深基坑明挖法内衬混凝土侧墙裂缝原因分析及对策.pdf

2 0 1 5年第 5期 广 东 公 路 交 通 G u a n g D o n g G o n g L u J i a o T o n g 总第 1 4 0期 文章编号： 1 6 7 1— 7 6 1 9 ( 2 0 1 5 ) 0 5— 0 0 3 5— 0 4 深基坑 明挖 法 内衬混凝土侧 墙裂缝 原 因分析及对策 曾春霞 ，郑 轩 ，高喜胜 ( 1 ． 广州诚安路桥检测有限公司， 广州 5 1 0 4 2 0 ； 2 ． 广东华路交通科技有限公司， 广州 5 1 0 4 2 0 ) 摘要： 混凝土是一种由骨料、 水泥、 空气和水组成的非均质脆性材料 ， 在温湿度变化、 荷载、 约束等的条件下， 硬化混凝土内部容易形成初始应力， 造成在混凝土内出现微裂缝。在荷载或应力作用下 ， 裂缝发展、 延伸 ， 并 逐渐互相贯通 ， 从而出现较大的肉眼可见的裂缝。混凝土裂缝也是混凝土工程的通病 ， 尤其是钢筋混凝土结 构开裂后 ， 严重影响结构的安全和耐久 ， 进而影响整个工程的质量与使用寿命。而} 昆 凝土结构不同、 设计参数 不同、 施工工艺工法不同均会产生不同形式的裂缝， 根据深基坑明挖内衬混凝土侧墙产生的竖向裂缝 ， 分析设 计 、 施工 、 原材料等方面的因素， 并针对性地提出预防措施， 以供借鉴。 关键 词 ： 混凝 土；裂缝 ；预 防措施 中图分类号 ： U 4 4 3 ． 1 6 文献标识码 ：B 0 引言 在众多的混凝 土结构工程 质量 问题 中， 裂缝 既是常见的质量通病 ， 也是对混凝土结构 危害最 大、 最突出的， 而不 同结构形式 、 混凝 土材料组成 、 施工工艺工法等的差异致使混凝土产生裂缝 的方 式及原因也不尽相 同， 同时造成 的危 害也不尽相 同 ， 故针对 不同结构混凝土所产生裂缝 的原 因分 析及预防并指导后续施工显得尤 为重要。本文就 地下隧道深基坑明挖法 内衬混凝土实体工程侧墙 产生裂缝 的成 因及 预防对策 ， 提 出笔 者的意见及 见解 。 1 结构概况 1 ． 1 结构尺寸及浇筑顺序 该实体结 构采用顶部 敞开式设计 ， 侧墙 高度 1 5～3 5 m不 等， 侧 墙底 端厚有 1 ． 2 m、 1 ． 3 m、 1 ． 4 m 三种类型， 坡度 1 2： 1向上变 化。侧墙 与底板 相 连， 底板厚度 1 ． 5 m， 但施工中先一次性浇筑底板， 侧墙 分 三 次 浇 筑 ， 分 层 振 捣 ， 分层 浇 筑厚 度 约 3 0 c m。第一次浇筑边墙高度约 1 ． 2 m， 第二次浇筑 高度约 5 m， 第三次完成全部侧墙的浇筑。采用 3 m 2 m、 2 ml m 组合钢模板 ， 单节浇 注长度 2 2 m。 浇注完成后土工布覆盖 ， 喷洒 自来水养护。 1 ． 2配筋设计 混凝土配筋采用主筋 2+ 2 8 @ 1 5 0 ra m， 分 布 筋 2 2 @1 5 0 mm， 配筋率 2 2 0 k g ／ n l ， 钢筋净保护层 7 2 ra m， 钢筋均采用 Ⅱ级螺纹钢筋 ， 主筋连接采用墩 粗直螺纹套筒 ， 分布筋采用搭接双面焊。 I ． 3 原材料及配合比设计 混凝土设计采用 C 4 5海工高性能混凝土， 抗 渗等级 P I O 。原材料采用越秀 P ． I1 4 2 ． 5 水泥， I 级粉煤灰 、 $ 9 5矿渣粉 、 4 ． 7 5～ 2 6 ． 5 m m连续级配花 岗岩碎石 ， 中砂 ， 配合比设计如表 1 。 表 1 C 4 5高性能混凝土配合比设计 作者简介：曾春霞( 1 9 7 6 ． 1 2一) ， 女， 大专， 工程师， 从事路桥工程检测工作。E — ma i l ： 1 0 6 5 9 8 4 5 3 7 @q q ． t o m 35 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5年第 5期 广东公路交通 总第 1 4 0期 2 形成 裂缝概况 底板混凝土浇筑完成后约 l O d～1 5 d开始侧 墙混凝土第 一次 浇筑 ， 第二 次 、 第 三次 浇筑混 凝 土前后间隔约 3 d 。全部 侧墙浇筑 完成后 2 4 h完 成模板拆除 ， 拆除模板后采用覆盖土工 布洒水养 护 ， 待浇筑后第 3～5 d陆续 出现 裂缝 ( 图 1 ) ， 每 模 出现 3～8条 不 同程度 的裂缝 。