地下室挡土墙混凝土裂缝的成因与防治措施

地下室档土墙混凝土裂缝的成因与防治措施
王强
某高层建筑檐口高度100.4米,该工程地上三十四层,地下两层,地下室面积为55000㎡,地下室筏板面标高-9.9米,抗水板板面标高-11.9米,地下室顶板面标高-0.2～-2.2米。

主楼基础采用1.7米厚的筏板基础,其余为承台基础,地下室抗水板厚400mm,由后浇带划分为十六个区域。

地下室承台和底板于2010年04月底开工,07月上旬顶板浇筑完成。

地下室外墙设计厚度负二层400mm、负一层为300厚，混凝土强度为C35（承受上部主楼的地下室外墙为C40）。

地下室从四月底至七月上旬按后浇带的划分区段的先后顺序进行施工,分区的混凝土浇筑完毕后的第十天拆开墙柱的侧模,结果发现地下层的剪力墙体出现多条裂缝,特别是大部分地下室挡土墙（部分内墙）与水平方向垂直相交的次梁作用处,有一条从梁底到基础顶的细裂缝,但未发现贯穿性裂缝。

上述裂缝的宽度一般在0.3mm以上,少部分在0.3mm以下,这些裂缝较有规律:比较竖直，两端尖细、中间宽,是在墙模板拆除时发现裂缝的,可以肯定它不是外荷载引起的裂缝（因为当时尚未上荷、挡墙外侧亦未回填土方以及整个梁板模板支架尚未拆除）,经过初步分析，它应该是混凝土温度收缩时所引起的干缩裂缝。

1 墙体裂缝分析
1.1 材料方面的分析
1.1.1 掺合料的总掺量过多。

该工程地下室墙体设计厚度为400mm,属大厚度混凝土墙体,为了降低水化热,在买不到矿渣水泥的情况下,现场砼搅拌站在普通硅酸盐水泥中,掺合了水泥用量的18％的粉煤灰和7％的磨细矿渣。

按现有大体积砼施工规范,粉煤灰或矿粉掺量不得大于水泥用量的15％,两者合掺时不得大于水泥用量的20％。

从理论上讲,粉煤灰取代部分水泥可以降低水泥的水化热升温,有助于减少混凝土的温度收缩和干燥收缩。

但本工程除了掺入粉煤灰之外,还掺入了磨细矿渣,掺合料的总掺量过多。

掺合后的标准稠度需水量较大,但保持水分的能力较差,泌水性较大,使混凝土的干缩性增大。

1.1.2 配置C35和C40混凝土的单方水泥用量过大。

本工程的C40混凝土,在扣除取代掺合料后的水泥用量还需360Kg/m3。

由于水泥用量多,导致混凝土多余水分增大。

混凝土失水后,收缩也加大。

1.1.3 混凝土用水量多。

该工程地下室混凝土采用泵送混凝土,坍落度较大为150mm，掺水量达到了190Kg,水灰比超过了0.5，其结果也增大了混凝土的收缩,增大了墙体开裂的可能性。

1.1.4 原材料温度过高。

砂、石料场完全暴露在露天，未采取有效措施予以遮挡，加之是在夏季的高温时节施工，致使砂石入主机后搅拌出来的拌合物温度过高，增加了混凝土温度裂缝产生的可能性。

1.2 设计方面的分析
1.2.1 钢筋保护层厚度太厚。

地下室外墙竖向钢筋设计为Φ18@200,水平筋为Φ16,位置在竖筋的内侧,地下室外墙外侧竖向钢筋保护层要求为40mm,内侧为20mm,这样从墙体外表面到抗收缩的水平筋的尺寸分别为66mm和
46mm,此尺寸为地下层外墙体表面素混凝土的厚度,特别是地下室消防水池的墙体,其竖向钢筋保护层的厚度要求为50mm,即从墙体表面到抗开裂的水平筋素混凝土厚度达到76mm。

造成墙体表面存在着一层厚厚的素混凝土。

当混凝土浇注后,水化热在墙体内部和墙体表面由于散热不一样,温度也不一样,内部温度高,表面温度低,形成温度梯度,使混凝土墙体内部产生压应力,表面产生拉应力,拉应力超过混凝土的抗拉强度时,即产生裂缝。

裂缝一般是从表面向内部发展,而本工程地下室墙体钢筋保护层太厚,超出混凝土结构设计规范的规定,又没有对保护层采取有效的防裂构造措施,客观上助长了表面收缩裂缝向墙体内部发展,本工程地下剪力墙的裂缝应该与钢筋保护层厚度太厚分不开。

