钢筋混凝土地下室裂缝控制.pdf

第 4 l 卷第 5 期 2 0 1 0 年 5月 Vo 1 41 No 5 Ma y 2 01 0 建 筑 技 术 Ar c h i t e c t u r e T e c h n o l o g y 4 4 3 钢筋混凝土地下室裂缝控制 王庆伟 ( 河南省第二建筑工程有限责任公司， 4 5 3 0 0 2 ， 河南新乡) 摘要： 钢筋混凝土地下室由于永久处于潮湿或地下水环境中， 其耐久性和使用功能受到人们重视， 而裂 缝是影响钢筋混凝土耐久性和使用功能的主要因素之一。 针对钢筋混凝土地下室裂缝普遍存在的问题， 从设计、 施工、 材料、 环境方面分析了地下室底板、 墙体 、 顶板产生裂缝的原因， 并采取了相应措施以有效控制裂缝的发生。 关键词： 钢筋混凝土地下室； 裂缝； 耐久性 中图分 类号 ： T U9 4 3 文献标识码 ： B 文章编号： 1 0 0 0 4 7 2 6 ( 2 0 1 0 ) 0 5 0 4 4 3 0 3 CoNTRoL oF CRACK I N REI NFoRCED CoNCRETE BAS EM ENT WANG Qi n g - we i ( T h e S e c o n d A r c h i t e c t u r a l E n g i n e e r i n g C o L t d o f He n a n P r o v i n c e ，4 5 3 0 0 2 ，X i n x i a n g ，He n a n ，C h i n a ) Ab s t r a c t ： Du e t o t h e f a c t t h a t r e i n f o r c e d c o n c r e t e b a s e me n t i s p e r ma n e n t l y u n d e r d a mp o r g r o u n d wa t e r e n v i r o n me n t ， i t s d u r a b i l i t y a n d f u n c t i o n a t t r a c t o u r a t t e n t i o n s a nd e mp h a s i s， a n d c r a c k i s o n e o f t h e ma i n f a c t o r s a f f e c t i n g t h e du r a b i l i t y a n d f u n c t i o n o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e Co n s i d e r i n g t h e c o mmo n p r o b l e ms o f c r a c k i n r e i nfo r c e d c o nc r e t e b a s e me n t ， r e a s o n s f o r g e n e r a t i o n o f c r a c k s o n b o t t o m p l a t e， wa l l a n d c e i l i n g a r e a n a l y z e d o n t h e a s p e c t s o f d e s i g n， c o n s t r u c t i o n， ma t e r i a l a n d e n v i r o n me n t Re l e v a n t me a s u r e s a r e a d o p t e d t o e f f e c t i v e l y c o n t r o l t h e g e n e r a t i o n o f c r a c k s Ke y wo r ds ：r e i n f o r c e d c o n c r e t e b a s e me n t ； c r a c k； d u r a b i l i t y 随着对地下空间的综合利用及城市高层建筑和人 民防空事业的蓬勃发展， 钢筋混凝土地下室( 箱形基础) 以其独有的特生 被广泛采用。 钢筋混凝土地下室由于永 久处于潮湿或地下水环境中， 其耐久性和使用功能受到 人们重视 ， 而裂缝是影响钢筋混凝土耐久性和使用功能 的主要因素之一。