地下室頂板裂縫的分析及處理

1、地下室頂板裂縫的分析及處理本人通過(guò)參加上海地區(qū)一項(xiàng)住宅工程地下室頂板裂縫處理過(guò)程，對(duì)裂縫的成因進(jìn)行分析，并提示了處理方法到預(yù)期效果，現(xiàn)將防治處理過(guò)程總結(jié)如下：一、 工程概況該工程地下室為一南北寬87m，東西長(zhǎng)215m的不規(guī)則形平面，南面敞開，沿東、北、西面周邊布置五幢高層住宅，地下室中除主樓占去的面積外，其余機(jī)種均用于停車（以下稱地庫(kù)）；高層主樓為剪力墻結(jié)構(gòu)，地庫(kù)為單層框架結(jié)構(gòu)，柱網(wǎng)一般為9 X 9m（范圍包括附圖第六、七區(qū)）。工程地處上海軟土地區(qū)，設(shè)計(jì)采用樁筏基礎(chǔ)，主樓為1000、1200mm的鉆孔灌注樁，樁端進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖層，地庫(kù)為800mm的鉆孔灌注樁，樁端只進(jìn)入砂層。地下室底板板厚400

2、mm采用帶肋筏板（樁基承臺(tái)），地下室頂板位于主樓一層樓面處，為肋形樓蓋，板厚120mm，地庫(kù)頂面為井字樓蓋，板的區(qū)格為3 X 3m，板厚150mm。地下室底板及頂板均采用整體現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，不留永久性變形縫，施工階段也不設(shè)后澆縫。該工程施工順序見圖一，在底板和地下室墻全部施工完畢后，第一階段按圖中第一、二、三區(qū)的順序澆灌地下室頂板，并施工一、二、三幢高層主樓，至三幢高層主樓結(jié)構(gòu)完工；第二階段按圖中第五、四、六區(qū)和第七區(qū)的順序澆灌地下室頂板混凝土，三個(gè)區(qū)之間間隔23個(gè)月，于1999年中澆完全部地下室頂板。2000年春夏之交，因雨季及頂板積水，發(fā)現(xiàn)頂板板底滲漏，經(jīng)檢查，頂板可見且貫穿裂縫達(dá)24

3、5條，比較集中于第四、第五和第六區(qū)，裂縫主要位于小井格板內(nèi)，其走向?yàn)榘宓膶?duì)角線方向，如附圖一所示。該工程在施工期間對(duì)樁基沉降進(jìn)行了觀測(cè)，到目前為止，三幢已建主樓基礎(chǔ)最大沉降量27mm，地庫(kù)只觀測(cè)一次，未見沉降。二、 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫及其控制（一） 裂縫的分類裂縫根據(jù)寬度大小和產(chǎn)生的原因可分為微觀裂縫和宏觀裂縫。1、 微觀裂縫：尚未承受荷載的混凝土結(jié)構(gòu)中存在肉眼不可見（寬度小于0.05mm）的裂縫。微觀裂縫可分為：1）粘著裂縫： 圍繞在骨料與水泥石（水泥漿凝固體）粘著面上的裂縫。2）水泥石裂縫： 水泥漿凝固體中的裂縫（存在于骨料與骨料之間）。3）骨料裂縫： 骨料本身的裂縫。大多數(shù)的微觀裂縫是粘

4、著裂縫和水泥石裂縫。微觀裂縫產(chǎn)生的原因是在溫度和濕度變化的情況下，混凝土逐步硬化并產(chǎn)生體積變形，由于骨料收縮很小，受熱時(shí)膨脹系數(shù)也較小，而水泥石的收縮較大，膨脹系數(shù)也大，故混凝土中的變形是不均勻的，不自由的。骨料和水泥石之間產(chǎn)生相互的約束力，特別是水泥石收縮時(shí)引起的內(nèi)應(yīng)力較大，從而引起水泥石裂縫和粘著裂縫。微裂縫的分布不規(guī)則，且沿裂縫截面是不貫穿的，故混凝土仍有良好的抗拉和抗剪能力。對(duì)防水防腐的使用也無(wú)危險(xiǎn)性，可認(rèn)為是無(wú)裂縫結(jié)構(gòu)。2、 宏觀裂縫：承受荷載（動(dòng)、靜荷載和變形引起的荷載）后混凝土結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的肉眼可見（寬度等于和大于0.05mm）的裂縫。宏觀裂縫可分為：1） 結(jié)構(gòu)變形裂縫：由外加荷載

