地下室混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制設(shè)計(jì)分析

薛澤麗

（太原中晉建筑設(shè)計(jì)事務(wù)所有限公司，山西太原 030000）

0 引言

隨著我國城市化進(jìn)程的加速，城市建設(shè)水平不斷提升，城市中的人口壓力越來越大，為了提高對(duì)城市空間的利用率，城市中投入建設(shè)的高層建筑數(shù)量不斷增加，其地下室結(jié)構(gòu)的規(guī)模和復(fù)雜程度也隨之?dāng)U大。目前我國土木建筑工程中以混凝土結(jié)構(gòu)占據(jù)主導(dǎo)地位，在內(nèi)外因素的作用下混凝土結(jié)構(gòu)會(huì)不可避免地出現(xiàn)裂縫，一旦出現(xiàn)裂縫，就會(huì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的防水能力、承載能力和耐久能力等產(chǎn)生不同程度的影響，若未能及時(shí)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的裂縫進(jìn)行控制，可能使建筑物造成嚴(yán)重的損害，威脅用戶的生命安全。

1 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的基本概念

使地下室結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的原因主要有以下兩點(diǎn)：①地下室結(jié)構(gòu)在外部荷載的作用下產(chǎn)生裂縫，該原因造成的裂縫也叫作結(jié)構(gòu)性裂縫，其本質(zhì)是由于地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不合理，使得地下室結(jié)構(gòu)的承載力不足，可能會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的安全事故，需要引發(fā)設(shè)計(jì)單位和施工單位關(guān)注的重要問題；②地下室結(jié)構(gòu)在內(nèi)外因素的作用下發(fā)生形變從而造成混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，該原因造成的裂縫也叫非結(jié)構(gòu)性裂縫，內(nèi)外因素包括混凝土收縮、溫度變化、地基發(fā)生不均勻沉降等多種因素，混凝土結(jié)構(gòu)在發(fā)生形變的過程中內(nèi)部構(gòu)件會(huì)產(chǎn)生自應(yīng)力，一旦自應(yīng)力大于混凝土允許的拉應(yīng)力，就會(huì)造成混凝土結(jié)構(gòu)裂縫[1]。

2 裂縫形成的原因

在實(shí)際工程中，約有80%以上的裂縫是由于內(nèi)外因素的作用而引發(fā)的非結(jié)構(gòu)性裂縫，地下室混凝土結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的裂縫也多因此原因造成，下文對(duì)引發(fā)非結(jié)構(gòu)性裂縫的具體原因展開分析。

2.1 收縮及水化熱

通常情況下混凝土材料都是由水、石子、砂石和水泥構(gòu)成，在必要時(shí)還會(huì)加入一定比例的礦物摻合料和化學(xué)外加劑，依照實(shí)驗(yàn)室出具的材料配合比掌握各種材料的用料，經(jīng)過均勻拌和后形成的密實(shí)度高、硬度高的建筑石材。水泥在水化熱的過程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，不同的水泥品種產(chǎn)生的水化熱效果不同，在地下室的施工中，由于使用的混凝土體量較大，在選擇水泥品種時(shí)會(huì)優(yōu)選地水化熱的水泥種類，如火山灰硅酸鹽水泥[2]。在水泥已經(jīng)發(fā)生水化熱的情況下，若未能科學(xué)合理地選擇其余材料，造成水泥用量過大、水灰比不合理、粗骨料量少、加水量過多、未充分振搗、周圍環(huán)境溫度過高、混凝土表面迅速失水等情況都會(huì)導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)收縮現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致開裂。

在選擇材料時(shí)，還應(yīng)關(guān)注各項(xiàng)材料的質(zhì)量，如骨料級(jí)配和砂石的含泥量等，砂石含泥量過大不僅會(huì)影響混凝土漿液與集料的黏結(jié)程度，增大混凝土的需水量，對(duì)混凝土的強(qiáng)度造成影響，還會(huì)使混凝土的流動(dòng)性降低，進(jìn)而引發(fā)混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塑性收縮裂縫，而且該種因素引發(fā)的裂縫還有很大概率會(huì)發(fā)展成慣性有害裂縫。