本 文对 其 中 9 模 5 4条裂缝 进行 了持续 观测 ， 多位 于侧 墙 中下 部 ， 从底部第 一 、 二次 浇筑混 凝土施 工缝 位置 开 始 ， 竖向 发展 ， 长 度 为 6 5～3 5 0 c m( 图 2 ) ， 宽度 0 ． 1～0 ． 3 5 mm( 图 3 ) 。其 中有 9条裂缝有渗水和 析 出白色结 晶的现象 ， 现场 针对裂缝进行取 芯调 查 ， 发现芯样 位置 比较靠 近主筋 位置 ， 且 全部 为 贯穿性裂缝 。 3 6 图 1 混凝土 裂缝 舞 |I 囊 童 隶 平 啪 = ： = 羹 i 2 3 4 5 6 l 2 3 45 6 1 2 S 4 56 l 2 3 45 67 8 i 2 3 4 5l 2 S 4 56 78 l 2 3 45l 2 i { 侧墙混凝土 裂缝起止水 平施工缝的位置 裂缝宽度 l 2 3 4 5 6 l 2 l 4 5 6 l 2 3 4 5 6 1 2 3 4 S 6 l 2 3 4 S 7 g i 2 拍S l 2 鞠5 ￡ 7 8 l 2 3 4 5 l 2 3 4 图 3 侧 墙混凝土裂缝宽度观测记录 3 裂缝产生的原 因分析 3 ． 1 结构尺寸与配筋约束 单节侧墙 设计 尺 寸长 、 宽 、 高 分别 为 2 2 m 1 ． 3 m3 0 m， 尤其长度尺寸过大， 墙体厚度 1 ． 2 m～ 1 ． 4 m， 纵线路方向施工节段达 2 2 m， 侧墙后背为混 凝土地下连续墙 ， 对 内衬侧墙变形 约束较大。主 筋采用 d o 2 8 m m两根为一束 ， 间 距 1 5 e ra， 单束钢筋 截面积过大 ， 混凝土收缩不均匀度加大。 3 ． 2 配合比设计缺 陷 混凝土采 用海工 C 4 5高性能混凝土 ， 根据设 计应采用 2 8 d龄期强 度作 为配合 比设计 强度 标 准。为保证混凝土强度等级 ， 在配合 比设计 中需 保留足够 的水泥用量 ， 本工程 中每 m。 水泥用量达 2 6 3 k g ， 加上矿渣粉与粉煤 灰， 总用 灰量达 4 3 9 k g ， 必然增加水化热量 ， 容易产生温度裂缝 。 3 ． 3 原材料温度超标 水泥原材料 、 搅拌 混凝 土入模 温度均 过 高。 实测水 泥 人 搅 拌 机 温度 为 6 8 ． 4 " C ～7 4 ． 3 ℃不 等 ( 图 4) ， 实 测 混 凝 土 入 模 温 度 为 3 3 ． 5 o C ～ 3 8 ． 0 ℃ ( 图 5 ) 。 7 7 4 p 7 2 ＼ 强 7 嚣 6 8 ⋯▲■^{ 驺 。， ， H ／ ＼ ⋯ 9 勰 w 5 5 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 一 醚 十 — — r — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — l 2 3 4 5 6 7 8 9掩l i i 2 i 3 l 5 l 6 i 7 i 8 图4 水泥人拌和机温度 6 I _ 1 6 2 1 2 6 3 1 3 6 41 4 6 5I 5 6 6 I 6 6 7 1 7 6 8 l 8 6 9 l 9 6 图 5 混凝 土入模 温度 3 ． 4施工 组织衔 接不 到位 混凝土浇筑过程中施工组织不到位。浇筑 时 间过长 ， 第一次浇筑 混凝土达 6 h ， 第二次浇筑达 1 3 h ， 第三次浇筑达 8～ 2 0 h ， 其中第二、 三次单一施 蝴 瑚 瑚 瑚 m m 辩 0 整 青^ 置 囊 2 4 3 2 l 0 图。 。昌 搭 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5年第 5期 曾春霞 ， 郑轩 ， 等 ： 深基坑明挖法内衬混凝土侧墙裂缝原因分析及对策 总第 1 4 0期 工节段混凝土浇筑后期混凝土时前期浇筑 已经远 远超过混凝土终凝时间， 内部容易形成应力裂缝 。 3 ． 5 缺乏降温辅助措施 该结构单 一节段可作 为大体积混凝 土看待 ， 但设计与施工均未考虑任何辅助降温措施 。 3 ． 6 养护方式不正确 养护方式 不正确 ， 未 针对混凝 土 内部水化反 应需水量 以及水化 热产生的特性 ， 针对 性地选用 养护用水。