5、作用和地基不均勻沉陷引起的裂縫。2） 材料特性裂縫：由水泥水化溫差、混凝土干燥收縮及外界氣溫變化引起的裂縫。3） 施工不良裂縫：由于混凝土澆注不密實(shí)、水灰比過(guò)大或過(guò)早拆模引起的裂縫。上述三種宏觀裂縫中，據(jù)大量調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果。結(jié)構(gòu)變形裂縫約占20%，材料特性和施工不良引起的裂縫約占80%。實(shí)踐證明，在荷載作用下或在溫度應(yīng)力、收縮應(yīng)力作用下，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中固有的微觀裂縫會(huì)逐漸擴(kuò)展并增多，形成宏觀裂縫。材料特性和施工不良引起的裂縫雖對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性影響不大，但會(huì)影響建筑物的正常使用，且在荷載作用下，這些裂縫也可能會(huì)擴(kuò)展而使結(jié)構(gòu)破壞，因此，必須對(duì)宏觀裂縫進(jìn)行控制。（二） 裂縫的控制1、 裂縫的形式從裂縫

6、的深度看有表面的、縱深（深度達(dá)構(gòu)件厚度一半以上）的和貫穿的；從裂縫的斷面看有上寬下窄的、下寬上窄的和等寬的；從位于構(gòu)件平面上的方向看有縱向的、橫向的和斜向的，裂縫的方向一般情況下與主應(yīng)力方向相垂直。2、 裂縫的控制標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范及工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，處于不同環(huán)境及使用要求下的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的最大裂縫寬度（max）的控制標(biāo)準(zhǔn)為：無(wú)侵蝕介質(zhì)，無(wú)防滲要求 max =0.30.4mm； 輕微侵蝕，無(wú)防滲要求 max =0.20.3mm； 嚴(yán)重侵蝕，無(wú)防滲要求 max =0.10.2mm；為了避免產(chǎn)生不允許的宏觀裂縫，應(yīng)當(dāng)采用有效的控制方法，采取必要的控制措施。3、 裂縫的控制方法1） 設(shè)置變形縫在不影

7、響建筑物的正常使用和美觀的情況下，宜按現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范要求設(shè)置永久性變形縫（伸縮縫、沉降縫或防震縫）。2） 設(shè)置后澆縫當(dāng)不允許或不便設(shè)置永久性變形縫時(shí)宜在施工階段設(shè)置后澆縫，其間距為2030m，或采用間隔時(shí)間較長(zhǎng)的施工縫分區(qū)施工。3） 不設(shè)變形縫或后澆縫在這種情況下應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)變形、材料收縮和徐變變形進(jìn)行計(jì)算，必須滿足由上述變形產(chǎn)生的拉應(yīng)力不超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度，并應(yīng)有下述的措施；設(shè)計(jì)措施：對(duì)墻、板等薄壁結(jié)構(gòu)（厚度200600mm）應(yīng)增配構(gòu)造鋼筋（溫度筋），提高混凝土的抗裂性能；配筋時(shí)盡量采用小直徑小間距的方案（如用814mm150mm），全截面配筋率應(yīng)在0.3%以上；結(jié)構(gòu)突變或開孔處會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，

8、應(yīng)在轉(zhuǎn)角或孔邊設(shè)置構(gòu)造筋或角筋；適當(dāng)提高混凝土的極限拉伸及抗拉強(qiáng)度。施工措施：嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，粗、細(xì)骨料的含泥量不超過(guò)11.5%；盡量減小水灰比（可加適當(dāng)減水劑）；澆灌混凝土?xí)r下料不宜太快，振搗時(shí)間515秒/次，保證混凝土密實(shí)；加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)，保持濕潤(rùn)15天以上。三、 地下室頂板裂縫分析根據(jù)上述鋼筋砼宏觀裂縫產(chǎn)生的原因和裂縫控制的一般原理，我們對(duì)該工程地下室頂板產(chǎn)生裂縫的原因進(jìn)行了分析，得出如下的看法。（一） 頂板宏觀裂縫主要是由于砼干燥收縮和氣溫變化而引起的，因?yàn)轫敯宓侥壳盀橹怪怀惺芷渥灾睾蜕倭渴┕ず奢d，結(jié)構(gòu)變形很小，不會(huì)引起裂縫，而其面積很大，原設(shè)計(jì)不設(shè)變形縫和后澆縫，雖然采

