地下室顶板裂缝的分析及处理.doc

地下室顶板裂缝的分析及处理本人通过参加上海地区一项住宅工程地下室顶板裂缝处理过程，对裂缝的成因进行分析，并提示了处理方法到预期效果，现将防治处理过程总结如下：一、 工程概况该工程地下室为一南北宽87m，东西长215m的不规则形平面，南面敞开，沿东、北、西面周边布置五幢高层住宅，地下室中除主楼占去的面积外，其余机种均用于停车（以下称地库）；高层主楼为剪力墙结构，地库为单层框架结构，柱网一般为9 X 9m（范围包括附图第六、七区）。工程地处上海软土地区，设计采用桩筏基础，主楼为1000、1200mm的钻孔灌注桩，桩端进入强风化岩层，地库为800mm的钻孔灌注桩，桩端只进入砂层。地下室底板板厚400mm采用带肋筏板（桩基承台），地下室顶板位于主楼一层楼面处，为肋形楼盖，板厚120mm，地库顶面为井字楼盖，板的区格为3 X 3m，板厚150mm。地下室底板及顶板均采用整体现浇钢筋混凝土结构，不留永久性变形缝，施工阶段也不设后浇缝。该工程施工顺序见图一，在底板和地下室墙全部施工完毕后，第一阶段按图中第一、二、三区的顺序浇灌地下室顶板，并施工一、二、三幢高层主楼，至三幢高层主楼结构完工；第二阶段按图中第五、四、六区和第七区的顺序浇灌地下室顶板混凝土，三个区之间间隔23个月，于1999年中浇完全部地下室顶板。2000年春夏之交，因雨季及顶板积水，发现顶板板底渗漏，经检查，顶板可见且贯穿裂缝达245条，比较集中于第四、第五和第六区，裂缝主要位于小井格板内，其走向为板的对角线方向，如附图一所示。该工程在施工期间对桩基沉降进行了观测，到目前为止，三幢已建主楼基础最大沉降量27mm，地库只观测一次，未见沉降。二、 钢筋混凝土结构裂缝及其控制（一） 裂缝的分类裂缝根据宽度大小和产生的原因可分为微观裂缝和宏观裂缝。1、 微观裂缝：尚未承受荷载的混凝土结构中存在肉眼不可见（宽度小于0.05mm）的裂缝。微观裂缝可分为：1）粘着裂缝： 围绕在骨料与水泥石（水泥浆凝固体）粘着面上的裂缝。2）水泥石裂缝： 水泥浆凝固体中的裂缝（存在于骨料与骨料之间）。3）骨料裂缝： 骨料本身的裂缝。大多数的微观裂缝是粘着裂缝和水泥石裂缝。微观裂缝产生的原因是在温度和湿度变化的情况下，混凝土逐步硬化并产生体积变形，由于骨料收缩很小，受热时膨胀系数也较小，而水泥石的收缩较大，膨胀系数也大，故混凝土中的变形是不均匀的，不自由的。骨料和水泥石之间产生相互的约束力，特别是水泥石收缩时引起的内应力较大，从而引起水泥石裂缝和粘着裂缝。微裂缝的分布不规则，且沿裂缝截面是不贯穿的，故混凝土仍有良好的抗拉和抗剪能力。对防水防腐的使用也无危险性，可认为是无裂缝结构。2、 宏观裂缝：承受荷载（动、静荷载和变形引起的荷载）后混凝土结构中产生的肉眼可见（宽度等于和大于0.05mm）的裂缝。宏观裂缝可分为：1） 结构变形裂缝：由外加荷载作用和地基不均匀沉陷引起的裂缝。2） 材料特性裂缝：由水泥水化温差、混凝土干燥收缩及外界气温变化引起的裂缝。3） 施工不良裂缝：由于混凝土浇注不密实、水灰比过大或过早拆模引起的裂缝。上述三种宏观裂缝中，据大量调查统计结果。结构变形裂缝约占20%，材料特性和施工不良引起的裂缝约占80%。实践证明，在荷载作用下或在温度应力、收缩应力作用下，钢筋混凝土结构中固有的微观裂缝会逐渐扩展并增多，形成宏观裂缝。材料特性和施工不良引起的裂缝虽对结构的安全性影响不大，但会影响建筑物的正常使用，且在荷载作用下，这些裂缝也可能会扩展而使结构破坏，因此，必须对宏观裂缝进行控制。（二） 裂缝的控制1、 裂缝的形式从裂缝的深度看有表面的、纵深（深度达构件厚度一半以上）的和贯穿的；从裂缝的断面看有上宽下窄的、下宽上窄的和等宽的；从位于构件平面上的方向看有纵向的、横向的和斜向的，裂缝的方向一般情况下与主应力方向相垂直。