地下室混凝土结构裂缝成因与处理措施

2022-09-10

1 工程概况

浙江某工程地下室2层, 地上部分为三幢主楼, 中间一幢为15层, 旁边两幢为1 2层。地下室底板为下翻梁筏板, 板厚800mm。主楼地梁断面以600 mm×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C35P8混凝土掺10%UEA2H外加剂, 地下室其它结构采用C40P8混凝土掺12%UEA2H外加剂, 混凝土坍落度均为120±20mm。地基土以淤泥质黏土和粉质黏土为主。

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19441.55m2, 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。

2 施工情况

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 沉降与裂缝情况

地下室底板与地下2层墙板在2月完成, 地下室四个区块分别在3月底4月初结顶。地下室后浇带均在相应结构施工60d后封堵。5月底的南侧外墙板与南侧地下室顶板出现了大量新裂缝。到第二年的1月3日最大沉降量为9mm, 最小沉降量0mm, 至该年2月上旬沉降稳定没有新裂缝出现。

3 裂缝分布

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1m~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°左右的短裂缝。地下1层外墙板无贯穿裂缝。

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/ (8) 、/l9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。/处柱子根部有极轻微的裂缝, 极少量点状水迹。

3.3 地下室顶板裂缝

顶板有贯穿裂缝, 裂缝集中在Z轴以南, 其中B、C区裂缝数量较多。几条较长裂缝从X轴外墙处向内开裂, 裂缝由粗变细, 长度为2m~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。

4 裂缝原因分析

4.1 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。

4.2 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。

4.3 不同结构部位的不同原因

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。

(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、电梯井筒体处, 而一般柱、剪力墙边没有明显裂缝。如果将筒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。

(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。2005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) 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筒体) 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。

5 修补措施

地下室裂缝出现后及时进行了修补, 但修补后又出现了新的竖向裂缝, 而且部分裂缝进一步发展, 有几条从底板处一直贯穿到地下1层的楼板处 (暗梁处也有贯穿裂缝) 。说明应力较大, 裂缝没有稳定, 修补难以成功。

今年2月主楼结顶并且沉降稳定, 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。经过分析后决定在今年2月开始修补裂缝。修补时后浇带处裂缝先不修补, 各个区块墙板每隔15m~20m分成一个小段, 对每个小段进行修补, 每个小段间的裂缝暂时不修补, 使混凝土应力在后浇带与小段间释放。等大部分装饰荷载加上去后再修补后浇带与小段间的裂缝。采用凿缝注浆与钻孔注浆 (裂缝较大处采用钻孔注浆) 相结合的方法, 修补材料采用LW补缝剂。采用以上措施修补后裂缝数量得到控制, 修补工作完成后地下室干燥, 无渗水现象。