9、用了分區(qū)施工，但每區(qū)面積仍然偏大，施工縫間距超過(guò)了后澆縫間距（2030m）的要求。且頂板第三階段施工的時(shí)間在比較炎熱的夏季前后，全部拆模后又經(jīng)氣溫較低的冬春兩季，溫差大，收縮也大。由此在板中產(chǎn)生的主拉應(yīng)力超過(guò)砼的抗拉強(qiáng)度而開裂。（二） 從裂縫的分布和方向看，第一、二、三區(qū)最早施工，至少各有一邊有伸縮縫余地，故裂縫數(shù)量很少，同時(shí)由于建了高層主樓，靠近地下室墻、板周邊剛度均較大，裂縫伸展受到限制，方向也不規(guī)則；第四區(qū)至第七區(qū)因第二批施工，各邊伸縮變形均受到一定的限制，收縮應(yīng)力和溫度應(yīng)力較大，且未建高層主樓，總的來(lái)說(shuō)板的周邊剛度較小，裂縫伸展較自由，故數(shù)量較多，關(guān)于裂縫的方向問(wèn)題，可以作如下的分析。

10、如圖二所示。圖中（a）表示當(dāng)板寬B遠(yuǎn)小于板長(zhǎng)L時(shí)，沿L方向的應(yīng)力x遠(yuǎn)大于沿寬度方向的應(yīng)力y，裂縫產(chǎn)生于板的中央且方向垂直于長(zhǎng)邊；圖中（b）表示當(dāng)B<L但兩者相差不大時(shí)，x>y，裂縫產(chǎn)生于板的中間但方向傾斜；圖中（c）表示當(dāng)B=L時(shí)，x=y，裂縫為對(duì)角線方向。位于第四、五、六三個(gè)區(qū)交界的地庫(kù)頂板處，板中主要的有收縮和溫度應(yīng)力x=y，但由于西北角（見圖一）基礎(chǔ)沉降大于東南角基礎(chǔ)的沉降，盡管這種差異沉降很小，對(duì)建筑群的安全和正常使用不會(huì)帶來(lái)?yè)p害但會(huì)在地庫(kù)頂板中產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力，增加了朝西北方向的拉應(yīng)力（+），（為x和y的合力），故此部分裂縫的方向朝著東北（或西南）方向，且裂縫的寬度必然增

11、大，如圖三（a）所示，第四，五區(qū)靠南墻處，因基礎(chǔ)差異沉降引起的拉應(yīng)力的方向與圖（a）相反，故拉應(yīng)力合成結(jié)果改變了裂縫的方向，如圖三（b）所示，此處的裂縫寬度必略小。（三） 從設(shè)計(jì)方面看，應(yīng)該通過(guò)計(jì)算頂板每一區(qū)格的收縮應(yīng)力和溫度應(yīng)力，增配構(gòu)造鋼筋，并使其符合配筋的構(gòu)造要求。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)了解，頂板配置了上下雙層雙向10200鋼筋網(wǎng),其全截面配筋率雖滿足配筋率的要求,但鋼筋的間距過(guò)大,如能改配8100鋼筋網(wǎng)，則效果會(huì)很好。其次，頂板有開小洞處，因洞角處應(yīng)力集中，也產(chǎn)生了斜向裂縫，可能是未配洞角構(gòu)造鋼筋所致。另外，最大間距是：長(zhǎng)達(dá)215m的地下室頂板，設(shè)計(jì)上既無(wú)設(shè)伸縮縫，后澆帶也沒(méi)有采用微膨脹砼，不符合現(xiàn)

12、行設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定，是產(chǎn)生裂縫的重要原因。（四） 從施工方面看，施工縫間距過(guò)大。頂板底部有局部蜂窩現(xiàn)象，說(shuō)明砼搗筑欠密實(shí)。我們抽測(cè)了十四處頂板鋼筋位置，結(jié)果為：板底鋼筋的砼保護(hù)層厚度為1620mm，偏大；板頂鋼筋的砼保護(hù)層厚度為1838mm，更偏大；鋼筋縱橫間距為180220mm，說(shuō)明保護(hù)層厚度超過(guò)要求，減弱了頂板的抗拉和抗彎能力，板中鋼筋分布也不均勻。上述問(wèn)題是頂板裂縫的主要因素。另外，施工期間，地下室頂板作為施工場(chǎng)地，沒(méi)有及時(shí)覆土遮蓋，烈日暴曬也是產(chǎn)生裂縫的一個(gè)原因。四、 地下室頂板裂縫的處理本工程地庫(kù)頂板在使用階段雖有覆蓋土，土上也栽有花草等常綠植物，可保持其處于濕潤(rùn)狀態(tài)，故溫度變形將大大

