某工程基础承台地梁裂缝分析及处理方法

2022-09-12

天津市华北城一期工程共开发128栋三层商品楼, 分六个标段同时施工。此工程基础长分别为84米、66米, 30米三种, 均未设置变形缝。因地基承载力不能满足要求采PHC桩桩基基础, 基础承台、承台梁混凝土强度等级为C30。此工程从2008年8月13日开始陆续进行了23栋基础承台混凝土的浇筑, 混凝土浇筑两天后拆模, 并覆盖、浇水养护。2008年9月23日发现在84米、66米长的基础中, 在B轴连系梁中部或根部延箍筋均出现横向贯通裂缝, 个别裂缝将垫层拉裂, 而A、C轴未发现此情况。而30米长的基础虽有出现贯通裂缝, 但出现很少。

1 初步调查

首先图纸中B轴联系梁截面、配筋均比A、C轴的小。A、C轴梁截面尺寸350*400mm, 配筋为:梁顶、底均为4根12的三级钢, 箍筋为6@200 (4) ;B轴梁截面尺寸250*350mm) , 配筋为:梁顶为2根12的三级钢, 梁底为3根12的三级钢, 箍筋为为8@200 (2) 。

此后, 现场建设单位、监理单位、施工单位对后续栋号进行观察, 发现后续浇筑的各栋号基础依然只是B轴出现裂缝, 此裂缝在浇筑两天内开始出现, 两周内基本稳定。

2 裂缝原因分析

2.1 混凝土温度变形、收缩变形方面

2.1.1 温度变形

混凝土的温度变形主要是因为混凝土内、外存在温差引起的。当这种温差产生的拉应力大于混凝土的抗拉强度时就会使混凝土产生裂缝, 裂缝多平行于短边;深入和贯穿性的温度裂缝一般与短边方向平行或接近平行, 裂缝沿着长边分段出现, 中间较密。其次, 在地梁拆模后, 混凝土表面温度会急剧降低, 使混凝土产生拉应力, 以上两种拉应力共同作用, 会进一步促进裂缝的开展。

2.1.2 收缩变形

混凝土中的水分只有少部分用于混凝土的水化作用, 而大多水分会蒸发掉, 在水分蒸发同时会引起混凝土体积的收缩。混凝土在硬化过程中, 当混凝土形成强度或强度较小时表面水分蒸发速度快, 内部水分不能及时外移补充, 混凝土内、外收缩不同导致混凝土产生收缩应力, 当收缩应力大于混凝土的抗拉应力时就会产生裂缝。这种裂缝也称为塑性裂缝, 一般也为平行裂缝。

2.2 地基不均匀沉降方面及外部荷载方面

本工程采用桩基础, 桩承载力满足设计要求, 且各栋号裂缝仅仅出现在B轴个跨之间, 其他各轴并未发生, 因此判断次裂缝与地基的不均匀沉降无关。在裂缝出现时并为砌筑基础墙体, 所以也不是外部荷载引起。

2.3 设计方面

首先, 设计人员通过验算, 此梁在平时荷载作用下不受力, 设计的梁截面、配筋符合设计规范要求, 且现在在基础施工阶段, 不受外力, 可排除此梁设计承载力不足因素。虽然此梁虽在平时荷载作用下不受力, 截面、配筋满足承载力要求, 但设计截面均较小, 致使混凝土硬化过程中易于水分流失, 导致混凝土内部砂浆的收缩力大于水泥浆的胶结力而易于产生塑性收缩裂缝;此外, 梁箍筋仅采用构造配筋, 箍筋间距相对较大, 配筋率小, 不利于发挥箍筋的抗剪作用。其次, 因建设方的使用方便要求, 各栋号基础均未设置伸缩缝, 致使混凝土因各种因素产生的内部应力积聚增大, 而不能得到缓解, 使混凝土容易产生裂缝。

所以, 未设计伸缩缝, 使混凝土应力不能得到有效缓解, 和梁截面、配筋率小不能有效抵抗裂缝的开展, 是混凝土开裂的主要原因。

2.4 混凝土材料方面

此工程由三家商混单位供应混凝土, 因为是夏季施工, 气温在25℃~30℃之间, 气温较高, 且运输距离较远, 为满足运输要求水灰比和塌落度较大, 混凝土的塌落度控制在160mm~180mm之间。通过混凝土的材质单及混凝土7天、28天的试压强报告了解到混凝土质量合格;又根据现场情况, 只有在B轴出现裂缝, 其它混凝土梁未发现裂缝, 所以初步断定此裂缝成因与混凝土本身质量无重大关系, 只是水灰比和塌落度较大, 对混凝土的开裂有影响。

2.5 施工质量方面

对开裂连系梁观察, 混凝土密实, 开裂处箍筋保护层也满足设计要求, 拆模时间为48小时, 混凝土强度达到4Mpa, 符合拆模规范要求, 因此排除施工质量方面的原因。

2.6 混凝土养护方面

混凝土在拆模后, 采用表面用毛毡覆盖, 浇水养护。但现场观察, 只有地梁顶部覆盖良好, 侧面不能很好保护。此时正值夏季, 中午气温高时, 且此地开阔, 风速较大, 所以混凝土水份依然蒸发过快, 裂缝还会延原顶部已出现裂缝据续发展。

综上几点分析认为, 此地梁开裂是由多种因素导致的。首先, 开裂直接原因是温差引起的温度变形和水分蒸发引起的收缩变形造成的;其次, 基础未设置伸缩缝, 混凝土内部应力积聚不能得到有效缓解, 梁设计截面、配筋过小, 使钢筋不能有效抵抗混凝土内应力, 存在开裂隐患;第三, 为方便混凝土运输及浇筑方便, 混凝土水灰比较大, 也对混凝土开裂产生影响;第四, 虽然采用覆盖、浇水养护, 但养护效果不好, 未能有效缓解混凝土的温度变形和收缩变形。