2、 裂缝的控制标准根据我国现行规范及工程实践经验，处于不同环境及使用要求下的钢筋混凝土结构的最大裂缝宽度（max）的控制标准为：无侵蚀介质，无防渗要求 max =0.30.4mm； 轻微侵蚀，无防渗要求 max =0.20.3mm； 严重侵蚀，无防渗要求 max =0.10.2mm；为了避免产生不允许的宏观裂缝，应当采用有效的控制方法，采取必要的控制措施。3、 裂缝的控制方法1） 设置变形缝在不影响建筑物的正常使用和美观的情况下，宜按现行有关规范要求设置永久性变形缝（伸缩缝、沉降缝或防震缝）。2） 设置后浇缝当不允许或不便设置永久性变形缝时宜在施工阶段设置后浇缝，其间距为2030m，或采用间隔时间较长的施工缝分区施工。3） 不设变形缝或后浇缝在这种情况下应对结构变形、材料收缩和徐变变形进行计算，必须满足由上述变形产生的拉应力不超过混凝土的抗拉强度，并应有下述的措施；设计措施：对墙、板等薄壁结构（厚度200600mm）应增配构造钢筋（温度筋），提高混凝土的抗裂性能；配筋时尽量采用小直径小间距的方案（如用814mm150mm），全截面配筋率应在0.3%以上；结构突变或开孔处会产生应力集中，应在转角或孔边设置构造筋或角筋；适当提高混凝土的极限拉伸及抗拉强度。施工措施：严格控制原材料质量和技术标准，粗、细骨料的含泥量不超过11.5%；尽量减小水灰比（可加适当减水剂）；浇灌混凝土时下料不宜太快，振捣时间515秒/次，保证混凝土密实；加强混凝土养护，保持湿润15天以上。三、 地下室顶板裂缝分析根据上述钢筋砼宏观裂缝产生的原因和裂缝控制的一般原理，我们对该工程地下室顶板产生裂缝的原因进行了分析，得出如下的看法。（一） 顶板宏观裂缝主要是由于砼干燥收缩和气温变化而引起的，因为顶板到目前为止只承受其自重和少量施工荷载，结构变形很小，不会引起裂缝，而其面积很大，原设计不设变形缝和后浇缝，虽然采用了分区施工，但每区面积仍然偏大，施工缝间距超过了后浇缝间距（2030m）的要求。且顶板第三阶段施工的时间在比较炎热的夏季前后，全部拆模后又经气温较低的冬春两季，温差大，收缩也大。由此在板中产生的主拉应力超过砼的抗拉强度而开裂。（二） 从裂缝的分布和方向看，第一、二、三区最早施工，至少各有一边有伸缩缝余地，故裂缝数量很少，同时由于建了高层主楼，靠近地下室墙、板周边刚度均较大，裂缝伸展受到限制，方向也不规则；第四区至第七区因第二批施工，各边伸缩变形均受到一定的限制，收缩应力和温度应力较大，且未建高层主楼，总的来说板的周边刚度较小，裂缝伸展较自由，故数量较多，关于裂缝的方向问题，可以作如下的分析。如图二所示。图中（a）表示当板宽B远小于板长L时，沿L方向的应力x远大于沿宽度方向的应力y，裂缝产生于板的中央且方向垂直于长边；图中（b）表示当By，裂缝产生于板的中间但方向倾斜；图中（c）表示当B=L时，x=y，裂缝为对角线方向。位于第四、五、六三个区交界的地库顶板处，板中主要的有收缩和温度应力x=y，但由于西北角（见图一）基础沉降大于东南角基础的沉降，尽管这种差异沉降很小，对建筑群的安全和正常使用不会带来损害但会在地库顶板中产生一定的拉应力，增加了朝西北方向的拉应力（+），（为x和y的合力），故此部分裂缝的方向朝着东北（或西南）方向，且裂缝的宽度必然增大，如图三（a）所示，第四，五区靠南墙处，因基础差异沉降引起的拉应力的方向与图（a）相反，故拉应力合成结果改变了裂缝的方向，如图三（b）所示，此处的裂缝宽度必略小。（三） 从设计方面看，应该通过计算顶板每一区格的收缩应力和温度应力，增配构造钢筋，并使其符合配筋的构造要求。根据现场了解，顶板配置了上下双层双向10200钢筋网,其全截面配筋率虽满足配筋率的要求,但钢筋的间距过大,如能改配8100钢筋网，则效果会很好。其次，顶板有开小洞处，因洞角处应力集中，也产生了斜向裂缝，可能是未配洞角构造钢筋所致。另外，最大间距是：长达215m的地下室顶板，设计上既无设伸缩缝，后浇带也没有采用微膨胀砼，不符合现行设计规范的规定，是产生裂缝的重要原因。（四） 从施工方面看，施工缝间距过大。