尤其是养护水的温度未根据水化反应 过程及混凝 土 内部温度变化而相应 的变化 ， 仅 考 虑喷淋养护 ， 加剧 了混凝土 内外温差 ， 加大混凝土 温度变化 ， 致使混凝土收缩膨胀加大 ， 也是导致裂 缝产生的原 因。 综上所述， 根据对内衬侧墙裂缝产生的时间、 分布的规律 以及施工过程工艺措施 、 裂缝发 展规 律等情况分 析 ， 初步判定该侧 墙裂缝主要 由于混 凝土温度变化导致混凝土 内应力 增加 ， 同时不利 的约束条件 以及施工工艺水平及 养护不 当， 造成 混凝土裂缝 的发生。 4 建议改进措施 4 ． 1 采用高质量原材料 优化原 材 料质量 。水 泥可 以采 用低 C A和 C S含量的低热水泥 。碎石级配对混凝土抗折 ( 抗 劈裂) 影响较明显， 越是连续级配好， 越能提高混 凝土抗劈 裂 强度， 本 工 程碎 石 虽采 用 9 ． 5～ 2 6 ． 5 mm和 4 ． 7 5—9 ． 5 m m 掺配 ， 但是 其 中 1 6 ram、 1 9 m m筛孑 L 尺寸粒径偏少， 应调整碎石生产线筛孔 尺寸 ， 可利用 4 ． 7 5～1 6 ram和 9 ． 5～2 6 ． 5 m m 的掺 配方式 ， 提高级配连续性 ， 有利于混凝土抗裂 的发 生。粉煤灰、 矿渣粉应严格需水量比的指标控制 。 4 ． 2 降低原材料温度 降低原材料温度进 而降低混凝 土人模温度 。 由于水泥实测温度在 6 0 ~ C一 8 0 ％ ， 砂石材料 、 拌合 水均未采取降温措施， 致使入模混凝土温度过高， 加之环境温度在 3 0 ~ C之间 ， 大大加快 了混凝土的 水化反应 ， 早期低强度 下出现剧烈水化反应 ， 致使 混凝土内部温度峰值提前增大 ( 近 8 0 ~ C， 见图 6 ) ， 内外温差近 4 0 ℃， 加剧了裂缝的产生。 应针对进 场水泥温度过 高 的情况 ， 杜绝水 泥 罐车运输 ， 采用树脂袋包装运输 ， 经过两次拆散运 输可 以有效 降温( 按 照经验 ， 具备一定 的运距完全 可以从 8 0 ℃降低至 6 0 c I = 以内) 。砂石材料仓应采 用降低环境温度方法 ， 在搅拌 站料仓周 围设置 喷 雾管 ， 喷雾降低环境温度 ， 可有效降低砂石材料温 度 。同时采用冰水混合方式添加作 为辅助降温方 式 。 图6 侧墙混凝土不同部位的温度值 4 ． 3 调整设计参数 调整主筋布置以及保护层厚度。目前 内衬墙 主筋采用 2根 2 8 m m一束作为主筋， 且净保护层 7 ． 2 c m， 混凝土在收缩过程中钢筋对混凝土限位影 响较大 ， 应将钢筋分散 ， 一层变两层或单 根均布 ， 同时可考虑降低 2 e ra保护层 ， 采用净 5 c m保护层 设计， 降低混凝土表面与内部差异， 胀缩均匀， 减 少裂缝 的产生。 4 ． 4 优化配合比设计 建议配合比设计强度标准以结构耐久性为依 据 ， 采用 5 6 d龄期抗 压强度为检验 标准。海工高 性能混凝土由于添加矿渣粉与粉煤灰等掺合料， 强度增长期相对延长 ， 采用 5 6 d作为强度设计标 准， 可有效 降低混凝 土早 期强度 ， 这 样可 以每 m 减少水泥用量 3 0— 4 5 k g ， 可有效 降低前期混凝 土 水化热 ， 同时提高经济效益 ， 也有效减少裂缝的产 生 。 4 ． 5优化 施工 组织 内衬墙混凝土方量大 ， 浇筑 时间长 ， 前后混凝 土初终凝结时间差异较大 ， 内部容易出现应力 ， 故 每次浇筑混凝土必须针对混凝 土拌合能力、 运输 、 混凝土泵 、 振捣人数及设备协调有效进行组织 ， 达 到连续快速浇筑的效果。应 自单节侧 墙两侧 同时 向中间分层浇筑 ， 如此施工过程 中可纵 向 自然形 成混凝土 内部胀力 ， 有助于减少混凝土收缩量， 相 对合理浇筑时间， 降低混凝土内部温度峰值与外 界环境温度 的差异 。同时尽量缩短每次混凝土浇 筑的龄期差 ， 使混凝土变形一致。 3 7 豁 静 船 ∞ 将 鞫 籀 擂 0 p＼越瘿 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5年第 5期 广东公路交通 总第 1 4 0期 4 ． 6 增加施工辅助措施 ( 1 ) 加强内衬墙背后地下连墙表面平整度控 制 ， 减少约束。在 不影响 内衬墙厚度 的前 提下建 议采用喷射? 