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大型地下室混凝土裂缝原因和预防措施(2)
2.4　裂缝特征分析

　　调查发现地下室的裂缝主要集中于D轴线附近,并且地下室的裂缝具有以下特点：

　　(1)顶板裂缝大多数与跨度方向呈45℃左右的斜角,个别裂缝穿过两块以上的板。

　　(2)顶板呈斜的裂缝多数相互平行,且集中于D轴线附近板的一角。

　　(3)顶板的裂缝大多数集中于塔楼和地下室交界的D轴线两侧。

　　(4)墙面裂缝多数垂直地面且相互平行,宽度自下而上逐渐变窄。

　　(5)地下室部分裂缝相交呈八字形。

　　3　缝原因研究

　　3.1　混凝土裂缝的类型和产生原因

　　混凝土的裂缝按产生的时间可分为硬化前裂缝,硬化过程裂缝和完全硬化后裂缝。按引起裂缝产生的原因把混凝土裂缝分为二大类〔1〕〔2〕：

　　第一大类,由第一类外荷载引起的裂缝,包括按照常规计算的主要应力引起的“荷载裂缝”,以及由结构次应力引起的“荷载次应力裂缝”,二者通称为结构性裂缝,受力裂缝。

　　第二大类,由第二类荷载即变形变化引起的裂缝,包括温度,湿度,收缩和膨胀,不均匀沉降等因素引起的裂缝,也称非结构性裂缝。

　　上述两类裂缝的区别是：前者从外荷载的作用,结构内力的形成,直至裂缝的出现与扩展,似乎都在同一时间瞬时发生并一次完成,是个“一次”过程。而变形荷载的作用,从环境的变化,变形的产生,到约束应力的形成,裂缝的出现与扩展等都不是在同一时间瞬时完成的,它有一个“时间过程”,称之为“传递过程”,是一个多次产生和发展的过程。

　　3.2　裂缝原因分析

　　根据调查结果分析,以及对地下室裂缝的初步跟踪调查,地下室有些裂缝有进一步发展趋势,且有新的裂缝产生,裂缝的产生表现为“时间过程”,呈现由变形变化引起的裂缝特点,估计地下室裂缝由变形变化引起为主。根据地下室的裂缝特点,分析其原因有以下几方面：

　　(1)材料原因

　　根据搅拌站提供的原材料实际计量数据看,其用水量波动较大,可能导致混凝土质量波动也较大。

　　(2)施工原因

　　根据在现场对施工过程的观察,对现场混凝土的检查和对施工人员的访问,发现有几个问题：一是混凝土的蜂窝麻面,二是混凝土的养护,三是拆模时间。蜂窝麻面反映混凝土立模和振捣方面存在不足,而养护不好则对混凝土整体质量影响特别显著,直接影响混凝土的抗裂能力。在混凝土产生足够强度以前,过早拆模以及在混凝土施工面上过早从事其它准备工序,会破坏混凝土结构,降低承载力,导致裂缝的产生。

　　另外,根据施工单位编制的《施工组织设计》,由于地下室二层与地下室一层D轴线落差处,地下室二层外墙与塔楼地下一层底板相连。而地下一层底板与地下二层外墙施工存在60天技术间歇时间,为使主楼节省60天工期,将地下二层外墙与地下一层底板结构一起施工。这样使原来的结构刚度和结构构件的约束情况有所变化,在地基差异沉降变形和荷载影响下,就可能导致D轴墙和地下室楼板产生裂缝。

　　(3)结构设计原因

　　D轴线位置为人和塔楼的交界处,塔楼部分为一层地下室,人防部分为两 层地下室,故D轴线两侧所受荷载及两侧结构的刚度或柔性有显著差异,使其变形差异较大,由于超静定结构的强约束作用,从而导致裂缝的产生。

　　(4)基础沉降原因

　　塔楼和地下室的东西方向和南北方向的地质情况均有差异,其中东西方向的荷载和结构刚度基本相同,南北方向的荷载和结构刚度差异较大。在不同的静荷载和施工荷载作用下,因其沉降位移不同,以及D轴线附近相邻沉降差异而导致裂缝的产生,D轴线附近的墙体垂直裂缝和八字形裂缝说明了这一点。

