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大型地下室混凝土裂縫原因和預(yù)防措施(2)
2.4　裂縫特征分析

　　調(diào)查發(fā)現(xiàn)地下室的裂縫主要集中于D軸線附近,并且地下室的裂縫具有以下特點(diǎn)：

　　(1)頂板裂縫大多數(shù)與跨度方向呈45℃左右的斜角,個(gè)別裂縫穿過兩塊以上的板。

　　(2)頂板呈斜的裂縫多數(shù)相互平行,且集中于D軸線附近板的一角。

　　(3)頂板的裂縫大多數(shù)集中于塔樓和地下室交界的D軸線兩側(cè)。

　　(4)墻面裂縫多數(shù)垂直地面且相互平行,寬度自下而上逐漸變窄。

　　(5)地下室部分裂縫相交呈八字形。

　　3　縫原因研究

　　3.1　混凝土裂縫的類型和產(chǎn)生原因

　　混凝土的裂縫按產(chǎn)生的時(shí)間可分為硬化前裂縫,硬化過程裂縫和完全硬化后裂縫。按引起裂縫產(chǎn)生的原因把混凝土裂縫分為二大類〔1〕〔2〕：

　　第一大類,由第一類外荷載引起的裂縫,包括按照常規(guī)計(jì)算的主要應(yīng)力引起的“荷載裂縫”,以及由結(jié)構(gòu)次應(yīng)力引起的“荷載次應(yīng)力裂縫”,二者通稱為結(jié)構(gòu)性裂縫,受力裂縫。

　　第二大類,由第二類荷載即變形變化引起的裂縫,包括溫度,濕度,收縮和膨脹,不均勻沉降等因素引起的裂縫,也稱非結(jié)構(gòu)性裂縫。

　　上述兩類裂縫的區(qū)別是：前者從外荷載的作用,結(jié)構(gòu)內(nèi)力的形成,直至裂縫的出現(xiàn)與擴(kuò)展,似乎都在同一時(shí)間瞬時(shí)發(fā)生并一次完成,是個(gè)“一次”過程。而變形荷載的作用,從環(huán)境的變化,變形的產(chǎn)生,到約束應(yīng)力的形成,裂縫的出現(xiàn)與擴(kuò)展等都不是在同一時(shí)間瞬時(shí)完成的,它有一個(gè)“時(shí)間過程”,稱之為“傳遞過程”,是一個(gè)多次產(chǎn)生和發(fā)展的過程。

　　3.2　裂縫原因分析

　　根據(jù)調(diào)查結(jié)果分析,以及對地下室裂縫的初步跟蹤調(diào)查,地下室有些裂縫有進(jìn)一步發(fā)展趨勢,且有新的裂縫產(chǎn)生,裂縫的產(chǎn)生表現(xiàn)為“時(shí)間過程”,呈現(xiàn)由變形變化引起的裂縫特點(diǎn),估計(jì)地下室裂縫由變形變化引起為主。根據(jù)地下室的裂縫特點(diǎn),分析其原因有以下幾方面：

　　(1)材料原因

　　根據(jù)攪拌站提供的原材料實(shí)際計(jì)量數(shù)據(jù)看,其用水量波動(dòng)較大,可能導(dǎo)致混凝土質(zhì)量波動(dòng)也較大。

　　(2)施工原因

　　根據(jù)在現(xiàn)場對施工過程的觀察,對現(xiàn)場混凝土的檢查和對施工人員的訪問,發(fā)現(xiàn)有幾個(gè)問題：一是混凝土的蜂窩麻面,二是混凝土的養(yǎng)護(hù),三是拆模時(shí)間。蜂窩麻面反映混凝土立模和振搗方面存在不足,而養(yǎng)護(hù)不好則對混凝土整體質(zhì)量影響特別顯著,直接影響混凝土的抗裂能力。在混凝土產(chǎn)生足夠強(qiáng)度以前,過早拆模以及在混凝土施工面上過早從事其它準(zhǔn)備工序,會(huì)破壞混凝土結(jié)構(gòu),降低承載力,導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。

　　另外,根據(jù)施工單位編制的《施工組織設(shè)計(jì)》,由于地下室二層與地下室一層D軸線落差處,地下室二層外墻與塔樓地下一層底板相連。而地下一層底板與地下二層外墻施工存在60天技術(shù)間歇時(shí)間,為使主樓節(jié)省60天工期,將地下二層外墻與地下一層底板結(jié)構(gòu)一起施工。這樣使原來的結(jié)構(gòu)剛度和結(jié)構(gòu)構(gòu)件的約束情況有所變化,在地基差異沉降變形和荷載影響下,就可能導(dǎo)致D軸墻和地下室樓板產(chǎn)生裂縫。

　　(3)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原因

　　D軸線位置為人和塔樓的交界處,塔樓部分為一層地下室,人防部分為兩 層地下室,故D軸線兩側(cè)所受荷載及兩側(cè)結(jié)構(gòu)的剛度或柔性有顯著差異,使其變形差異較大,由于超靜定結(jié)構(gòu)的強(qiáng)約束作用,從而導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。

　　(4)基礎(chǔ)沉降原因

　　塔樓和地下室的東西方向和南北方向的地質(zhì)情況均有差異,其中東西方向的荷載和結(jié)構(gòu)剛度基本相同,南北方向的荷載和結(jié)構(gòu)剛度差異較大。在不同的靜荷載和施工荷載作用下,因其沉降位移不同,以及D軸線附近相鄰沉降差異而導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生,D軸線附近的墻體垂直裂縫和八字形裂縫說明了這一點(diǎn)。

