探析在设计中如何防范大地盘地下室裂缝

2022-11-21

本文的工程实例是以南京某小区高层住宅为例分析, 该建筑是6栋十八层抗震墙结构住宅, 加单层梁柱结构停车库组成的连体地下室, 覆土1.5m, 地下室长度为403.8米, 宽度为198.45m, 底板坐落在强风化岩上, 是一个超长超宽大底盘。住宅和车库层数不同、结构体系不同、荷载不同, 综合本人设计经验, 在此实际工程中, 采取设计的措施是处理好基础设计、处理应力集中部位构造及截面设计、设置后浇带、对并施工提出相应的要求。

1 大地盘式地下室产生裂缝的成因分析

现代化城市人口密度急剧膨胀导致了城市地面空间负荷过大。为了解决城市土地日趋紧张, 交通拥挤等一系列“城市病”, 城市建设向地下空间发展早已成为客观事实。仅限于主楼范围下的满堂红地下室和中小型地下室已经不能满足现代化城市要求。为节约建设费用, 为满足大空间使用的要求, 主楼下满堂红地下室常常与设置在主楼之间绿地之下单层地下室连体设计, 即形成大底盘式连体地下室。大地盘式地下室由于涉及到工期、工程费用、施工组织以及商品混凝土日益普及, 在工程未投入使用时即工程没有承受使用荷载时, 屡见地下室裂缝问题。一般引起结构产生裂缝的原因很复杂, 其主要种类常有:由于外力作用产生的荷载裂缝;因温度、膨胀、收缩、徐变等因素引起的变形与应力, 当砼所受拉应力大于砼材料的抗拉强度, 混凝土开裂。经综合分析和多年的经验, 地下室裂缝多见于混凝土结构的非荷载裂缝。混凝土产生的温差和收缩变形如果没有外部约束和内部约束的影响, 这些变形不会使底板、侧壁以及顶板产生拉应力, 也就不会使底板、侧壁以及顶板开裂。但实际上, 来自地基和基础、结构 (如顶底板、墙板、甚至截面大的地梁等) 以及侧壁四周的回填土的约束是不可避免的, 因此变形在这些约束下得不到自由发展, 从而产生拉应力, 混凝土就容易开裂。超大面积混凝土的收缩应变值往往会超过其轴心受拉峰值应变的3~5倍, 一般可达到 (300~600) ×10-6, 不利条件下可达到 (800~1000) ×10-6, 使其成为引起大面积混凝土开裂的主要原因之一, 也是混凝土产生裂缝的内因。所以, 要控制裂缝的产生, 就必须考虑变形和约束, 把拉应力减小, 使之小于极限拉应力。

2 在大地盘式地下室设计中防范裂缝几点体会

在设计前应充分细致地分析结构体系、结构荷载分布、结构构件设置等, 分析工程不同部位砼非荷载变形受到的内外约束程度, 搞清楚应力集中部位的分布情况, 采取合理设计、合理构造;综合“抗”、“放”的原则, 一方面通过提高砼结构的抗拉强度和极限拉伸来抵抗砼干缩和温度变形;另一方面设置混凝土结构自由变形条件, 来释放砼应变和应力, 达到控制裂缝的目的。在设计过程中除了重视承载力极限状态设计和正常使用极限状态设计外, 还要重视构造设计, 重视环境、施工的影响。

2.1 设置后浇带

为减少结构的内外约束, 导出混凝土收缩变形时产生的拉应力, 有计划地将收缩变形控制在设定的位置——在结构的中部, 砼收缩和温度变形产生纵向拉应力最大的地方设置施工缝、后浇带、应力释放带, 从而达到控制混凝土裂缝的目的。

在本工程中, 结合《混凝土结构设计规范》 (GB50010-2002) 第9.1.1条、第9.1.3.1条以及以往工程经验, 围绕住宅楼四周设置了沉降——温度后浇带, 单层车库中部设置了温度后浇带, 后浇带的间距控制在40m~30m左右, 带宽1000mm。要求在住宅楼封顶后沉降观察稳定后且满足60天后, 在同一时间浇筑, 不得分批浇筑。

