对深基础地下室外墙混凝土裂缝控制的探讨
关键词:高层建筑；地下室结构；外墙；混凝土裂缝；控制
1工程概况
本工程地处上海市杨浦区五角场中心地带，是上海市重点建设的城市副中心之一，位于邯郸路、四平路夹角地块，毗邻五角场环岛和地铁10号线五角场站，地块形状呈扇形，占地约10000平方米（详图一所示）。本工程地下3层，地上裙房5层，主楼15层，总建筑面积约54000㎡，其中地下建筑面织约20000平方米,地上建筑面积约34000平方米。裙房高度为30米，主楼建筑高度87.6米。
本工程主体结构为框架-剪力墙结构，基础采用钻孔灌注桩+筏板基础，基础埋深约15米，基坑围护采用地下连续墙+内支撑形式，建筑外立面主要是玻璃和石材幕墙。基坑施工分Ⅰ区和Ⅱ区两个区域，Ⅰ区施工至±0.000时进行Ⅱ区开挖。
由于施工技术,材料,地基变形等客观原因,设变形缝的地下室往往大多数出现渗漏,业主也希望将渗漏的可能性降到最小。经过综合比较,决定采用不设
缝的方案,但考虑到该地下室在X、Y方向分别为112.5m和144.5m,严重超长超宽,为保证地下室的正常使用寿命和安全性,防止外墙出现裂缝引起地下室
渗漏,影响使用,降低结构耐久性,工程采取“抗、放、补、防”相结合的技术措施,把地下室外墙裂缝控制在允许的范围内。
2地下室外墙裂缝特征与产生的原因
2．1常见地下室外墙裂缝的主要特征
2．1．1混凝土结构在施工和使用过程中不可避免地经常出现不同程度、不同类型的裂缝,这些裂缝大多是因荷载及温度变化而引起的。
从裂缝形状看,绝大多数裂缝为竖向裂缝,缝长接近墙高。从裂缝宽度形状看,缝中间宽,两头尖,呈枣核形。从裂缝分布位置看,外墙中间裂缝数量较多,靠近外墙两端裂缝数量较少。
2．1．2地下室外墙暴露在大气中的时间越长,裂缝数量增加越多,但裂缝宽度变化不大。
2．1．3地下室回填土完成后,裂缝宽度稍大处有少量渗漏,但水流量不大。
2．1．4温度上升引起的裂缝:水泥水化热是引起大体积混凝土中的温度变化的主要因素。
由于混凝土表面散热条件较好,热量容易释放,因而温度上升较少;而混凝土内部由于散热条件较差,使温度上升较多而形成内约束。其结果使得混凝土内部产生压应力、面层产生拉应力。当该拉应力超过混凝土的抗拉强度时,混凝土表面就产生了温度裂缝。
2．1．5降温产生的裂缝:混凝土浇筑后经过一段时间,水泥水化热基本上已释放,混凝土从较高温度逐渐降温,引起混凝土收缩,同时由于混凝土中多余水分蒸发、碳化等引起的体积收缩变形,受到地基和结构边界条件的约束,不能自由变形,导致产生拉应力,当拉应力超过混凝土抗拉强度时,则从约束面开始向上开裂形成裂缝。
2．2裂缝产生的原因分析
2．2．1设计问题
《混凝土结构设计规范》规定:现浇钢筋混凝土地下室墙壁伸缩缝的最大间距为20m(露天)、30m(室内或土中)。但实际工程墙长往往超过规范规定,设计时地下室外墙水平钢筋仍按构造配置,从而使外墙容易产生裂缝。
2．2．2环境问题
地下室外墙相对梁、柱构件而言,为薄壁构件,这类薄而长的构件对温度、湿度变化较敏感,约束产生的内应力较大;同时实际施工中很难做到墙体完成后立
即回填土或完成顶板浇筑,使地下室墙体长期暴露,承受着季节温差和内外温差。
地下室外墙温差用平均温差T=(T1+T2)/2和温差梯度ΔT=T1–T2两部分来衡量。平均温差会使墙板产生轴力,引起贯穿裂缝;温差梯度使墙板产生弯矩,引起非贯穿裂缝。对地下室外墙而言,贯穿裂缝更为有害。
2．2．3材料问题
水泥用量与品种、粗细骨料、掺合料、外加剂等质量不良;配合比不恰当;水灰比过高;使用过期的UEA微膨胀剂,均会导致混凝土收缩而产生裂缝。
2．2．4施工问题
采用泵送混凝土需要较大的坍落度,因此在配合比配制过程中掺加了缓凝型高效减水剂和粉煤灰的用量,但却影响混凝土早期的抗拉强度和弹性模量,降低
混凝土早期的抗裂能力。另外,拆模时间和混凝土养护方法对裂缝开展也有影响。
3外墙裂缝控制对策措施
3．1设计方面
3．1．1地下室外墙计算模型:假定地下室底板作为地下室外墙的嵌固端,则外墙底部弯矩与相邻的底板弯矩大小一样,底板的抗弯能力不应小于外墙的抗弯能力,其厚度和配筋量应相匹配。
3．1．2地下室外墙配筋计算:除与钢筋混凝土内隔墙相连的外墙按双向板计算配筋外,其余的外墙按竖向单向板计算配筋,同时还应进行地下室外墙抗裂性验算,控制裂缝宽度,使之满足规范要求。
3．1．3加强水平钢筋的配置做到“抗”的原则。由于水平钢筋对墙体的抗裂作用十分明显,适当增加水平钢筋的配筋率可减轻墙体开裂程度;同时钢筋的外形对墙体开裂也有很大的影响,光圆钢筋与带肋钢筋相比,带肋钢筋与混凝土的黏结力较强,裂缝开展较小。因此配置水平钢筋时应注意四个问题:
(1)水平钢筋保护层应尽可能小些,以减小素混凝土出现开裂;
(2)防裂钢筋的间距不宜太大,可采用小直径密分布的配筋方式;
(3)考虑温度收缩应力的变化加强配筋率;
(4)采用带肋钢筋比光圆钢筋好。故该地下室工程外墙采用φ14mm@150mm水平筋。
3．2材料方面
3．2．1整个地下室(底板、顶板、外墙)的混凝土构件均采用补偿收缩混凝土,补偿收缩混凝土在水中养护14d的限制膨胀率0.020%;后浇带和膨胀混凝土带的混凝土在水中养护14d的限制膨胀率应≥0.1025%。
3．2．2采用中、粗砂。石子采用粒径较大、级配良好、含泥量≤1%的碎石或卵石。