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1、地下室砼裂缝控制的分析 - 结构理论 近年来地下空间的开发利用逐渐普遍,由于功能要求,地下室往往 面积大,体量大,超过设置伸缩缝的最小间距。地下室砼因裂缝导 致渗漏水的现象非常严重,有的甚至影响到建筑物的使用功能和安 全。一、开裂情况: 地下室侧壁开裂的情况比较多,裂缝宽度小于 0.5 mm、间距 1 4m、长度有的贯通墙壁全高,侧壁两端附近裂缝较少,中部附近较 多。 裂缝往往在砼浇筑的 60 天之内出现,随着时间的推移裂缝数量 增多,部分裂缝加宽。尤其是在进入冬季气温骤变的时候。 二、裂缝原因分析: 1、直接原因: 砼结构裂缝产生的原因比较复杂,概括起来有两类原因,一种由 外荷载引起的,因结
2、构承载力不足而发生变形,另一种是结构因温 差,收缩徐变,不均匀沉降等因素引起。据统计,在工程实践中, 由后者(变形荷载)引起的裂缝约占 80-85%,地下室砼裂缝大多数 属于后者。 砼在浇筑后,由于水泥的水化作用,释放大量的水化热,因为砼 构件表面与构件截面中部温差超过 25就引起砼内部裂缝,构件表 面温度和周围空气温差超过 25,就引起构件表面裂缝。砼浇筑后 温度提高,砼初期体积有微膨胀作用,以后温度下降体积急剧收缩。砼除了温度收缩外,还有较大的化学收缩和干燥收缩,砼早期(10 天-15 天)极限拉伸很低,这造成砼的早期裂缝。因砼的收缩,较高 的弹性模量和早期低徐变,会使砼内部产生较大的拉应
3、力,超过砼 的极限拉伸,则是造成砼后期裂缝的主要原因。 砼在浇筑一个月左右,完成收缩 40%。60 天内完成收缩 65%,20 年后完砼收缩的 98%。砼的收缩变形是一个初期大,以后 逐渐减少的过程。 2、间接原因: 边界条件如地基和侧面土对砼构件的变形约束作用,砼构件的刚 度差异,使砼变形不协调。 侧壁砼浇捣时地板刚度大,受到地板的刚度约束,早期形成压应 力,后期砼温度下降,产生拉应力,当拉应力大于钢筋的抗拉强度 时则出现裂缝。 砼变形与限制膨胀条件有关。当气温上升时,地板和底板砼因为 温度升高而向外膨胀,侧壁和地板相互约束,在侧壁的外侧形成垂 直裂缝,当地板和顶板受冷收缩时,侧壁内侧形成垂
4、直裂缝。由于 侧壁在边角部分受到的变形量比中部大,同时纵横侧壁的相互约束, 因而侧壁两端附近裂缝小,中部附近裂缝多。 侧壁内有柱时,由于截面突变,刚度有差异,侧壁的变形受到柱 的约束,往往产生应力集中,在离柱子 12m 的墙体上易出现纵向 收缩裂缝。 三、控制裂缝的措施 根据砼规 ,现浇钢筋砼地下室墙壁最大间距为 20m(室外) 、 30m(室内或土中) ,而又同时说明了对下列情况,如有充分依据和 可靠措施,伸缩缝最大间距可适当加大; 砼浇筑采用后浇带分段施工。 采用专门的预应力措施。 采取能减少砼温度变化或砼收缩的措施。 当增大伸缩缝间距时,尚应考虑温度变化和砼收缩对结构的影响。伸缩缝虽然是
5、根本解决砼收缩裂缝的措施,也有许多缺点,主要 是造价高,地下室不能连成整体,影响功能,伸缩缝的防水处理比 较麻烦,防水效果并不理想,同时近几年来超长砼结构的无缝设计 与施工技术不断实践与发展,且有许多成功的工程应用,取得良好 的效益。 采取的主要措施有以下这点: 1、补偿收缩砼 即在砼中渗入 UEA、HEA 等微膨胀剂。例如用 UEA 膨胀剂, 以 1020%等量取代水泥,拌制成补偿收缩砼,其限制膨胀率 2=0.020.05%,按公式 =ES2,可在砼中建立 0.20.7MPa 的预 压应力,从而抵制砼在硬化过程中全部或大部分拉应力,以砼的膨 胀值减去砼的最终收缩值的差值大于或等于砼的极限拉伸
6、即可控制 裂缝:2Smp,使砼结构不裂。 2、膨胀带 由于砼中膨胀剂的膨胀变形不会与砼的早期收缩变形完全补偿, 为了实现砼连续浇注无缝施工而设置的补偿收缩砼带,根据一些工 程实践,一般超过 60m 设置膨胀加强带。 膨胀带要求设置在砼收缩应力发生最大部位,一般地板和侧墙长 度方向的中间位置。对于超过普通砼伸缩缝设置间距的超长砼结构, 要进行连续无缝施工可设置多条膨胀加强带。 作用:膨胀加强带砼的设计强度常比相邻的砼设计强度提高 5MPa-10MPa,从而提高膨胀加强带砼的抗拉强度,防止砼在此部位 开裂。 膨胀带内砼的膨胀剂应比带外其它砼掺量高一点,产生较大 膨胀,而两侧砼的膨胀率较小,形成中部
