地下室顶板裂缝的分析及处理分析

地下室顶板裂缝的分析及处理

本人通过参加上海地区一项住宅工程地下室顶板裂缝处理过程，对裂缝的成因进行分析，并提示了处理方法到预期效果，现将防治处理过程总结如下：

一、工程概况

该工程地下室为一南北宽87m，东西长215m的不规则形平面，南面敞开，沿东、北、西面周边布置五幢高层住宅，地下室中除主楼占去的面积外，其余机种均用于停车（以下称地库）；高层主楼为剪力墙结构，地库为单层框架结构，柱网一般为9 X 9m（范围包括附图第六、七区）。

工程地处上海软土地区，设计采用桩筏基础，主楼为￠1000、￠1200mm的钻孔灌注桩，桩端进入强风化岩层，地库为￠800mm的钻孔灌注桩，桩端只进入砂层。地下室底板板厚400mm采用带肋筏板（桩基承台），地下室顶板位于主楼一层楼面处，为肋形楼盖，板厚120mm，地库顶面为井字楼盖，板的区格为3 X 3m，板厚150mm。地下室底板及顶板均采用整体现浇钢筋混凝土结构，不留永久性变形缝，施工阶段也不设后浇缝。

该工程施工顺序见图一，在底板和地下室墙全部施工完毕后，第一阶段按图中第一、二、三区的顺序浇灌地下室顶板，并施工一、二、三幢高层主楼，至三幢高层主楼结构完工；第二阶段按图中第五、四、六区和第七区的顺序浇灌地下室顶板混凝土，三个区之间间隔2~3个月，于1999年中浇完全部地下室顶板。

2000年春夏之交，因雨季及顶板积水，发现顶板板底渗漏，经检查，顶板可见且贯穿裂缝达245条，比较集中于第四、第五和第六区，裂缝主要位于小井格板内，其走向为板的对角线方向，如附图一所示。

该工程在施工期间对桩基沉降进行了观测，到目前为止，三幢已建主楼基础最大沉降量27mm，地库只观测一次，未见沉降。

二、钢筋混凝土结构裂缝及其控制

（一）裂缝的分类

裂缝根据宽度大小和产生的原因可分为微观裂缝和宏观裂缝。

1、微观裂缝：尚未承受荷载的混凝土结构中存在肉眼不可见（宽度小于0.05mm）的裂缝。微观裂缝

可分为：

1）粘着裂缝：围绕在骨料与水泥石（水泥浆凝固体）粘着面上的裂缝。

2）水泥石裂缝：水泥浆凝固体中的裂缝（存在于骨料与骨料之间）。

3）骨料裂缝：骨料本身的裂缝。

大多数的微观裂缝是粘着裂缝和水泥石裂缝。微观裂缝产生的原因是在温度和湿度变化的情况下，混凝土逐步硬化并产生体积变形，由于骨料收缩很小，受热时膨胀系数也较小，而水泥石的收缩较大，膨胀系数也大，故混凝土中的变形是不均匀的，不自由的。骨料和水泥石之间产生相互的约束力，特别是水泥石收缩时引起的内应力较大，从而引起水泥石裂缝和粘着裂缝。

微裂缝的分布不规则，且沿裂缝截面是不贯穿的，故混凝土仍有良好的抗拉和抗剪能力。对防水防腐的使用也无危险性，可认为是无裂缝结构。

2、宏观裂缝：承受荷载（动、静荷载和变形引起的荷载）后混凝土结构中产生的肉眼可见（宽度等

于和大于0.05mm）的裂缝。宏观裂缝可分为：

1）结构变形裂缝：由外加荷载作用和地基不均匀沉陷引起的裂缝。

2）材料特性裂缝：由水泥水化温差、混凝土干燥收缩及外界气温变化引起的裂缝。

3）施工不良裂缝：由于混凝土浇注不密实、水灰比过大或过早拆模引起的裂缝。

上述三种宏观裂缝中，据大量调查统计结果。结构变形裂缝约占20%，材料特性和施工不良引起的裂缝约占80%。

实践证明，在荷载作用下或在温度应力、收缩应力作用下，钢筋混凝土结构中固有的微观裂缝会逐渐扩展并增多，形成宏观裂缝。材料特性和施工不良引起的裂缝虽对结构的安全性影响不大，但会影响建筑物的正常使用，且在荷载作用下，这些裂缝也可能会扩展而使结构破坏，因此，必须对宏观裂缝进行控制。

（二）裂缝的控制

1、裂缝的形式

从裂缝的深度看有表面的、纵深（深度达构件厚度一半以上）的和贯穿的；从裂缝的断面看有上宽下窄的、下宽上窄的和等宽的；从位于构件平面上的方向看有纵向的、横向的和斜向的，裂缝的方向一般情况下与主应力方向相垂直。

