淺析建筑結(jié)構(gòu)裂縫成因及加固措施
-以浙江某高層建筑為例
呂秋玲
摘 要：改革開放以來,我國建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,在國民經(jīng)濟中的地位和作用日趨重要。隨著建設事業(yè)的蓬勃發(fā)展和建設規(guī)模的不斷擴大,建設工程質(zhì)量成為社會關注的熱點。本文筆者結(jié)合工程實例，分析了高層建筑地下室結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因及其分布情況，詳細闡述了裂縫加固處理措施，以供參考。
關鍵詞：地下室施工；結(jié)構(gòu)裂縫；后澆帶；加固措施
1 工程概況
浙江某高層建筑工程,地下室 2 層，地上部分為三幢主樓，中 間一幢為 15層，旁邊兩幢為12層。地下室底板為筏板，板厚 800mm。主樓地梁斷面以 600mm×1700mm 為主；廣場地梁為暗梁，斷面尺寸為 400mm ×800mm。地下2 層、1 層外墻板厚度分別為 500mm、350mm。地下室 1 層樓板與頂板厚度均為200mm。基礎底板采用 C35、P8混凝土摻 10％UEA-H 外加劑，地下室其它結(jié)構(gòu)采用 C40、P 8混凝土摻 12％UEA-H外加劑，混凝土坍落度均為 120±20mm。地下室平面形狀基本呈狹長的矩形，東西向長度約為 183.8m，南北向?qū)挾燃s為 49.8m，地下室面積為 19316.55m2， 柱網(wǎng)間距為 8.4m。整個地下室設置三條后澆帶，將結(jié)構(gòu)分成 A、B 、C、D 四塊。

圖 1 地下2 層平面圖

2 地下室施工與裂縫分布情況
2.1 混凝土施工質(zhì)量
采用預拌混凝土，運到現(xiàn)場的混凝土坍落度稍大于 12cm。在施工過程中有擅自往混凝土中加水的現(xiàn)象，混 凝土總體質(zhì)量較好，澆 搗密實，內(nèi) 實外光，尺 寸正確。現(xiàn)場實體檢測與混凝土試塊強度均達到設計要求。
2.2 沉降與裂縫現(xiàn)象
地下室底板與地 2層墻板在2005年 2月完成，地下室四個區(qū)塊分別在3月底4月初結(jié)頂。地下室后澆帶均在相應結(jié)構(gòu)施工 60d 后封堵。5月底 6月初底板后澆帶封堵時主樓施工到 4 層。從2005年6 月份開始有較明顯的沉降，地下2層南側(cè)外墻板開始出現(xiàn)裂縫，數(shù) 量逐漸增加，隨后地下2層北側(cè)外墻板也開始出現(xiàn)裂縫。到 2005年 8 月外墻板裂縫數(shù)量明顯增多。2005年12月地下室頂板開始出現(xiàn)裂縫且數(shù)量較多，地下室底板后澆帶與個別柱腳邊出現(xiàn)裂縫。到 2006年 1月 3日封頂時測得最大沉降量為 9mm，最小沉降量 10mm，至2006年2月上旬沉降穩(wěn)定，沒有新裂縫出現(xiàn)。
2.3 地下室結(jié)構(gòu)裂縫分布
2.3.1 外墻板裂縫
1）南側(cè)外墻板：地下 2 層外墻板裂縫明顯多于北側(cè)。地下 2 層南側(cè)外墻板除兩端有 1、2條呈45°角分布的裂縫外，其余均為豎向分布，基本上每隔 1～1.5m 有一條，且有相當一部分為貫穿裂縫。大部分豎向裂縫集中在墻體中部，有 3、4 條裂縫從底部一直貫穿到地下 1 層的樓板處（ 暗梁處也有貫穿裂縫）。地下1層南側(cè)墻體裂縫數(shù)量大大減少，約有20多條，也呈豎向分布，分布在中間 B、C 區(qū)墻板上的裂縫相應較多。
2）北側(cè)外墻板：北側(cè)地下2層墻板裂縫總計有10多條，大部分為貫穿裂縫，主要集中在后澆帶附近主樓橫向剪力墻與外墻板連接處、電梯井樓梯間筒體與外墻板連接處。裂縫基本呈豎向布置，個別有呈 60°左右的短裂縫。地下1層外墻板無貫穿裂縫。
2.3.2 地下室底板裂縫
底板在三條后澆帶處均有裂縫，并有滲水現(xiàn)象。在后澆帶附近的○B(yǎng)/⑧、○B(yǎng)/ ○19 的柱子根部出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，裂縫沿柱根呈“ 口”字 形，有滲水現(xiàn)象�！養(yǎng) /○18 處柱子根部有極輕微的裂縫，極少量點狀水跡。
