44.5m,横向长度为49.8m。按规范每块底板与墙板(很长一段时间裸露在室外)的长度宜控制在30m左右,因此每块结构长度也较长。后浇带混凝土在相应结构完成后60d浇捣,后浇带封闭后结构长度一下子达到了183.8m,60d后混凝土仍有50%左右的变形量没有释放,后浇带封闭其实是一个加载过程,封闭前混凝土收缩应力与结构抗裂能力达到平衡,封闭后平衡被破坏。因此结构超长、后浇带封闭过早是结构产生裂缝的一个重要原因。

3.2预拌混凝土质量

本工程采用预拌混凝土,坍落度较大为12cm,且施工过程中运到现场的混凝土坍落度稍大于设计要求的坍落度,在施工过程中有往混凝土中加水的现象。混凝土用水量总体较大,实际施工坍落度较大,造成握裹力减弱,影响抗裂能力。大坍落度、流动性混凝土施工,在混凝土成形时易离析,碳化也较大,混凝土相对薄弱。因此混凝土本身的质量也是裂缝产生的一个主要原因。其它如混凝土配合比设计、原材料控制等均比较理想,不是本工程裂缝出现的主要原因。

3.3不同结构部位的不同原因分析

地下室南北外墙板、顶板、底板的结构部位不同,其产生裂缝的其它原因也有所不同,在此分别进行论述。

3.3.1地下室外墙板

温度变化混凝土收缩,使超长的墙板产生竖向裂缝,裂缝间距比较均匀。墙板两端由于受到纵横两个方向收缩应力以及端部约束较大,使墙板两端产生了接近45°角的斜裂缝。由于地下2层外墙受到底板的约束极大,而地下1层外墙受到的约束相对较小,因此地下2层的裂缝远远多于地下1层。

B、C区南部为广场,南侧地下室外墙板上部除顶板外无其它结构,因此南侧外墙板上部(上部暗梁设计也较北侧弱)抗裂能力较弱。地下1、2层中无任何混凝土墙体与南侧外墙板相连且外墙本身只设置了暗柱,墙体整体刚度相对减弱,因此南侧外墙板更容易产生竖向收缩裂缝。如果将南侧外墙板的暗柱断面加大,加强柱子的刚度,增加墙体上部暗梁的高度与配筋,从而提高外墙整体刚度,可以有效减少墙体的裂缝。北侧外墙板由于有上部结构(上部为主楼),提高了墙体上部的刚度。外墙设置了截面较大的连墙柱,中间有电梯井、楼梯井等混凝土筒体以及大量剪力墙与之相连,两边有两个地下车道与外墙相连。

北侧外墙板虽然受到的约束较大,但是其整体刚度得到提高,抗裂能力得到加强,而且北侧墙体的昼夜温差相对比南侧小,因此北侧外墙的裂缝数量明显少于南侧外墙。北侧外墙的裂缝多出现在约束特别大、应力集中的地方,如后浇带处的剪力墙、电梯井简体处,而一般柱、剪力墙边没有明显裂缝。如果将简体边的外墙板增设水平构造钢筋,可以分散应力,有效控制裂缝。

3.3.2地下室底板

后浇带封堵过早,此时主楼尚未结顶,大部分荷载没有加上去,建筑物沉降不稳定。沉降也是本工程裂缝产生一个原因,但不是主因。由于三幢主楼荷载较大,广场部分荷载较小。主楼底板基础梁大部分尺寸为600mm×1700mm,板厚800mm,有承台;而广场基础底板厚度为800mm,地梁尺寸为400mm×800mm,无承台(一柱一桩),广场地下室底板柔性较大,因此主楼底板刚度远大于广场底板。

东西主楼地下室设计为往外突出一跨(除与广场相连处),由于底板刚性较大,底板基底压力较均匀。底板后浇带封堵时主楼没有结顶,仍有大量荷载传递下来。在相同地基承载力取值,基础底面积相同情况下,柔性大的广场底板对变形的适应能力较弱,基础和上部结构产生裂缝的可能性增大。后浇带封堵后,一方面,上部荷载传递下来,基础底板、承台、桩承受荷载,由于共同作用协调变形,主楼一部分荷载传递到广场边缘的底板上,后浇带处底板的荷载过大;另一方面,后浇带封闭后结构长度达到了183.8m,且仍有50%左右的变形量没有释放,在后浇带新老混凝土交接薄弱处产生较大应力。由于以上两方面原因,底板在新老混凝土交接处产生沿后浇带的裂缝,且在第一个柱边产生了破坏裂缝,有渗水现象。2011年2月沉降开始稳定,此时地下室结顶已经10个月,裂缝数量稳定下来,原有裂缝也不再发展。

3.3.3地下室顶板

由于热胀冷缩与混凝土自身收缩,结构要收缩。顶板受到主楼结构(存在大量混凝土墙柱与简体)的约束远远大于其它地下室墙柱对其的约束。地下室顶板在主楼附近(即后浇带附近)应力集中,产生裂缝。整个地下室顶板B、C区南部应力较集中,容易在该部位产生裂缝,在主楼转角处产生45°斜向裂缝。