2.2 地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和可行性會(huì)對(duì)其質(zhì)量產(chǎn)生直接的影響，因地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理引發(fā)的結(jié)構(gòu)變化主要有以下幾點(diǎn)表現(xiàn)：

（1）混凝土結(jié)構(gòu)收縮明顯，是由于設(shè)計(jì)中采用的混凝土等級(jí)過高，導(dǎo)致用灰量增大。

（2）未能在設(shè)計(jì)中體現(xiàn)膨脹加強(qiáng)帶和后澆帶，未能有效預(yù)防鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在澆筑后發(fā)生的不均勻沉降或收縮而產(chǎn)生的有害裂縫。

（3）構(gòu)造鋼筋的數(shù)量和規(guī)格設(shè)計(jì)不合理，使混凝土漿液和鋼筋未能形成良好的黏結(jié)作用。

（4）設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面突變的應(yīng)力集中（附加荷載突然增大）所產(chǎn)生的裂縫。

2.3 施工工藝及現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)

地下室鋼筋混凝土底板會(huì)直接在地基土上澆筑，當(dāng)完成混凝土的澆筑施工后，若混凝土結(jié)構(gòu)因溫度變化發(fā)生形變，地基土?xí)?duì)其形變進(jìn)行約束，從而產(chǎn)生外部約束應(yīng)力。如混凝土結(jié)構(gòu)溫度升高，地基土也會(huì)對(duì)其膨脹變形進(jìn)行約束，使混凝土結(jié)構(gòu)的中心產(chǎn)生壓應(yīng)力，使得混凝土的徐變和應(yīng)力松弛度增加，進(jìn)而降低地基和混凝土底板連接的牢固度，從而產(chǎn)生裂縫。在澆筑混凝土側(cè)壁時(shí)，由于混凝土具有一定溫度，側(cè)墻在底板的約束下產(chǎn)生壓應(yīng)力，混凝土隨著時(shí)間的推移溫度逐漸下降，逐漸產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過鋼筋的抗拉強(qiáng)度時(shí)，則混凝土結(jié)構(gòu)中就會(huì)出現(xiàn)裂縫[3]。因混凝土溫度變化而造成的結(jié)構(gòu)裂縫是施工中最常見的裂縫原因之一，施工單位應(yīng)著重加強(qiáng)對(duì)混凝土溫度的控制，盡量降低裂縫出現(xiàn)的概率。

3 裂縫控制材料措施

3.1 材料選用方面

通過對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的原因進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，混凝土材料的選用會(huì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量產(chǎn)生直接的影響，為最大化規(guī)避混凝土的干縮、徐變和抵抗水化熱應(yīng)力，應(yīng)科學(xué)設(shè)計(jì)混凝土漿液中各項(xiàng)材料的配合比。配合比的設(shè)計(jì)應(yīng)在滿足施工要求的前提下盡量降低水灰比，嚴(yán)格控制水泥的用量。同時(shí)，還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)添加骨料的質(zhì)量控制，通常情況下粗骨料的最大粒徑應(yīng)小于32mm，粗骨料中片狀、針狀顆粒的占比不應(yīng)超過總重量的15%，根據(jù)地下室結(jié)構(gòu)的建設(shè)要求，選擇的粗骨料最大粒徑應(yīng)在結(jié)構(gòu)截面最小尺寸的1/4 之內(nèi)，并且不能超過鋼筋最小凈距的3/4，細(xì)骨料應(yīng)優(yōu)選中、粗砂[4]。科學(xué)選擇混凝土材料中需要使用的水泥品種和等級(jí)，控制砂石原材料的含泥量，根據(jù)建設(shè)需求在必要的情況下合理添加外加劑，通過把控材料的質(zhì)量實(shí)現(xiàn)減少混凝土結(jié)構(gòu)開裂的目的。

3.2 設(shè)計(jì)方面

為解決混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中表現(xiàn)出的不合理之處，可通過以下幾點(diǎn)措施提高混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性。

（1）應(yīng)根據(jù)建設(shè)需求科學(xué)設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)，不應(yīng)盲目提高，還可在拌和混凝土漿液的過程中加入適量的微膨脹劑，避免混凝土在凝結(jié)過程中出現(xiàn)收縮現(xiàn)象。