2.3.3 地下室頂板裂縫
頂板有貫穿裂縫，裂縫集中在 ○C 軸以南，其中B、C 區(qū)裂縫數(shù)量較多。幾條較長裂縫從 ○A軸外墻處向內(nèi)開裂，裂縫由粗變細，長度為 2～3m，有滲水現(xiàn)象。所有裂縫基本與建筑物橫向平行。地下室頂板 JS 防水施工前經(jīng)試水無裂縫與滲水現(xiàn)象，裂縫在頂板 JS 復合防水涂料、4 0mm 厚鋼筋混凝土剛性防水層施工完畢后產(chǎn)生。
3 地下室結(jié)構(gòu)裂縫原因分析
3.1結(jié)構(gòu)超長、后澆帶封閉過早
三條后澆帶將結(jié)構(gòu)分成四塊，縱向自西向東每塊長度分別為 51.5m、42.9m、44.9m、44.5m，橫 向長度為 49.8m。按規(guī)范每塊底板與墻板（很長一段時間裸露在室外）的 長度宜控制在30m左右，因此每塊結(jié)構(gòu)長度也較長。后澆帶混凝土在相應結(jié)構(gòu)完成后 60d 澆搗，后澆帶封閉后結(jié)構(gòu)長度一下子達到了183.8m，60d后混凝土仍有50％左右的變形量沒有釋放，后澆帶封閉其實是一個加載過程，封閉前混凝土收縮應力與結(jié)構(gòu)抗裂能力達到平衡，封閉后平衡被破壞。因此結(jié)構(gòu)超長、后澆帶封閉過早是結(jié)構(gòu)
產(chǎn)生裂縫的一個重要原因。
3.2 預拌混凝土質(zhì)量
本工程采用預拌混凝土，坍落度較大為12cm，且施工過程中運到現(xiàn)場的混凝土坍落度稍大于設計要求的坍落度，在施工過程中有往混凝土中加水的現(xiàn)象�；炷�土用水量總體較大，實際施工坍落度較大，造 成握裹力減弱，影響抗裂能力。大坍落度、流動性混凝土施工，在混凝土成形時易離析，碳化也較大，混凝土相對薄弱。因此混凝土本身的質(zhì)量也是裂縫產(chǎn)生的一個主要原因。其它如混凝土配合比設計、原材料控制等均比較理想，不是本工程裂縫出現(xiàn)的主要原因。
3.3 不同結(jié)構(gòu)部位的不同原因分析
地下室南北外墻板、頂板、底板的結(jié)構(gòu)部位不同，其產(chǎn)生裂縫的其它原因也有所不同，在此分別進行論述。
3.3.1 地下室外墻板
溫度變化混凝土收縮，使超長的墻板產(chǎn)生豎向裂縫，裂縫間距比較均勻。墻板兩端由于受到縱橫兩個方向收縮應力以及端部約束較大，使墻板兩端產(chǎn)生了接近 45°角的斜裂縫。由于地下2層外墻受到底板的約束極大，而地下1層外墻受到的約束相對較小，因此地下 2 層的裂縫遠遠多于地下 1 層。
B、C 區(qū)南部為廣場，南側(cè)地下室外墻板上部除頂板外無其它結(jié)構(gòu)，因此南側(cè)外墻板上部（上部暗梁設計也較北側(cè)弱）抗 裂能力較弱。地下1、2 層中無任何混凝土墻體與南側(cè)外墻板相連且外墻本身只設置了暗柱，墻體整體剛度相對減弱，因此南側(cè)外墻板更容易產(chǎn)生豎向收縮裂縫。如果將南側(cè)外墻板的暗柱斷面加大，加強柱子的剛度，增加墻體上部暗梁的高度與配筋，從而提高外墻整體剛度，可以有效減少墻體的裂縫。北側(cè)外墻板由于有上部結(jié)構(gòu) ( 上部為主樓)，提高了墻體上部的剛度。外墻設置了截面較大的連墻柱，中間有電梯井、樓梯井等混凝土筒體以及大量剪力墻與之相連，兩邊有兩個地下車道與外墻相連。
北側(cè)外墻板雖然受到的約束較大，但是其整體剛度得到提高，抗裂能力得到加強，而且北側(cè)墻體的晝夜溫差相對比南側(cè)小，因此北側(cè)外墻的裂縫數(shù)量明顯少于南側(cè)外墻。北側(cè)外墻的裂縫多出現(xiàn)在約束特別大、應力集中的地方，如后澆帶處的剪力墻、電梯井簡體處，而一般柱、剪力墻邊沒有明顯裂縫。如果將簡體邊的外墻板增設水平構(gòu)造鋼筋，可以分散應力，有效控制裂縫。
3.3.2 地下室底板