本文从设计、 施工、 材料、 环境等方面 分析地下室底板、 墙体、 顶板产生裂缝的原因及对策。 1 设计方面 宏观裂缝是在外荷载和变形荷载单独或共同作用 下产生的。 在一般工程设计中， 设计者往往重视荷载作 用下的承载力计算，当构件断面配筋率满足规范构造 要求时， 常忽视荷载作用下构件的挠度和裂缝验算； 而 变形荷载( 由温度、 收缩、 不均匀沉降等引起) 尽管是产 生裂缝的主要原因， 却因无规范强制要求、 计算依据不 充分而不进行设计计算。 对于重要构件， 设计者只提出 分段施工、 采用低水化热水泥、 掺膨胀剂、 不宜夏季施 工等原则性措施， 缺乏针对具体工程构件而采取的严 谨、 科学、 量化的有效方法。这使得裂缝在设计阶段未 得到事先控制。 在施工阶段， 施工单位只能根据自己的 经验和借鉴参考资料制订控制裂缝的措施 ，这种措施 由于缺乏设计者的参与而是非系统性的，因而不可避 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 1 1 6 作者简介： 王庆伟( 1 9 6 9 一 ) ， 男， 河南新乡入， 高级工程师， 总工程师， 主要 研 究 方 向 为 混 凝 土 施 工 技 术 、 高 耸 结 构 施 lT ， e m a i l ： wa n g q i n g we i 6 8 s i n a e o m 免地带有片面性、 盲目性， 致使最终效果不理想。 1 1 混凝土强度等级 随着建筑材料的开发及混凝土技术的进步，高性 能( 尤其高强) 混凝土发展迅速。高层建筑地下室的混 凝土设计强度等级已达C 4 0 C 8 0 ， 现行规范对混凝土强 度评定以2 8 d 标准养护试件的强度值为准， 而事实上在 工程交付后( 一般基础施工完1 3 年内) 基础才能达到 设计允许的使用荷载， 因此基础的早期强度无须在2 8 d 达到设计强度等级标准值。而且地下室结构一般为厚 大截面 ， 水化热的作用使混凝土内部温度较高， 远超过 标准养护温度， 使得混凝土2 8 d 的实际强度明显高于标 准试件。这些已成为专业技术人员的共识， 因此有些工 程用6 0 d ( 甚至9 0 d ) 混凝土标准养护试件的强度值取代 2 8 d 强度， 但这种做法缺乏设计和规范依据， 往往因业 主或监理方 的不同意见而无法实施 给工程验收带来 困难。建议设计者根据工程的环境与特点， 在设计图纸 中明确利用混凝土后期强度的时间( 使用同条件、 同龄 期现场养护试件确定强度值更合适) ， 并采用尽可能低 的混凝土强度等级( 宜低于C 4 0 ) ， 这样既可降低水化热 温升、 减小混凝土内外温差。 又可降低工程成本。 1 2 钢筋配置 对于强度等级高、 厚度较大( 一般在1 5 0 m m 以上) 的地下室多跨连续顶板。 当边长在3 0 m 以上时， 宜采用 连续式双层配筋 ， 钢筋间距不宜大于1 5 0 m m， 配筋率 不宜小于0 1 ； 现浇楼板内布置管线时， 其设计厚度 4 4 4 建筑技术 第 4 1 卷第 5 期 不宜小于1 1 0 m m， 且应避免管线立体交叉。 对于钢筋混凝土梁的腰部构造筋， 混凝土结构 设计规范 ( G B 5 0 0 1 0 2 0 0 2 ) 第1 0 2 1 6 条规定“ 当梁的 腹板高度超过4 5 0 m m N ,， 在梁的两侧面沿高度配置纵 向构造钢筋， 每侧纵向构造钢筋的截面积不应小于腹 板截面积的0 1 ， 且间距不宜大于2 0 0 m m ” 。 这种配筋 构造对于梁的抗裂是很有益处的； 对于后张法预应力 钢筋混凝土梁板的非预应力钢筋配置应考虑未建立 预应力阶段其抵抗变形裂缝的能力( 许多预应力钢筋 混凝土梁板在预应力建立前产生了裂缝) ，而预应力 钢筋的配置数量及其张拉应力应考虑反拱作用产生 裂缝的可能性。 地下室挡土墙是最易产生裂缝的薄弱构件 ， 仅按 土的侧压力作用配筋只需较低的配筋率( 约0 2 ) ， 且 不考虑连墙柱对墙的约束， 混凝土结构设计规范 ( G B 5 0 0 1 0 2 0 0 2 )也未对挡土墙配筋作 明确规定 。 这 对控制裂缝是危险的。根据多项工程的经验教训， 墙 体水平配筋率宜达到0 6 左右、水平筋间距宜小于 1 5 0 m m 。墙体与柱连接部位应设置加强构造钢筋 以 避免应力集中而产生裂缝。 