（2）若地下室結(jié)構(gòu)總長度較大，應(yīng)在施工開始前預(yù)留施工縫和后澆帶，并將地下室的整體結(jié)構(gòu)劃分成多個(gè)小結(jié)構(gòu)，根據(jù)施工現(xiàn)場的條件科學(xué)選擇澆筑順序，施工完成后靜置一段時(shí)間等待各部分構(gòu)件自然收縮，結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定后再進(jìn)行施工縫混凝土的澆筑，將多個(gè)小結(jié)構(gòu)連成一個(gè)整體[5]。該方法能有效預(yù)防因混凝土收縮或發(fā)生不均勻沉降而導(dǎo)致的裂縫，提高地下室結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量。不同的工程建設(shè)要求各有不同，若部分工程要求無縫施工，則可適當(dāng)加設(shè)膨脹加強(qiáng)帶，以應(yīng)對(duì)混凝土的收縮開裂。

（3）科學(xué)設(shè)計(jì)鋼筋的數(shù)量和規(guī)格，在配筋率想用的情況下應(yīng)優(yōu)選細(xì)鋼筋；適當(dāng)?shù)挠每沽唁摻钐娲鷺?gòu)造鋼筋；大底板部位最好選用雙層雙向配筋；可在側(cè)壁天體內(nèi)部增加水平暗梁，以對(duì)抗混凝土在收縮過程中產(chǎn)生的拉力；若混凝土梁的截面較高、跨度較大，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理調(diào)整鋼筋的數(shù)量和間距。

（4）重視混凝土結(jié)構(gòu)外界環(huán)境對(duì)其產(chǎn)生的影響，若周圍環(huán)境中存在有害介質(zhì)、過于干燥、濕度較大時(shí)，可在構(gòu)建表面抹灰，提高混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)外界環(huán)境影響的抵抗能力[6]。

4 施工工藝及現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)措施

（1）施工單位應(yīng)提高自身的管理水平，加強(qiáng)對(duì)混凝土材料的控制力度，確保施工工藝和技術(shù)符合相關(guān)規(guī)定及建設(shè)要求。

（2）應(yīng)分層澆筑體積較大的地下室混凝土結(jié)構(gòu)，并密切關(guān)注混凝土漿液的溫度，盡量選擇室外溫度較低的時(shí)間段澆筑混凝土，以使混凝土的溫度能均勻上漲，澆筑過程中應(yīng)盡量將混凝土的溫度控制在28℃以內(nèi)[7]。夏季施工時(shí)若混凝土入模溫度過高，應(yīng)在骨料添加之前做好防曬處理，或者用冷水?dāng)嚢?，以?shí)現(xiàn)對(duì)混凝土溫度的控制。

（3）確?；炷翝{液的振搗質(zhì)量，結(jié)合不同的坍落度科學(xué)控制振搗時(shí)間，避免漏振或過振，確保振搗完成的混凝土密實(shí)度合格。

（4）應(yīng)在混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后才能進(jìn)行拆模。

（5）提高混凝土的養(yǎng)護(hù)水平，在混凝土初凝階段應(yīng)做好表面的保濕和保溫工作，避免混凝土表面因失水或熱擴(kuò)散出現(xiàn)裂縫。地下室的施工盡量選擇春秋兩季，盡量減少外界溫度對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的影響。

5 結(jié)論

綜上所述，引發(fā)地下室混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的原因種類較多，混凝土構(gòu)件出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象也較為常見，很多輕微細(xì)小的裂縫對(duì)地下室結(jié)構(gòu)功能性的實(shí)現(xiàn)、使用壽命和承載力并不會(huì)產(chǎn)生明顯的影響。但若輕微細(xì)小裂縫發(fā)展成為危險(xiǎn)裂縫，不僅會(huì)影響建筑的美觀程度，還會(huì)為建筑的安全性埋下隱患。因此，施工單位應(yīng)深入了解引發(fā)裂縫的原因，采取有效的控制措施，才能切實(shí)提高建筑的整體質(zhì)量。