后澆帶封堵過早，此時主樓尚未結(jié)頂，大部分荷載沒有加上去，建筑物沉降不穩(wěn)定。沉降也是本工程裂縫產(chǎn)生一個原因，但不是主因。由于三幢主樓荷載較大，廣場部分荷載較小。主樓底板基礎梁大部分尺寸為 600 mm×1700mm，板厚800mm，有承臺；而廣場基礎底板厚度為800mm，地梁尺寸為400mm×800mm，無承臺（一柱一樁），廣場地下室底板柔性較大，因此主樓底板剛度遠大于廣場底板。
東西主樓地下室設計為往外突出一跨（除與廣場相連處），由于底板剛性較大，底板基底壓力較均勻。底板后澆帶封堵時主樓沒有結(jié)頂，仍有大量荷載傳遞下來。在相同地基承載力取值，基 礎底面積相同情況下，柔性大的廣場底板對變形的適應能力較弱，基礎和上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的可能性增大。后澆帶封堵后，一方面，上部荷載傳遞下來，基礎底板、承臺、樁承受荷載，由于共同作用協(xié)調(diào)變形，主樓一部分荷載傳遞到廣場邊緣的底板上，后澆帶處底板的荷載過大；另一方面，后澆帶封閉后結(jié)構(gòu)長度達到了183.8m，且仍有 50％左右的變形量沒有釋放，在后澆帶新老混凝土交接薄弱處產(chǎn)生較大應力。由于以上兩方面原因，底 板在新老混凝土交接處產(chǎn)生沿后澆帶的裂縫，且在第一個柱邊產(chǎn)生了破壞裂縫，有滲水現(xiàn)象。2006年2月沉降開始穩(wěn)定，此時地下室結(jié)頂已經(jīng)10 個月，裂縫數(shù)量穩(wěn)定下來，原有裂縫也不再發(fā)展。
3.3.3 地下室頂板
由于熱脹冷縮與混凝土自身收縮，結(jié)構(gòu)要收縮。頂板受到主樓結(jié)構(gòu)（存在大量混凝土墻柱與簡體）的約束遠遠大于其它地下室墻柱對其的約束。地下室頂板在主樓附近（即后澆帶附近）應力集中，產(chǎn)生裂縫。整個地下室頂板 B、C區(qū)南部應力較集中，容易在該部位產(chǎn)生裂縫，在主樓轉(zhuǎn)角處產(chǎn)生45°斜向裂縫。
4 地下室結(jié)構(gòu)裂縫加固處理措施
2006年2月主樓結(jié)構(gòu)封頂并且沉降穩(wěn)定，地下室底板施工完畢近 12個月，地下室澆筑完畢已有10個月，此時地下室結(jié)構(gòu)的收縮較小。經(jīng)過分析后決定在 2006年2月開始對裂縫進行加固處理。
4.1 裂縫處理原則
1)混凝土結(jié)構(gòu)的強度達到設計要求，結(jié)構(gòu)變形處于穩(wěn)定狀態(tài)，裂 縫無發(fā)展，才能治理有害裂縫。
2)裂縫處理與防水處理相結(jié)合，裂縫處理與結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐久性處理相結(jié)合。
3)在治理裂縫過程中，不得破壞原結(jié)構(gòu)。
4)裂縫治理應采用注漿和封縫相結(jié)合，注漿材料和封縫材料應滿足防水耐久性的要求。

表1 迪尼夫灌漿材料性能
序號 性能 數(shù)據(jù) 標準
1 干混凝土粘合強度/Pa 6 GB/6777-97
2 濕混凝土粘合強度/Pa 3.6 JC/T894-01
3 抗壓強度/MPa 90 GB2569-81
4 抗拉強度/MPa 60 GB2568-81
5 斷裂延伸率/% ＜10
6 密度（/ kg/dm2 ） 1.1 ASTM-638
7 黏度 （/ MPa•s ） 75
8 操作時間/min 80
9 使用最底溫度 /℃ 10
4.2 裂縫治理方法
先開槽封縫，后鉆孔注漿，采用封縫和注漿相結(jié)合的綜合治理措施。
a 灌漿材料：灌漿材料選用迪尼夫40超低黏度雙組份環(huán)氧樹酯漿液。迪尼夫40為 AB 雙組份，A 組份為環(huán)氧樹酯，B 組份為多元胺硬化劑，材 料混合比例為 mA／mB=100／30（ 質(zhì)量比），漿 液顏色為琥珀透明色。其技術性能見表1。
該產(chǎn)品可用于干燥或潮濕的混凝土裂縫及超細裂縫的結(jié)構(gòu)粘結(jié)，其優(yōu)點為可在潮濕和潮濕環(huán)境中固化，并深入滲透裂縫之中，優(yōu)異的黏合力可超過混凝土內(nèi)聚力；產(chǎn)品無溶劑，不污染環(huán)境，且具有較長的操作時間。