尽量避免墙板结构因截面突变而产生应力集中 现象， 当因工艺或建筑需要不能避免时， 宜进行渐变 处理 ， 并沿主拉应力线的垂直方向设置构造钢筋。 1 3 结构形式 在建筑设计允许 的情况下 ， 尽量不采用大截面框 架柱与墙体连接 的结构形式 ，以使应力相对均衡 、 减 少约束。若非使用功能所需， 不宜采用超长超宽结构。 2 施工方面 2 1 泵送混凝土 泵送混凝土的工艺特陛要求混凝土具有较大的流 动陛、 较好的和易性及合适的粗骨料粒径( 一般在3 1 5 m m 以下) ， 在同等级混凝土强度条件下， 泵送混凝土的 水灰比、 水泥用量、 用水量、 砂率比普通混凝土明显增 大， 这对裂缝控制是非常不利的， 其收缩变形要比普通 混凝土的收缩变形大一倍多。 要改善这一状况， 采用较 低的坍落度和掺入外加剂及粉煤灰是有效的方法。由 于地下室基本位于地面以下，又是较厚大构件，采用 1 2 0 - 1 5 0 m m 的现场泵送坍落度是适宜的，但不可盲目 强调可泵 眭而使混凝土产生许多负面效应。 2 2 施工季节的选择 从土石方 工程及大体积混凝土的质量控 制来看 。 在春秋、 初冬进行地下室施工是比较有利的： 一方面 避免雨雪对地下工程的影响； 另一方面可获得适宜的 入模温度和养护环境， 这对裂缝控制是非常重要的。 同 时可大大降低技术措施费用。 2 3 混凝土的养护 养护对混凝土的强度增长、 控制混凝土内外温差 及减少收缩非常重要，以下介绍几种对裂缝控制切实 有效的养护方法。 ( 1 )底板蓄水养护。随着底板混凝土的浇筑 在混 凝土终凝后分区进行蓄水， 中间挡水坎可用低强度等级 砂浆砌2 皮1 2 0 m rn 厚红砖，周边利用墙体与底板的施工 缝。 此方法既能避免混凝土早期收缩， 使其充分水化， 又 能起到蓄热保温作用， 但在冬期施工阶段不宜采用。 ( 2 )墙体晚拆模养护。 在正常气温条件下。 墙体模 板可在混凝土浇筑完1 2 d 内拆除， 但这对于混凝土强 度等级高、 截面厚的长墙的裂缝控制是不利的。 长墙由 于具有线长、 面大、 不存水、 受风影响大等特点 养护起 来较困难。长墙模板拆除时间应控制在7 d 以上。环境 为正温时，在混凝土浇筑2 4 h 后将对拉螺栓松动或抽 掉 ， 使模板与墙面脱离约2 m m， 适时从上口注水， 保持 混凝土湿润， 拆模后继续用湿麻袋紧贴墙体养护1 4 d 以上； 环境为负温时保持模板不动， 以保温保湿； 墙体 上口用麻袋覆盖。此方法简单易行、 节约用水、 减少用 工、 降低温度梯度， 因而效果较好。 2 4 温度控制 对于底板、 挡墙、 厚截面梁等易产生较大水化热温 升的构件， 不仅要控制升温阶段混凝土的内外温差及绝 对温升， 更应控制降温阶段的降温速度， 不大于3 d 绝对温升大于3 0 时降温速度宜小于1 5 2 d ， 以尽可能 发挥混凝土的应力松弛效应。同时要严防寒流袭击。 2 5 后浇带设置 底板一般具有配筋量大、钢筋间距小、养护条件 好、 地基对底板约束较小( 岩石地基及桩基除外) 的特 点， 这对裂缝控制是有利的。考虑基础的整体性、 防水 性及施工方便， 厚度为1 5 m 以下、 长边小于6 0 IT I 的底板 不宜留后浇带 ； 厚度1 5 1T I 以上， 而采取了有效的降温 措施时， 也不宜留置后浇带； 长边大于6 0 m 的底板宜采 用设置膨胀加强带的方法避免裂缝。 地下室底板对挡土墙具有很大的约束，这是挡土 墙产生裂缝的主要原因之一，宜采用后浇带及膨胀加 强带相结合的方法以减小温度和收缩应力，后浇带的 间距约3 0 5 0 m ， 其位置应与施工缝 、 预留洞口综合考 虑， 以减少后浇带的数量及消除预留洞口处应力集中。 地下室顶板的后浇带位置与墙体后浇带相同。 传统的后浇带模板多为木模， 支设木模板工效低、 需拆除 、 木材浪费严重 、 施工缝清理及凿毛 困难 ， 而后 2 0 1 0 年 5 月 王庆伟 ： 钢筋混凝土地下室裂缝 控制 4 4 5 浇带处理不好可能导致接缝处产生贯穿裂缝。前些年 无须拆除 的钢板网逐渐取代了木模 ，但由于界面处有 混凝土浆体溢出，造成接缝处混凝土强度偏低。近两 年 ， 后浇带快易收 口网模板引进国内 ， 该模板是作为消 耗生 模板来固定的， 当混凝土在模板后面浇筑时， 网眼 上的斜角片嵌在混凝土中， 并与混凝土连在一起， 表面 呈波纹状， 形成一个与邻近浇筑块相连的机械式楔， 施 工方便 ， 质量可靠。