　　(5)環(huán)境原因

　　由跟蹤調(diào)查情況看,地下室個(gè)別裂縫寬度還有所發(fā)展,而且有新的裂縫產(chǎn)生,但原有裂縫也在閉合或者寬度變小,跟蹤調(diào)查時(shí)正值寒潮期間,因此,新的裂縫和裂縫的發(fā)展由溫度變化引起的可能性較大,但塔樓的荷載還在增大,地基的沉降尚不穩(wěn)定,故地基沉降仍然是其原因之一。

　　4　縫危害性分析

　　裂縫危害性主要按照有關(guān)規(guī)范允許的最大裂縫寬度來進(jìn)行分析。

　　4.1　裂縫控制標(biāo)準(zhǔn)

　　從國內(nèi)外試驗(yàn)資料分析,混凝土結(jié)構(gòu)物裂縫寬度一般應(yīng)該控制在表4所示的范圍內(nèi)。

　　表4　　　　混凝土結(jié)構(gòu)物裂縫寬度控制范圍

序號 結(jié)構(gòu)物使用環(huán)境 允許的裂縫寬度(mm)
1 無侵蝕介質(zhì),無抗?jié)B要求 0.3
2 輕微侵蝕,無抗?jié)B要求 0.2
3 嚴(yán)重侵蝕,有抗?jié)B要求 0.1

　　我國規(guī)范規(guī)定鋼筋混凝土構(gòu)件的最大裂縫寬度見表5,美國的規(guī)定見表6所示。

　　表5　　　　鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件最大裂縫寬度允許值

序號 結(jié)構(gòu)物使用環(huán)境 最大裂縫寬度
允許值(mm)
1 屋架,托架的受拉構(gòu)件
煙囪,用以貯存松散體的筒倉
處于液體壓力下而無專門保護(hù)措施的構(gòu)件 0.2
2 處于正常條件下的構(gòu)件 0.3

　　表6　　　美國混凝土學(xué)會(huì)224委員會(huì)對裂縫寬度的限值

序號 結(jié)構(gòu)物使用環(huán)境 最大裂縫寬度允許值(mm)
1 干燥環(huán)境,有保護(hù)層 0.4
2 潮濕空氣,土壤中 0.3
3 凍結(jié)環(huán)境(加防凍劑) 0.18
4 海水環(huán)境 0.15
5 貯水構(gòu)筑物 0.1

　　根據(jù)上述我國有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及美國有關(guān)標(biāo)準(zhǔn),將上述分類的混凝土裂縫定性為：

　　(1)寬度小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值者屬于無害,可修復(fù)的裂縫；

　　(2)寬度超過規(guī)定值者,一般需要由設(shè)計(jì),施工,監(jiān)理,業(yè)主等有關(guān)方面共同商定處理方案。

　　(3)活裂縫需要進(jìn)一步觀察,待其基本穩(wěn)定后,才能確定處理方案。

　　根據(jù)本工程實(shí)際所處環(huán)境和用途,裂縫寬度的允許值取0.3mm為宜。

　　4.2　裂縫危害性分析

　　從地下室混凝土裂縫調(diào)查結(jié)果可見,地下室負(fù)一層共抽查裂縫99條(見表1),其中頂板80條,墻面19條。超過上述規(guī)定值的裂縫有5條,占地下室負(fù)一層總裂縫數(shù)的5.05％,其中頂板2條,墻面3條。其余裂縫寬度均在允許范圍之內(nèi)。頂板的裂縫較多,占81％,墻面裂縫只占19％。

　　地下室負(fù)二層共抽查裂縫45條(見表2)。其中頂板33條,墻面12條。裂縫寬度超過規(guī)定值者l條(頂板部位),占2.2％。與負(fù)一層一樣,頂板的裂縫數(shù)較多,占73％,墻面裂縫次之,占27％。根據(jù)裂縫調(diào)查結(jié)果,建筑物重要性,使用功能和裂縫控制標(biāo)準(zhǔn)看,地下室裂縫目前對結(jié)構(gòu)的安全性影響還不大,但由于少量裂縫有輕微的進(jìn)一步發(fā)展趨勢,而且裂縫數(shù)量多,因此現(xiàn)有的裂縫會(huì)影響結(jié)構(gòu)的使用功能和外觀,應(yīng)該按照規(guī)范或設(shè)計(jì)要求對裂縫進(jìn)行相應(yīng)的處理。

　　5 　預(yù)防裂縫的措施和建議

　　(1)攪拌站應(yīng)該加強(qiáng)原材料質(zhì)量檢測和控制,特別是砂石含水量和含泥量的檢測和控制,以確保混凝土本身的質(zhì)量穩(wěn)定；進(jìn)一步優(yōu)化混凝土配比,提高混凝土抗裂能力；對一些必要的試驗(yàn)檢測工作應(yīng)予加強(qiáng),如混凝土收縮試驗(yàn)等。

　　(2)施工單位應(yīng)該重視施工質(zhì)量和加強(qiáng)質(zhì)量管理,特別是要重視混凝土振搗,養(yǎng)護(hù)工作,保證模板的牢固,鋼筋保護(hù)層的準(zhǔn)確等；作好日常的施工記錄,包括養(yǎng)護(hù)記錄,施工異常情況處理記錄,施工日志,質(zhì)量檢查日志。嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行施工,特別是要保證鋼筋位置和數(shù)量,否則會(huì)造成嚴(yán)重后果。

　　(3)設(shè)計(jì)單位在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)該主動(dòng)征求其他單位和技術(shù)人員的意見,特別是征求施工單位,科研單位的意見；征求材料研究人員,質(zhì)檢人員的意見,以保證所設(shè)計(jì)的工程既安全,又便于施工。設(shè)計(jì)單位應(yīng)該對地下室重要構(gòu)件的承載力進(jìn)行驗(yàn)算,以便及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)不足之處；對地基沉降情況進(jìn)行驗(yàn)算,以便采取對策

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