1.2.2 墙体中水平筋直径和间距大。

在一般情况下,对有防裂要求的结构,设计上对钢筋的选用是采用密和小的手法,本工程若采用Φ14@100～150,防裂效果可能更好。

1.2.3 用后浇带代替伸缩缝。

后浇带代替伸缩缝,其间距应符合混凝土结构设计规范的要求。

规定现浇式地下室墙类结构,室内或土中最大间距为30米,露天为20米。

而本工程地下室后浇带的划分原则,只考虑设置在受力和变形最小的部位,即主楼与裙搂交接处。

后浇带的间距超过表中的规定距离(很多地方间距达到了38米)。

该工程地下室面积大,单层面积达到了27000㎡。

需要等地下结构全部施工完毕,结构验收合格,外墙防水经试水验收合格后,方可回填土方。

1.2.4 水平方向的次梁直接作用在挡土墙上。

根据观察，凡是梁直接作用在挡墙上的，梁底下竖向开裂占了绝大部分；而直接作用在柱上的梁底下，
则基本上未发现有开裂的迹象。

若是在次梁作用的挡墙部位增设构造暗柱，防裂效果可能会更明显。

实践证明，在后续工程中，采用了该作法的要比未采用的抗裂效果要好得多，而此种构造作法往往在设计时被忽略了。

1.3 其它方面的分析
1.3.1 养护不到位、不及时。

虽然现场也对内、外墙和柱进行养护,但往往只淋在了板的顶面上,有时偶而也会对外墙外侧模板淋一下,但水分很快顺模板流下,对外墙的混凝土起不到养护作用，加之该墙体工程施工时的几天气温较高,气温近35℃。

而外墙体浇筑混凝土后第十天才拆模,对墙体来说,这十天的养护完全不到位,模板拆开后,发现墙体2～3米之间就有一条收缩裂缝,这是侧墙面无养护到位的例证。

1.3.2 现场建的搅拌站，其操作人员业务水平不高，存在设备计量不准确、擅自听作业人员的话而加大砂率的情况发生；同时砂、石的现场含水量发生变化时，未请示作适当的施工配合比调整。

加之现场搅拌站场地内缺乏有效的管理，致使场内排水不畅，污染了砂石原材料，使得含泥量超标。

2 防治措施
要避免混凝土产生裂缝，首先应了解混凝土产生裂缝的原因及其过程，对混凝土的开裂现象，一直被简化为完全弹性体来对待的。

受约束的混凝土产生收缩时，就会产生拉应力，拉应力的大小就等于收缩应变与混凝土弹性模量的乘积。

当混凝土的收缩到达一个极限，即产生的拉应力大于混凝土极限抗拉强度时，混凝土就被拉裂而出现裂缝。

但实际上混凝土所产生的部分拉应力会被徐变松弛所释放，释放后的实际应力才决定混凝土是否裂开。

另
外，随着混凝土早期强度的提高，混泥土的弹性摸量迅速增加，同时也将丧失较大的应力、松弛能力。

所以要提高混凝土抗裂性能，不但要减小混凝土的收缩，而且还要降低混凝土的早期弹性摸量和提高早期应力松弛能力。

而降低混凝土的早期弹性模量和提高早期应力松弛能力的有效途径是降低混凝土的早期强度。

2.1裂缝防治的施工措施
2.1.1混凝土拌制应有详细的技术要求。

商品混凝土应严格记录每车混泥土的搅拌时间、出站时间、进场时间、开始浇筑时间，并分批汇总分析。

2.1.2混凝土搅拌前应严格按照施工配合比进行各种原材料的计量，并根据原材料的含水率变化对设计配合比进行调整。

应保证混凝土的搅拌时间，混凝土拌合物的入模坍落度不宜过大，严禁在搅拌机以外二次加水搅拌。

2.1.3混凝土浇筑时，应保证振捣地时间和位置，防止漏振、欠振和过振。

严禁用振捣棒撬拔钢筋或用振捣钢筋的方法振捣混泥土。

对于钢筋密集部位的混凝土宜采用小直径振捣器或体外振捣方法振捣。

对已初捣的混凝土不应再进振捣，避免破坏已形成的混泥土结构强度，而应带其充分凝固以后按施工缝的接搓进行处理。

2.2裂缝防治的技术措施
2.2.1 添加使用高效能的减水剂，降低水灰比，减少用水量。

尽量避免添加使用早强剂。

2.2.2 优化混凝土配合比以及粗骨料的颗粒级配，控制好外加挤的掺量
以及质量，严把材质关。

2.2.3 冲洗砂石，降低含泥量和入机搅拌时的原材料温度。

2.2.3 加强养护,拆模后除及时洒水养护外，墙面辅以喷洒养生薄膜或养护剂。

2.2.4 定期组织搅拌站操作人员进行技能培训。

除了掌握必要的设备保养维护外，适当对混凝土原材料方面的知识加以应用培训。

3裂缝处理建议
3.1 宽度小于或等于0.3mm的非贯穿裂缝，对结构承载力及持久强度无有害影响，此类裂缝可不做处理。

3.2 宽度大于0.3mm的非贯穿裂缝。

此类裂缝会引起钢筋锈烛，影响结构持久承载力，这种裂缝应用环氧胶泥进行封闭。

3.3 贯穿性漏水裂缝。

此类裂缝会引起钢筋锈烛，影响使用功能，应采用水溶性聚氨酯进行化学灌浆。

3.4 贯穿性非渗漏裂缝，应用环氧树脂灌浆补强。

整个需要处理的裂缝约占出现裂缝的70%，裂缝处理需工期2个月，化学灌浆可与上步结构施工同步进行，经处理后工程可以满足建筑结构对承载力和耐久性的要求。