后浇带的保留时间不宜少于4 2 d ， 在不影响工程进度的前提下， 保留时间越长越好。 后浇 带宜采用掺膨胀剂的同等级混凝土填充 。 2 6 墙体与顶板的浇筑 为了减弱墙体对顶板的约束，在墙体高度小于5 m 且混凝土浇筑能力满足连续施工的情况下， 墙体混 凝土宜与顶板混凝土整体浇筑。 当整体浇筑有困难时 ， 应在施工缝上下各配置4 根1 6 m m以上的变形钢筋( 施 工缝在暗梁下口时只在缝下配置) ， 以抑制裂缝发生。 2 7 二次振捣及抹压 新浇筑的混凝土在表面水分不断蒸发且得不到及 时补充的情况下， 易出现塑眭收缩裂缝， 同时在钢筋位 置易出现沉降裂缝。消除这种裂缝的方法除优化配合 比、 及时覆盖保水以外， 可采用混凝土初凝前二次振捣 及间隔抹压2 3 遍， 此方法还可增大混凝土的密实度。 3 材料方面 3 1水 泥 近年来， 受片面追求早期强度的影响， 早强水泥充 斥市场。 在许多地方矿渣水泥、 粉煤灰水泥及中低热硅 酸盐水泥等很难买到 ， 中小型工程又达不到定购条件 ， 因此不得不使用早强水泥 。早强水泥一般通过加大石 膏掺量和提高水泥细度两个途径实现，因此在选择水 泥厂家及品种时， 不仅要对其强度和安定眭进行检测， 也不能忽视对凝结时间和细度的检测。对于地下室混 凝土施工， 应选择初终凝时间较长、 水泥细度小于4 0 0 m Z k g 的水泥( 冬期施工的非大体积混凝土构件除外) 。 粗磨水泥具有较大的徐变及后期的强度增长 ，因此用 其配制的混凝土有较好的抗裂性和抗冻融陛。水泥生 产厂家应重视品种的多棒陛， 这样才能可持续发展。 3 2 粗骨料 粗骨料除应满足现行质量标准外，应注意石料的 连续级配和粉碎的颗粒形状， 减少针、 片、 粉的含量 ， 为 减小混凝土的水泥浆量和提高浆体与石料的粘绪陛能 创造条件 ， 从而减小混凝土的收缩和提高其抗裂能力。 3 3 细 骨料 、 影响混凝土抗拉强度和收缩的主要因素是含泥量 及细度模数， 含泥量同时严重影响混凝土的抗渗陛能。 因此要对砂源多方选择，对含泥量较低但含有泥块及 杂质的砂子， 应严格挑捡或过筛处理。 在粗骨料级配合 理、 拌合物满足施工性能的情况下， 较低的砂率对减少 收缩有利。 3 4 减水剂 减水剂可减小混凝土拌合物的用水量，提高混凝 土拌合物的和易性及流动度。当掺用含有木质素磺酸 盐类物质的外加剂时须先做水泥适应性试验 ，以防出 现速凝现象。 应根据混凝土量、 气温及浇筑能力选择减 水剂品种， 一般宜选用缓凝型和普通型， C 3 0 以上混凝 土宜选用高效减水剂， 对早强减水剂应慎重选择 ， 以防 水化热温升过高及早期收缩。 3 5 膨胀剂 地下室混凝土中掺入适量膨胀剂是为了部分补偿 混凝土收缩 这对防止混凝土裂缝是极为有利的。 目前 膨胀剂在使用上存在误区：一是不按照规范及产品说 明书要求的掺量配制混凝土， 随意生 大 ； 二是使用前不 对限制膨胀率和干缩率进行检测， 盲目使用； 三是掺膨 胀剂后忽视养护工作 。 3 6 掺合料 随着火电事业的发展和除尘技术的进步，优质粉 煤灰货源丰富且价格低廉，为粉煤灰大量掺人混凝土 奠定了基础。 混凝土内掺人粉煤灰可减少水泥用量、 降 低水胶比、 提高和易性 、 减少坍落度损失等， 从而减小 了拌合物坍落度及用水量、延缓并降低了水化热产生 的温度峰值， 达到了减小收缩变形、 利用徐变效应的效 果。 现在粉煤灰的掺量一般为水泥重量的1 5 - 2 0 ， 随 着试验的进一步深入 ， 高掺量( 3 0 以上) 粉煤灰必然 会广泛应用， 这会大大降低工程成本、 减免裂缝产生。 4 环境 方面 环境对混凝土的耐久性及裂缝产生影响极大。例 如 大风或天气干燥时会增加干缩裂缝产生的机率； 高 温环境会使混凝土早期强度高，无法发挥混凝土的徐 变效应， 导致混凝土早期裂缝产生； 地下室越冬缺乏有 效保护， 导致温度( 温差) 裂缝产生等。 因此应注意以下 两点 ： ( 1 ) 由于地下室混凝土一般工程量大、 浇筑时间 长， 施工前应关注天气预报， 防止雨、 雪、 寒流、 六级以 上大风天气期间浇筑混凝土，必要时可采取分段施工 的办法 ， 以避免恶劣天气的影响； ( 2 ) 地下室越冬宜将 回填土完成， 并对顶板进行覆盖。 参考文献 1 王铁梦 工程结构裂缝控制 M 北京： 中国建筑工业出版社， 1 9 9 7