13、減少，施工階段出現(xiàn)的裂縫有些將閉合，有些寬度將減小，但地庫(kù)頂板是屋面板，荷載也大，必須嚴(yán)格防止?jié)B漏，其最大裂縫寬度不應(yīng)超過(guò)0.1mm使其不影響地庫(kù)的安全和正常使用。因此，施工階段產(chǎn)生的裂縫必須進(jìn)行有效的修補(bǔ)。頂板裂縫修補(bǔ)處理順序如下；（一） 清除頂板雜物并沖刷干凈（二） 經(jīng)進(jìn)一步詳細(xì)勘查，發(fā)現(xiàn)頂板裂縫寬度一般為0.040.1mm，每條裂縫平均長(zhǎng)度為2米左右，裂縫總條數(shù)經(jīng)統(tǒng)計(jì)大約為250條，主要分布在四，五，六區(qū)，裂縫走向如附圖一所示，而且雨天從地下室里觀察，可見裂縫中有白色的游離鈣析出物，很明顯，裂縫大部分均貫穿地下室頂板。（三） 根據(jù)以上裂縫的特點(diǎn)，選用中科院化學(xué)研究所研制的“改性環(huán)氧樹脂”

14、系列材料對(duì)該工程頂板裂縫進(jìn)行化學(xué)灌漿處理。1、 材料選擇改性環(huán)氧樹脂漿材，其具有以下優(yōu)良性能：（1） 起始粘度低，可灌性好，可灌入小至0.01mm的小裂縫中。（2） 固化體的力學(xué)性能指標(biāo)高，抗壓強(qiáng)度為7090Mpa，抗彎強(qiáng)度為3080Mpa，裂縫粘結(jié)強(qiáng)度為1.72.8Mpa.（3） 粘結(jié)力強(qiáng),可與混凝土形成一體.（4） 固結(jié)體不易老化。（5） 固結(jié)體不受酸堿，細(xì)菌等生物的侵蝕。2、 施工工藝（1） 清縫找出裂縫，在裂縫明顯處用切割機(jī)沿裂縫兩邊割開，深度在0.51厘米左右,用鑿子剔除表面松散層,形成“”型槽，用鋼絲刷刷干凈貫穿裂縫兩面的浮土或沉積物，使裂縫暴露出來(lái)，再用讀數(shù)顯微鏡讀出裂縫的大小。

15、（2） 預(yù)埋灌漿嘴在鑿開處沿裂縫每隔3050厘米預(yù)埋一個(gè)灌漿嘴頭，用膠泥固定灌漿嘴后，在裂縫處的混凝土上下兩面，再用膠泥封閉裂縫。（3） 試氣灌漿前用空氣壓縮機(jī)試氣，試氣有兩個(gè)作用：檢查裂縫是否止好；吹開縫內(nèi)的灰塵，形成更好的灌漿通道。（4） 灌漿待止縫膠泥固化并有一定強(qiáng)度后，配制改性環(huán)氧樹脂灌漿液，用手搖壓力泵從預(yù)埋灌漿嘴管中灌入裂縫中，使裂縫中充滿漿液，即可綁扎封閉灌漿管。（5） 后處理待漿液固結(jié)后，敲掉灌漿管。3、 質(zhì)量控制（1） 裂縫的清理是保證質(zhì)量的第一關(guān)，裂縫中已充滿了砂塵，裂縫下表面有游離鈣析出物，若不清理干凈，則大大影響漿材的粘結(jié)力和固結(jié)體強(qiáng)度。（2） 止縫是保證質(zhì)量的第二關(guān)，止縫后，要求確保裂縫與灌漿系統(tǒng)形成密閉體系。（3） 灌漿時(shí)，要求灌漿壓力達(dá)到0.40.5Mpa，并恒壓5分鐘，保證灌漿的質(zhì)量。（4） 控制進(jìn)漿量，保證裂縫充滿漿液。從灌漿量看，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，平均每米裂縫的灌漿量為90毫升，經(jīng)施工過(guò)的裂縫寬度普遍為0.040.1毫米，如果按0.1毫米寬度的裂縫計(jì)算，每米長(zhǎng)的裂縫容積才有14毫升，可見進(jìn)漿量足以達(dá)到要求。（5） 由于施工階段晝夜溫差達(dá)15度，根據(jù)已知的溫度變化規(guī)律，選擇在溫度較低的夜間進(jìn)行灌漿。（6） 在修補(bǔ)過(guò)的混凝土板裂縫處砌筑蓄水槽，灌水浸泡24小時(shí)，觀察修補(bǔ)后裂縫是否滲漏