4 地下室结构裂缝加固处理措施

2011年3月主楼结构封顶并且沉降稳定,地下室底板施工完毕近12个月,地下室浇筑完毕已有10个月,此时地下室结构的收缩较小。

经过分析后决定在2011年3月开始对裂缝进行加固处理。

4.1裂缝处理原则

1)混凝土结构的强度达到设计要求,结构变形处于稳定状态,裂缝无发展,才能治理有害裂缝。

2)裂缝处理与防水处理相结合,裂缝处理与结构的稳定性和耐久性处理相结合。

3)在治理裂缝过程中,不得破坏原结构。

4)裂缝治理应采用注浆和封缝相结合,注浆材料和封缝材料应满足防水耐久性的要求。

4.2裂缝治理方法

先开槽封缝,后钻孔注浆,采用封缝和注浆相结合的综合治理措施。

a灌浆材料:灌浆材料选用迪尼夫40超低黏度双组份环氧树酯浆液。迪尼夫40为AB双组份,A组份为环氧树酯,B组份为多元胺硬化剂,材料混合比例为Ma/mB=100/30(质量比),浆液颜色为琥珀透明色。其技术性能见表1。

该产品可用于干燥或潮湿的混凝土裂缝及超细裂缝的结构粘结,其优点为可在潮湿和潮湿环境中固化,并深入渗透裂缝之中,优异的黏合力可超过混凝土内聚力;产品无溶剂,不污染环境,且具有较长的操作时间。

b封缝材料:封缝材料选用R-1型防水材料,产品是由特种水泥、改性纤维、石英粉、增稠剂、分散剂、稳定剂、密实剂、抗收缩剂等组成,是速凝、抗渗、抗裂和耐久性好的防水材料。其具有以下特点:

(1)能带水堵漏和防水、凝固时间可调(3~15min均可);

(2)耐久性好、无溶出物、耐腐蚀性好、无腐蚀性、无毒无味,属环保材料;

(3)抗渗裂性好,粘结力强;

(4)施工方便、工期短、高效快捷。

4.3地下室结构裂缝加固处理施工

其施工工艺如下:表面清理→凿槽封缝→钻孔→清孔固定注浆嘴→压力灌浆→外露注浆嘴及表面材料处理。

4.3.1凿槽封缝

用钢丝刷清理表面,寻找并标记裂缝,沿裂缝走向,用切割机切割,人工开凿一条宽20mm、深30mm的燕尾楔形槽,开槽后,气泵产生的压缩空气吹净槽内及周边粉尘,R1型材料加水(灰:水=1:0.3)搅拌均匀,捏成料团,手掌感觉发热,迅速将料团塞入槽内,并用手掌压住几分钟,手掌感到发硬后,松开手掌,再用木板压平,15min后进行湿养护。

4.3.2钻孔

根据浆液粘度、裂缝宽度、裂缝估计深度等确定适宜的布孔间距。具体按以下确定:裂缝宽度0.2~0.5mm时,整缝间距1.0m;0.5~1.0mm宽时,裂缝间距约1.5m;钻孔深度根据裂缝开裂深度确定,一般为10~35cm。

4.3.3清孔与固定注浆嘴

用压缩空气吹干净钻孔内浮灰,通过压水判断钻孔是否与裂缝有效贯通。将直径为12mm的注浆嘴放入钻孔,深度约为1/2注浆嘴,用扳手绞紧使锚固橡胶止浆阀膨胀。

4.3.4压力灌浆

按比例配制浆液,每次配制1~2kg,用低速搅拌器配料,配制好的浆液需在60min内用完。检查高压灌浆泉和灌浆管性能和完好情况。

将连接器与注浆嘴接通,开动灌浆动力装置,一般灌浆压力控制在10~20MPa。灌浆顺序一般要求自下而上灌浆,从1号孔开始注,如2号孔溢浆,认为1号与2号之间已注满,即将注浆管移至2号孔进行压注,如此反复,直至完成整条缝的灌浆施工。此种顺序可保证裂缝灌浆的饱满度和补强的最终效果。浆液固化后(24h以上),用钢锯锯掉注浆嘴外露部分。用手提电动砂轮机打掉粘在混凝土表面的浆液,并在裂缝两侧各延伸50cm范围涂刷SM1500无痕迹渗透凝胶密封剂,二涂施上。

4.3.5灌浆效果检查

对已修补完成的裂缝,用钻孔机进行取芯检测,检测结果应该是混凝土表面光滑、密实,浆液全部灌满裂缝,对芯样进行混凝土强度抗压试验,达到原设计值要求。

5 结语

引起混凝土开裂的原因很多、很复杂,且会相互影响。对地下室裂缝应从设计构造、混凝土原材料质量、后浇带封堵时间、工程施工等方面采取综合防治措施,减少裂缝的发生。本工程地下室结构裂缝通过采取综合合理的加固处理措施,裂缝得到了有效控制,没有发生渗漏现象,说明地下室裂缝原因分析与处理是成功的。

参考文献

[1]混凝土结构设计规范.GB50010-2002.北京:中国建筑工业出版社,2002.

[2]赵清炎.住宅地下室长墙的防裂描施.施工技术.2004.

[3]郝刚.泵送混凝土剪力墙裂缝成因分析及治理方案[J].河南科学,2002,20.

论文作者:陈平

论文发表刊物:《低碳地产》2016年8月第15期

论文发表时间:2016/11/10

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