7、大两边小的膨胀区,从而 补偿相应的收缩曲线,使任意长度可以不设伸缩缝。 做法:膨胀加强带宽 2-3m ,带的两侧布置中 5mm 的密孔钢丝网, 将带内砼和带外砼分开,为的是不让砼中石子通过,钢丝网垂直布 置在上下层(或内外层)钢筋之间,网两端分别绑扎在钢筋上。 膨胀带内增设 10%水平温度加强钢筋。与膨胀带方向垂直布置, 两端伸出膨胀带 2m 各与上下层(内外层)钢筋固定,配筋直径减 小,间距加密。 由于设置膨胀带主要是为了避免砼早期收缩变形,故膨胀带的保 留时间可为 1015 天,这比传统后浇带缩短 30 天的工期。满足工 程连续无缝设计施工的要求。 3、后浇带 后浇带作为膨胀加强带一样作为
8、砼早期短时期释放约束力的一种 技术措施,较长久性变形缝已有很大的改进并广泛任用。 根据文献:结构长度是影响温度应力的因素之一,但只在一方 范围对温度收缩应力较为显著,因此设置后浇带是“先放后抗、以放 为主”的主要技术措施。 后浇带的设计做法也各不相同。尤其是带内钢筋是否断开,有的 不但钢筋连续,还做加强筋连接。带的宽度具体多少为宜各不相同, 笔者认为: 尽量减少穿越后浇带钢筋的总量,以尽可能释放砼的收缩应 力。对于楼板内钢筋和侧壁,由于焊接或搭接施工比较方便均应作 断开处理。由于梁钢筋连接焊接等施工比较困难,可以留一部分连 续钢筋,尽量切断梁腹纵向钢筋和梁顶纵筋截断,保留梁底钢筋连 续贯通。
9、后浇带宽度内钢筋抗拉刚度 EAs 远比后浇带两侧砼的抗拉刚 度 EA 小,拉伸变形将主要由后浇带宽度范围内的钢筋提供,对于 钢筋全部截断的后浇带,理论上宽度仅有 100mm 就可以了,为施工 方便常取 800-1000mm, 但对于钢筋连续的后浇带,尽可能增大后浇 带的宽度。 后浇带保留时间为 4260d ,一般为 60d,这样早期温差和砼 收缩完成 3050% 。 材料:用高一等级的微膨胀砼封闭,并进行不少于 15d 的砼 养护。 位置:设在梁墙内力较小位置,后浇带间距为 3040m。后浇 带可做成企口式,在浇砼前,必须凿毛清理干净。 4、提高钢筋砼的抗拉能力 砼的抗裂能力取决于砼的极限拉伸
10、值,根据有关资料:混凝土的 极限拉伸值与配筋有关。固此,砼应考虑增加抗变形钢筋,即增强 对砼由于长期干缩和气温度化引起的热胀冷缩的抗变形能力。对于 侧壁,增加水平温度筋,在砼面层起强化作用。选择冷轧带肋钢筋, 冷轧扭钢筋,明显增强砼的抗裂能力。 在墙柱连接处设水平附加筋,附加筋的长度为 15002000mm, 配筋率提高 10%15%。 钢筋在保持总面积不变的情况下,根据直经小,钢筋布置间距密 的方式选择钢筋,能减少裂缝的最大宽度。同时也要考虑砼易于振 捣密实。 砼规规定:地下室等与土体直接接触的砼构件最大裂缝宽度 充许值为 0.2 mm 。当裂缝宽度为 0.10.2mm ,水进入砼与水泥产生
11、 反应,砼具有自愈能力。裂缝若控制在 0.1mm 以内时,则所配钢筋 数量增多而不经济。 侧壁受底板和顶板的约束,砼胀缩不一致,可在墙体中部设一道 水平暗梁抵抗拉力,水平构造筋放在竖筋的外侧,有利于控制墙体 裂缝的发生。 5、施工措施 优化砼配合比设计:通过试验优选合适的外加剂和掺合料,适当降低水灰比和减少水泥用量,选用水化热低的矿渣硅酸盐水泥, 选用优质粉煤灰,砂和石含泥量要小,级配良好。 砼应严格振捣密实,提高砼密实度。 落实好砼浇筑后的养护措施,尽量做好保湿保温养护,既可 使砼初期获得更高的强度,还可减少砼的温度应力与收缩应力,养 护时间在 14d 以上。 降低室外温差的影响。夏季施工时
12、应尽量避免在烈日下浇筑 楼板砼。降低砼的入模温度。地板垫层上干铺油毡作滑动层。地下 室四周土要及时回填,且应分层夯实,既加强地下室顶板作为上部 结构的嵌固部位,又可尽快避免室外温度变化对侧壁的影响。 四、工程实例 广州某住宅小区,地上为 10 栋 6 层的住宅,地下由一层地下室 连成一个整体,长度 150m,宽度 95m,相当于大底盘多塔楼结构。 地下室未设伸缩缝,为了有效克服砼的收缩裂缝,在地下室钢筋 砼结构中掺 10%的 HEA 膨胀剂(内掺量) ,做成补偿收缩砼。 长边方向设 3 条后浇带,宽度方向设 2 条后浇带,后浇带沿住宅 之间的道路位置,地下室底板、顶板和侧壁贯通设置。梁钢筋连续, 板和侧壁钢筋断开,后浇带做成弯折线形,避免钢筋在一条直线上 断开,保留时间为 60 天,封闭前把钢筋焊接。后浇带宽度为 1.0 m。为保险起见,预先在底板和侧壁后浇带设置止水带和多道外防 水以加强防水。 顶板在室外道路部分,覆土 1 米厚,既可铺设设备管道,也作为顶板的保温隔热层。底板采用厚板形式,双层双向配筋。侧壁厚 300,C30 砼,适当加强了侧壁水平钢筋作为抗拉筋。采用严格的施 工措施,加强振捣密实和养护,侧壁外及时回填土并夯实,工程建 成后观测,地下室使用情况良好。