昆凝土全面补平 ， 这样施 工后的 内衬 墙厚度均匀一致 ， 减少 内衬墙 凸凹不平造成 的约 束 ， 减少裂缝发生的可能。 ( 2 ) 布置降温管等辅助设 施。降温管 的布置 必须经过计算或者实测 内部混凝土温差情况进行 设计 ， 不能随意 ， 同时通水的时问及温度控制也应 制定详细 、 严格的指标 ， 不能干篇一律地采用环境 温度 自来水降温 ， 否则水 温与混凝 土温差过大更 容易加剧 裂缝 的产 生。根 据 目前裂缝 主要 为竖 向， 故布置降温管应优先考虑横 向布设。 ( 3 ) 混凝土 中应掺加抗裂纤维。首选树脂纤 维( 因对耐久性考虑不建议采用钢纤维 ， 钢纤维锈 蚀 明显容易形成腐蚀通道) ， 树脂纤维在力学性能 方面效果 比较明显。 4 ． 7 制定合理的养护方案 因环境温度 、 混凝土温度均过高 ， 且 内部混凝 土与外界环境温度差异较 大， 故传统 的淋水养 护 是不可取的 ， 应进行混凝土内部测温 ， 尽量降低养 护水温度 与7 昆凝 土内部温度差 ， 有利 于混凝 土均 匀变化 ， 减少裂缝的产生 。 5 结语 根据前后对混 凝土裂缝产生原 因的分析 ， 以 及采取相应 的改善措 施 ， 2 2 m 节段 内衬侧墙裂缝 产生的数量明显降低 ， 但仍 不能完全杜绝 。其 中 不乏各项改善措施应 用不到位 ， 但根据后续施 工 的结果看 ， 本文对裂缝产生 的原 因分析及相应 的 改善措施是合理也是可行的。 参考 文献 ： [ 1 ]刘日飞， 陈建 国． 钢筋混凝土裂缝研究综述 [ J ] ． 西部探矿工程 ， 2 0 0 5 ( 6 ) ： 5 0 ． [ 2 ]叶列平． 混凝土结构( 上册) [ M] ． 北京： 中国建筑 工业 出版社 ， 2 0 1 2 ． [ 3 ]闫向群 ， 张莉． 关于钢筋混凝土结构中裂缝问题 的探讨[ J ] ． 吉林建材， 2 0 0 4 ( 3 ) ：1 5 5—1 5 7 ． [ 4 ]吴思宇． 浅谈钢筋混凝土结构的裂缝成因及其控 制[ J ] ． 才智， 2 0 0 9 ( 2 1 ) ： 1 4 1 —1 4 3 ． [ 5 ]张海峰． 浅析混凝土裂缝产生原因及预防措施 [ J ] ． 今 日科苑 ， 2 0 0 8 ( 4 ) ： 2 0—2 4 ． [ 6 ]曾力军． 浅析混凝土裂缝 的原因、 预防和理[ J ] ． 江西建材 ， 2 0 0 7 ( 3 ) ： 3 3— 3 5 ． ( 收稿 日期 ： 2 0 1 5— 0 6— 2 0 ) Ca us e Ana l y s i s a n d Co un t e r m e a s ur e s o f Cr a c k i n t he Co n c r e t e Li ni ng W a l l f or De e p Fo un da t i o n Pi t ZENG Ch u n x i a ，ZHENG Xu a n ，GAO Xi s h e n g ( 1 ． G u a n g z h o u C h e n g ’ a n Ro a d＆B r i d g e D e t e c t i o n C o ． ，L t d ． ，Gu a n g z h o u 5 1 0 4 2 0； 2 ． G u a n g d o n g Hu a l u T r a n s p o r t T e c h n o l o g y C o ． ，L t d ． ， Gu a n g z h o u 5 1 0 4 2 0 ) Abs t r a c t：Co n c r e t e i s a ki nd o f h e t e r o g e n e o u s b r i t t l e ma t e r i a l wi t h c o mp o s i t i o n o f a g g r e g a t e，c e me n t s t o n e，a i r a n d wa t e r ，u nd e r t h e c h a n g e s o f t e mp e r a t u r e a n d h u mi d i t y，l o a d a nd c o ns t r a i n t c o n d i t i o n s，t he i n i t i