　　(5)环境原因

　　由跟踪调查情况看,地下室个别裂缝宽度还有所发展,而且有新的裂缝产生,但原有裂缝也在闭合或者宽度变小,跟踪调查时正值寒潮期间,因此,新的裂缝和裂缝的发展由温度变化引起的可能性较大,但塔楼的荷载还在增大,地基的沉降尚不稳定,故地基沉降仍然是其原因之一。

　　4　缝危害性分析

　　裂缝危害性主要按照有关规范允许的最大裂缝宽度来进行分析。

　　4.1　裂缝控制标准

　　从国内外试验资料分析,混凝土结构物裂缝宽度一般应该控制在表4所示的范围内。

　　表4　　　　混凝土结构物裂缝宽度控制范围

序号 结构物使用环境 允许的裂缝宽度(mm)
1 无侵蚀介质,无抗渗要求 0.3
2 轻微侵蚀,无抗渗要求 0.2
3 严重侵蚀,有抗渗要求 0.1

　　我国规范规定钢筋混凝土构件的最大裂缝宽度见表5,美国的规定见表6所示。

　　表5　　　　钢筋混凝土结构构件最大裂缝宽度允许值

序号 结构物使用环境 最大裂缝宽度
允许值(mm)
1 屋架,托架的受拉构件
烟囱,用以贮存松散体的筒仓
处于液体压力下而无专门保护措施的构件 0.2
2 处于正常条件下的构件 0.3

　　表6　　　美国混凝土学会224委员会对裂缝宽度的限值

序号 结构物使用环境 最大裂缝宽度允许值(mm)
1 干燥环境,有保护层 0.4
2 潮湿空气,土壤中 0.3
3 冻结环境(加防冻剂) 0.18
4 海水环境 0.15
5 贮水构筑物 0.1

　　根据上述我国有关标准及美国有关标准,将上述分类的混凝土裂缝定性为：

　　(1)宽度小于标准规定值者属于无害,可修复的裂缝；

　　(2)宽度超过规定值者,一般需要由设计,施工,监理,业主等有关方面共同商定处理方案。

　　(3)活裂缝需要进一步观察,待其基本稳定后,才能确定处理方案。

　　根据本工程实际所处环境和用途,裂缝宽度的允许值取0.3mm为宜。

　　4.2　裂缝危害性分析

　　从地下室混凝土裂缝调查结果可见,地下室负一层共抽查裂缝99条(见表1),其中顶板80条,墙面19条。超过上述规定值的裂缝有5条,占地下室负一层总裂缝数的5.05％,其中顶板2条,墙面3条。其余裂缝宽度均在允许范围之内。顶板的裂缝较多,占81％,墙面裂缝只占19％。

　　地下室负二层共抽查裂缝45条(见表2)。其中顶板33条,墙面12条。裂缝宽度超过规定值者l条(顶板部位),占2.2％。与负一层一样,顶板的裂缝数较多,占73％,墙面裂缝次之,占27％。根据裂缝调查结果,建筑物重要性,使用功能和裂缝控制标准看,地下室裂缝目前对结构的安全性影响还不大,但由于少量裂缝有轻微的进一步发展趋势,而且裂缝数量多,因此现有的裂缝会影响结构的使用功能和外观,应该按照规范或设计要求对裂缝进行相应的处理。

　　5 　预防裂缝的措施和建议

　　(1)搅拌站应该加强原材料质量检测和控制,特别是砂石含水量和含泥量的检测和控制,以确保混凝土本身的质量稳定；进一步优化混凝土配比,提高混凝土抗裂能力；对一些必要的试验检测工作应予加强,如混凝土收缩试验等。

　　(2)施工单位应该重视施工质量和加强质量管理,特别是要重视混凝土振捣,养护工作,保证模板的牢固,钢筋保护层的准确等；作好日常的施工记录,包括养护记录,施工异常情况处理记录,施工日志,质量检查日志。严格按照设计图纸进行施工,特别是要保证钢筋位置和数量,否则会造成严重后果。

　　(3)设计单位在进行结构设计时,应该主动征求其他单位和技术人员的意见,特别是征求施工单位,科研单位的意见；征求材料研究人员,质检人员的意见,以保证所设计的工程既安全,又便于施工。设计单位应该对地下室重要构件的承载力进行验算,以便及早发现设计不足之处；对地基沉降情况进行验算,以便采取对策

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