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大型地下室混凝土裂縫原因和預(yù)防措施

2008-07-09 11:43    【  【打印】【我要糾錯】

  1工程概況

  深圳市某住宅鋼筋混凝土工程主體由三棟塔樓和二層地庫組成,地下室的第一層為設(shè)備層,第二層為地下車庫。工程總建筑面積8萬多m2,其中地下室總面積約為16000m2,本工程為建筑一類工程,工程建筑耐久等級為一級。塔樓采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu),塔樓間的地下室采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),基礎(chǔ)采用人工挖孔樁,地下室底板厚500mm,地下室外墻厚400mm.本工程混凝土強(qiáng)度等級為:墻柱C35~C45,梁板C30~C40,其余部位C10~C20.混凝土保護(hù)層厚度為15mm~35mm.

  2裂縫調(diào)查

  2.1調(diào)查內(nèi)容

 。1)裂縫情況:包括裂縫位置、長度、寬度、深度、性質(zhì)及發(fā)展情況等。

 。2)設(shè)計、施工情況:包括裂縫相應(yīng)位置的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、混凝土強(qiáng)度等級、施工工藝及養(yǎng)護(hù)情況。

  2.2調(diào)查方法和手段

  2.2.1調(diào)查方法

  裂縫調(diào)查采用普查與典型調(diào)查相結(jié)合的方法。對于裂縫比較集中的地下室D軸線附近的裂縫分布情況進(jìn)行普查(D軸線為塔樓和地下室交界處),對裂縫深度進(jìn)行抽查,并對比較典型的裂縫的發(fā)展情況進(jìn)行跟蹤調(diào)查。

  2.2.2調(diào)查手段

  本次調(diào)查采用的設(shè)備和工具主要有以下幾種:

 。1)裂縫位置主要根據(jù)設(shè)計圖,借助于鋼尺、相機(jī)等進(jìn)行檢查調(diào)查,并繪制裂縫分布圖。(2)裂縫寬度使用塞尺、刻度放大鏡進(jìn)行測量。

 。3)裂縫長度用鋼尺和皮尺測量。

 。4)裂縫深度按照規(guī)范要求用超聲波儀測量超聲波發(fā)送和響應(yīng)時間,經(jīng)過計算得到裂縫深度。

  2.3裂縫調(diào)查

  2.3.1地下室裂縫情況

 。1)裂縫部位、長度和寬度

  對地下室負(fù)一層和負(fù)二層沿D軸線附近的裂縫進(jìn)行了初步調(diào)查,負(fù)一層的裂縫情況見表1,負(fù)二層的裂縫情況見表2(略)

 。2)裂縫深度

  對地下室部分裂縫的深度進(jìn)行了抽查,抽查結(jié)果見表3所示。

  2.3.2跟蹤調(diào)查

  對地下室混凝土的部分裂縫的寬度進(jìn)行了跟蹤調(diào)查,調(diào)查結(jié)果表明:地下室的少量裂縫在繼續(xù)發(fā)展,不過發(fā)展趨勢不大;在地下室頂板和墻面分別有少量新的裂縫產(chǎn)生。

  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:

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

 。2)頂板呈斜角的裂縫多數(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裂縫原因研究

  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〔

  第一大類,由第一類外荷載引起的裂縫,包括按照常規(guī)計算的主要應(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,似乎都在同一時間瞬時發(fā)生并一次完成,是個“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間瞬時完成的,它有一個“時間過程”,稱之為“傳遞過程”,是一個多次產(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“時間過程”,呈現(xiàn)由變形變化引起的裂縫特點,估計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,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際計量數(shù)據(jù)看,其用水量波動較大,可能導(dǎo)致混凝土質(zhì)量波動也較大。

 。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》,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)計原因

  D軸線位置為人防和塔樓的交界處,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。

 。5)環(huán)境原因

  由跟蹤調(diào)查情況看,地下室個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裂縫危害性分析

  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)。

  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0.32輕微侵蝕、無抗?jié)B要求0.23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0.22處于正常條件下的構(gòu)件0.3表6美國混凝土學(xué)會224委員會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0.42潮濕空氣,土壤中0.33凍結(jié)環(huán)境(加防凍劑)0.184海水環(huán)境0.155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、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;炷帘旧淼馁|(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;對一些必要的試驗檢測工作應(yīng)予加強(qiáng),如混凝土收縮試驗等。

  (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)計圖紙進(jìn)行施工,特別是要保證鋼筋位置和數(shù)量,否則會造成嚴(yán)重后果。

 。3)設(shè)計單位在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時,應(yīng)該主動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)計的工程既安全、又便于施工。設(shè)計單位應(yīng)該對地下室重要構(gòu)件的承載力進(jìn)行驗算,以便及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計不足之處;對地基沉降情況進(jìn)行驗算,以便采取對策。

  6結(jié)論

  根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果、理論分析,得出以下初步結(jié)論:

  (1)地下室的裂縫由變形變化引起為主因,特別是沉降變形引起的可能性較大。

 。2)地下室新發(fā)現(xiàn)的裂縫由溫度變化和沉降變形共同引起的可能性較大。

  (3)從目前情況看,地下室現(xiàn)有裂縫對本工程的安全還沒有太大的危害,暫時不需要特別加固處理。

延伸閱讀:大型 地下室 混凝土
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