b 封縫材料：封縫材料選用 R-1型防水材料，產(chǎn)品是由特種水泥、改性纖維、石英粉、增稠劑、分散劑、穩(wěn)定劑、密實劑、抗收縮劑等組成，是速凝、抗?jié)B、抗裂和耐久性好的防水材料。其具有以下特點：
(1)能帶水堵漏和防水、凝固時間可調(diào)(3～15min 均可)；
(2)耐久性好、無溶出物、耐腐蝕性好、無腐蝕性、無毒無味，屬 環(huán)保材料；
(3)抗?jié)B裂性好，粘結(jié)力強；
(4)施工方便、工期短、高效快捷。
4.3 地下室結(jié)構(gòu)裂縫加固處理施工
其施工工藝如下：表面清理→鑿槽封縫→鉆孔→清孔固定注漿嘴→壓力灌漿→外露注漿嘴及表面材料處理。
4.3.1 鑿槽封縫
用鋼絲刷清理表面，尋找并標記裂縫，沿裂縫走向，用切割機切割， 人工開鑿一條寬20mm、深30mm 的燕尾楔形槽，開槽后，氣泵產(chǎn)生的壓縮空氣吹凈槽內(nèi)及周邊粉塵，R 1型材料加水(灰：水=1：0.3)攪拌均勻，捏成料團，手掌感覺發(fā)熱，迅速將料團塞入槽內(nèi)，并用手掌壓住幾分鐘，手掌感到發(fā)硬后，松開手掌，再用木板壓平，1 5min后進行濕養(yǎng)護。如裂縫周邊混凝土因不密實而滲漏水，需進行抹面處理，R -1型材料加水(灰：水 =1：0.4)攪拌均勻成膩子狀，用刮板迅速上第一層料(厚度 1mm)，涂層硬化后噴水濕養(yǎng)護，再第二層料(厚度 1mm)，上料時稍用力使涂層密實。若還有局部滲水或有濕漬，只需在滲水或濕漬部位再加涂一層，做到不滲不濕，涂層硬化后進行濕養(yǎng)護3d。
4.3.2 鉆孔
根據(jù)漿液粘度、裂縫寬度、裂縫估計深度等確定適宜的布孔間距。具體按以下確定：裂縫寬度 0.2～0.5mm 時 ，整縫間距 1.0m0.5 ～1.0mm寬時，裂縫間距約 1.5m；鉆孔深度根據(jù)裂縫開裂深度確定，一 般為 10～35cm。
4.3.3 清孔與固定注漿嘴
用壓縮空氣吹干凈鉆孔內(nèi)浮灰，通過壓水判斷鉆孔是否與裂縫有效貫通。將直徑為12mm 的注漿嘴放入鉆孔，深度約為 1/2 注漿嘴，用扳手絞緊使錨固橡膠止?jié){閥膨脹。
4.3.4 壓力灌漿
按比例配制漿液，每次配制 1～2kg，用低速攪拌器配料，配制好的漿液需在 60min 內(nèi)用完。檢查高壓灌漿泉和灌漿管性能和完好情況。將連接器與注漿嘴接通，開動灌漿動力裝置，一般灌漿壓力控制在 10～20MPa。灌漿順序一般要求自下而上灌漿，從 1號孔開始注，如2號孔溢漿，認為 1號與2號之間已注滿，即將注漿管移至2號孔進行壓注，如此反復，直至完成整條縫的灌漿施工。此種順序可保證裂縫灌漿的飽滿度和補強的最終效果。漿液固化后(24h 以上)，用鋼鋸鋸掉注漿嘴外露部分。用手提電動砂輪機打掉粘在混凝土表面的漿液，并在裂縫兩側(cè)各延伸 50cm范圍涂刷 SM1500 無痕跡滲透凝膠密封劑，二涂施上。
4.3.5 灌漿效果檢查
對已修補完成的裂縫，用鉆孔機進行取芯檢測，檢測結(jié)果應該是混凝土表面光滑、密實，漿液全部灌滿裂縫，對芯樣進行混凝土強度抗壓試驗，達到原設計值要求。
5 結(jié)語
綜上所述, 引起混凝土開裂的原因很多、很復雜，且會相互影響。對地下室裂縫應從設計構(gòu)造、混凝土原材料質(zhì)量、后澆帶封堵時間、工程施工等方面采取綜合防治措施, 減少裂縫的發(fā)生。本工程地下室結(jié)構(gòu)裂縫通過采取綜合合理的加固處理措施,裂縫得到了有效控制,沒有發(fā)生滲漏現(xiàn)象,說明地下室裂縫原因分析與處理是成功的。
參考文獻：
[1] 混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范.GB50010-2002.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.
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