曾经有项目住宅因为其底层设置了配电房, 故首层板面标高与单层车库顶板存在800mm高差, 观察顶板裂缝范围的分布, 发现在住宅塔楼之间的顶板基本不出现裂缝。分析其原因, 是顶板在塔楼边线处的约束得到了释放。本工程顶板最北端覆土1.5m南端覆土2.2m, 高差相差700mm, 地下室顶板顺覆土走势, 设置了不同标高的顶板 (即把某轴线左右两边地下室顶板标高错落500mm) , 在后浇带封闭后半年, 未见顶板裂缝的出现。温度后浇带内的主筋连接方法:地下室的顶板、底板与侧板主筋一般不断开, 我认为砼收缩和温度变形不太严重时可以这样。一旦砼因某种因素发生了微观裂缝砼产生应变及应力, 连着的且较密布的钢筋约束砼, 砼产生应变及应力不易释放或无法释放, 钢筋不断开的后浇带是一种错误的做法。

2.2 设计中结构措施

在本工程中, 首先使结构满足承载力极限状态设计和正常使用极限状态, 单层车库和住宅楼设置了不同疏密灌注桩一方面调节了不同荷载的住宅楼与单层车库之间的沉降变形。消除了因住宅、车库两者荷载不同带来的结构应力应变不均匀照成裂缝的隐患。在住宅楼抗震墙中沿外墙一周——住宅与车库结构构件的交接处的顶底板设置了加强梁;抗震墙平面外有顶底板梁时, 抗震墙此处设扶壁柱;住宅±0.000楼板与车库顶板有错层时抗震墙配筋适当提高。单层车库顶板设置了“2+1”井字梁, 大大地减小了顶板厚度与配筋, 也减少顶板因温度及收缩产生裂缝的因素, 顶板抗拉强度不会因其板厚与配筋的减小而变弱, 却由于井字梁的刚度而加强。

2.3 材料及施工技术要求

施工质量是大地盘式地下室结构裂缝控制的保证。因此, 设计阶段必须对材料、养护等提出施工要求。主要要求有以下五点: (1) 严格控制浇筑质量, 精心做好养护工作。浇筑时必须采用能尽量减少混凝土材料分散离析并振捣密实;浇筑后必须进行充分养护, 以免受到较大温差及干燥的影响, 防止暴晒、风吹等引起的水分损失。 (2) 采取“跳仓”施工顺序, 将底板顶侧墙划分小块;地下室底板及顶板在混凝土终凝前进行二次抹压, 将干缩引起的混凝土表面微细裂缝封闭。 (3) 控制混凝土的入模温度不超过28℃, 里面及表面温差不超过25℃, 降温速率不超过2℃/d, 边模拆模时间大于4d。 (4) 搅拌站应优化混凝土配合比设计, 通过试验优选合适的外加剂和掺合料, 适当降低水灰比和减少水泥用量, 掺入粉煤灰用量不得超过水泥用量的12%, 尽量采用含泥量较小的中粗砂和石子 (含泥量低于1%) , 不得采用细砂或海砂, 否则容易出现收缩裂缝。 (5) 尽早回填土, 避免混凝土长时间暴露在空气中。一般应在越冬之前回填土, 有利于保温保湿, 防止裂缝的产生。处于同一位置顶底板、墙板后浇带应注明在同一时间内浇筑, 浇筑完后外墙要即时回填, 顶板覆土也须即时回填, 无覆土时, 应用草袋蛇皮布覆盖, 根据气温变化及时保温散热。大地盘式地下室有多道后浇带, 是否能同时浇筑要具体分析, 如果后浇带浇筑完成后不能即时回土覆土, 则不能浇筑任何一道后浇带。由于白天阳光的辐射和夜晚温差会产生热胀冷缩变形, 所以不能让混凝土结构长期裸露在室外环境中。

摘要：本文就地下室裂缝问题进行分析并提出对策措施, 以供工程设计参考交流。

关键词：地下室,结构设计,裂缝控制