2、裂缝的控制标准

根据我国现行规范及工程实践经验，处于不同环境及使用要求下的钢筋混凝土结构的最大裂缝宽度（δmax）的控制标准为：

无侵蚀介质，无防渗要求δmax =0.3~0.4mm；

轻微侵蚀，无防渗要求δmax =0.2~0.3mm；

严重侵蚀，无防渗要求δmax =0.1~0.2mm；

为了避免产生不允许的宏观裂缝，应当采用有效的控制方法，采取必要的控制措施。

3、裂缝的控制方法

1）设置变形缝

在不影响建筑物的正常使用和美观的情况下，宜按现行有关规范要求设置永久性变形

缝（伸缩缝、沉降缝或防震缝）。

2）设置后浇缝

当不允许或不便设置永久性变形缝时宜在施工阶段设置后浇缝，其间距为20~30m，或

采用间隔时间较长的施工缝分区施工。

3）不设变形缝或后浇缝

在这种情况下应对结构变形、材料收缩和徐变变形进行计算，必须满足由上述变形产

生的拉应力不超过混凝土的抗拉强度，并应有下述的措施；

设计措施：对墙、板等薄壁结构（厚度200~600mm）应增配构造钢筋（温度筋），提高混凝土的抗裂性能；配筋时尽量采用小直径小间距的方案（如用￠8~14mm@150mm），全截面配筋率应在0.3%以上；

结构突变或开孔处会产生应力集中，应在转角或孔边设置构造筋或角筋；适当提高混凝土的极限拉伸及抗拉强度。

施工措施：严格控制原材料质量和技术标准，粗、细骨料的含泥量不超过1~1.5%；尽量减小水灰比（可加适当减水剂）；浇灌混凝土时下料不宜太快，振捣时间5~15秒/次，保证混凝土密实；加强混凝土养护，保持湿润15天以上。

三、地下室顶板裂缝分析

根据上述钢筋砼宏观裂缝产生的原因和裂缝控制的一般原理，我们对该工程地下室顶板产生裂缝的原因进行了分析，得出如下的看法。

（一）顶板宏观裂缝主要是由于砼干燥收缩和气温变化而引起的，因为顶板到目前为止只承受其自重和少量施工荷载，结构变形很小，不会引起裂缝，而其面积很大，原设计不设变形缝

和后浇缝，虽然采用了分区施工，但每区面积仍然偏大，施工缝间距超过了后浇缝间距

（20~30m）的要求。且顶板第三阶段施工的时间在比较炎热的夏季前后，全部拆模后又

经气温较低的冬春两季，温差大，收缩也大。由此在板中产生的主拉应力超过砼的抗拉强

度而开裂。

（二）从裂缝的分布和方向看，第一、二、三区最早施工，至少各有一边有伸缩缝余地，故裂缝数量很少，同时由于建了高层主楼，靠近地下室墙、板周边刚度均较大，裂缝伸展受到限

制，方向也不规则；第四区至第七区因第二批施工，各边伸缩变形均受到一定的限制，收

缩应力和温度应力较大，且未建高层主楼，总的来说板的周边刚度较小，裂缝伸展较自由，

故数量较多，关于裂缝的方向问题，可以作如下的分析。如图二所示。图中（a）表示当

板宽B远小于板长L时，沿L方向的应力σx远大于沿宽度方向的应力σy，裂缝产生于

板的中央且方向垂直于长边；图中（b）表示当Bσy，裂缝

产生于板的中间但方向倾斜；图中（c）表示当B=L时，σx=σy，裂缝为对角线方向。

位于第四、五、六三个区交界的地库顶板处，板中主要的有收缩和温度应力σx=σy，但由于西北角（见图一）基础沉降大于东南角基础的沉降，尽管这种差异沉降很小，对建筑群的安全和正常使用不会带来损害但会在地库顶板中产生一定的拉应力Δσ，增加了朝西北方向的拉应力（Δσ+σ），（σ为σx和σy的合力），故此部分裂缝的方向朝着东北（或西南）方向，且裂缝的宽度必然增大，如图三（a）所示，第四，五区靠南墙处，因基础差异沉降引起的拉应力Δσ的方向与图（a）相反，故拉应力合成结果改变了裂缝的方向，如图三（b）所示，此处的裂缝宽度必略小。

（三）从设计方面看，应该通过计算顶板每一区格的收缩应力和温度应力，增配构造钢筋，并使其符合配筋的构造要求。根据现场了解，顶板配置了上下双层双向￠10@200钢筋网,其全

截面配筋率虽满足配筋率的要求,但钢筋的间距过大,如能改配￠8@100钢筋网，则效果会

很好。其次，顶板有开小洞处，因洞角处应力集中，也产生了斜向裂缝，可能是未配洞角

构造钢筋所致。另外，最大间距是：长达215m的地下室顶板，设计上既无设伸缩缝，后

浇带也没有采用微膨胀砼，不符合现行设计规范的规定，是产生裂缝的重要原因。