顶板底部有局部蜂窝现象，说明砼捣筑欠密实。我们抽测了十四处顶板钢筋位置，结果为：板底钢筋的砼保护层厚度为1620mm，偏大；板顶钢筋的砼保护层厚度为1838mm，更偏大；钢筋纵横间距为180220mm，说明保护层厚度超过要求，减弱了顶板的抗拉和抗弯能力，板中钢筋分布也不均匀。上述问题是顶板裂缝的主要因素。另外，施工期间，地下室顶板作为施工场地，没有及时覆土遮盖，烈日暴晒也是产生裂缝的一个原因。四、 地下室顶板裂缝的处理本工程地库顶板在使用阶段虽有覆盖土，土上也栽有花草等常绿植物，可保持其处于湿润状态，故温度变形将大大减少，施工阶段出现的裂缝有些将闭合，有些宽度将减小，但地库顶板是屋面板，荷载也大，必须严格防止渗漏，其最大裂缝宽度不应超过0.1mm使其不影响地库的安全和正常使用。因此，施工阶段产生的裂缝必须进行有效的修补。顶板裂缝修补处理顺序如下；（一） 清除顶板杂物并冲刷干净（二） 经进一步详细勘查，发现顶板裂缝宽度一般为0.040.1mm，每条裂缝平均长度为2米左右，裂缝总条数经统计大约为250条，主要分布在四，五，六区，裂缝走向如附图一所示，而且雨天从地下室里观察，可见裂缝中有白色的游离钙析出物，很明显，裂缝大部分均贯穿地下室顶板。（三） 根据以上裂缝的特点，选用中科院化学研究所研制的“改性环氧树脂”系列材料对该工程顶板裂缝进行化学灌浆处理。1、 材料选择改性环氧树脂浆材，其具有以下优良性能：（1） 起始粘度低，可灌性好，可灌入小至0.01mm的小裂缝中。（2） 固化体的力学性能指标高，抗压强度为7090Mpa，抗弯强度为3080Mpa，裂缝粘结强度为1.72.8Mpa.（3） 粘结力强,可与混凝土形成一体.（4） 固结体不易老化。（5） 固结体不受酸碱，细菌等生物的侵蚀。2、 施工工艺（1） 清缝找出裂缝，在裂缝明显处用切割机沿裂缝两边割开，深度在0.51厘米左右,用凿子剔除表面松散层,形成“”型槽，用钢丝刷刷干净贯穿裂缝两面的浮土或沉积物，使裂缝暴露出来，再用读数显微镜读出裂缝的大小。（2） 预埋灌浆嘴在凿开处沿裂缝每隔3050厘米预埋一个灌浆嘴头，用胶泥固定灌浆嘴后，在裂缝处的混凝土上下两面，再用胶泥封闭裂缝。（3） 试气灌浆前用空气压缩机试气，试气有两个作用：检查裂缝是否止好；吹开缝内的灰尘，形成更好的灌浆通道。（4） 灌浆待止缝胶泥固化并有一定强度后，配制改性环氧树脂灌浆液，用手摇压力泵从预埋灌浆嘴管中灌入裂缝中，使裂缝中充满浆液，即可绑扎封闭灌浆管。（5） 后处理待浆液固结后，敲掉灌浆管。3、 质量控制（1） 裂缝的清理是保证质量的第一关，裂缝中已充满了砂尘，裂缝下表面有游离钙析出物，若不清理干净，则大大影响浆材的粘结力和固结体强度。（2） 止缝是保证质量的第二关，止缝后，要求确保裂缝与灌浆系统形成密闭体系。（3） 灌浆时，要求灌浆压力达到0.40.5Mpa，并恒压5分钟，保证灌浆的质量。（4） 控制进浆量，保证裂缝充满浆液。从灌浆量看，经统计，平均每米裂缝的灌浆量为90毫升，经施工过的裂缝宽度普遍为0.040.1毫米，如果按0.1毫米宽度的裂缝计算，每米长的裂缝容积才有14毫升，可见进浆量足以达到要求。（5） 由于施工阶段昼夜温差达15度，根据已知的温度变化规律，选择在温度较低的夜间进行灌浆。（6） 在修补过的混凝土板裂缝处砌筑蓄水槽，灌水浸泡24小时，观察修补后裂缝是否渗漏，以此作为补缝验收依据。（四） 裂缝修补经检验合格后，尽快做好永久性防水层，覆土并做好排水设施，避免顶板暴晒和积水。五、 结语通过以上对地下室顶板裂缝产生原因的分析以及裂缝的修补处理，并经过一定时间的验证，该工程顶板裂缝得到了较有效的控制，收到了较好的保护钢筋、防止渗漏的双重效果。大面积地下室顶板产生裂缝是较为普遍的现象，裂缝产生因素是复杂多变的，处理的方法也是多种多样的，只有认真分析，正确找出产生裂缝的原因，采取较为科学的处理方法，使裂缝得到最有效的控制，才是最佳的防治裂缝的方法。