a l s t r e s s wi l l a pp e a r d u r i n g n d c o n c r e t e h a r d e n i n g，wh i c h c o u l d r e s ul t i n mi c r o c r a c k s i n t he c o n c r e t e ． Un d e r t he a c t i o n o f l o a d o r s t r e s s ，t h e c r a c k d e v e l o p s，e x t e n d s a n d g r a d u a l l y p e n e t r a t e s t hr o u g h，t he n t he l a r g e v i s i bl e c r a c k wi l l a p — p e a r ．Th e c o n c r e t e c r a c k i s a l s o a c o mmo n f a i l i n g o f c o nc r e t e e ng i n e e r i n g，e s p e c i a l l y f o r " t h e s t r u c t u r e o f r e i n — f o r c e d c o n c r e t e，Whi c h wi l l s e r i o us l y a f f e c t t h e s a f e t y a n d d u r a bi l i t y o f t h e s t r u c t u r e，a n d t h e n a f f e c t t h e wh o l e e n g i n e e r i n g q ua l i t y a n d s e r v i c e l i f e ．Th e c a u s e s o f c r a c k s i n c o n c r e t e s t r u c t u r e s i nc l u d e a v a r i e t y o f r e a s o n s a n d f o r ms ，a s d i f f e r e n t s t r u c t u r e s，di f f e r e n t d e s i g n p a r a me t e r s， d i f f e r e n t c o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y a n d c o n s t ru c t i o n me t h o d wi l l p r o d u c e d i f f e r e n t f o r ms o f c r a c k s ．I n t hi s pa p e r ，a c c o r di ng t o t h e v e r t i c a l c r a c k s i n t h e s i d e wa l l l i n — i n g c o n c r e t e a t o p e n c u t d e e p fou n da t i o n p i t ，a c o mp r e h e n s i v e a n a l y s i s o n t h e d e s i g n，c o ns t r u c t i o n，r a w ma t e r i — a l s a l l d o t h e r f a c t o r s h a s b e e n c a r r i e d o u t ，a n d t he p r e v e n t i o n me a s u r e s ha v e b e e n p ut f o r wa r d，wh i c h c o u l d b e u s e d a s r e f e r e n c e s ． Ke y wo r ds：c o n c r e t e；c r a c k；p r e v e n t i v e me a s ur e 3 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m