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高层建筑地下室混凝土结构裂缝成因分析与加固处理

         针对福建某商住楼工程,介绍了其地下室混凝土结构的施工方案,分析了其地下室上浮和底板、顶板及柱开裂的原因,并提出了加固处理方案,可供类似工程参考。 

  近年来,伴随着我国经济和建设水平的发展,建筑物地下室超长混凝土结构不断增多,一旦出现裂缝则将可能对建筑结构的使用性、耐久性、承载力等造成影响。本文结合福建某商住楼工程实例,分析了其地下室上浮和底板、顶板及柱开裂的原因,并提出了加固处理方案,可供类似工程参考。 

  1.工程概况 

  1.1施工情况 

  福建某商住楼工程,采用钢筋混凝土框架―剪力墙结构,建筑面积38500m2,地上二十九层,由南北两栋主楼构成。地下一层为车库,地下室结构连通为一整体,长约120m,宽约60m。地下室承台地梁、底板为C35 S8抗渗砼,底板厚度为350mm,外墙混凝土强度等级为C35 S8,外墙厚为300mm,地下室内剪力墙及柱砼强度等级为C40,顶板砼强度等级为C35 S8,顶板厚为250mm,如图1所示。2009年7月28日地下室土方开挖,因地表水较多,开挖时间较长,采取了有效的排水降水措施,保证了地下室施工期间的质量及进度,于2009年12月25日顺利完成了地下室主体的结构施工。地下室共分三个施工段,以后浇带为段点,第一段从2#楼主楼到CC轴以南2.5m处后浇带,第二段为从CC轴到CM轴以南1m,第三段为1#楼主楼及人防区。2009年11月6日浇捣第一段底板,第二段底板于2009年11月10日浇捣底板,第三段底板2009年11月19日浇捣底板。第一段墙、柱、顶板于2009年12月8日浇捣,第二段墙、柱、顶板于2009年12月14日浇捣,第三段墙、柱、顶板于2009年12月25日浇捣。每段砼浇捣后派专人养护2周。地下室主体结构完成后,继续上 0.000以上的主体,2010年7月15日1#、2#楼主体结构封顶。根据设计要求,后浇带待主体封顶14d后方可进行浇注,施工单位根据设计要求延期到封顶后46d(2010年8月31日)将后浇带封闭,后浇带采用C40S8抗渗砼。 

  1.2开裂情况 

  2010年12月下旬发现地下室中间段车库外剪力墙局部墙面有丝状渗水现象,个别柱出现丝裂缝,但底板未上浮(此时地下室顶板还未覆土),且南北两主楼正常。发现此情况后,设计单位及时来到现场观察分析,认为可能是地表水太丰富所引起,决定外围挖降水盲井降水。到2011年2-4月,随雨量的增多,发现底板渐渐上浮,柱上下裂缝增多,外剪力墙丝裂缝加多,出现渗水痕迹,底板也局部出现渗水痕迹。用水平仪测量发现上浮量最大在8~15cm左右,特别是下雨后会出现明显上浮。根据这种情况,设计单位决定采用盲沟埋设 600的涵管与市政下水道连通使地表水外排。5月初地下室顶板开始覆土,根据设计要求顶板覆土0.8m后,地下室底板开始慢慢下沉恢复。 

  2.地下室上浮开裂原因 

  因该商住楼地下室中间段处地势低洼地带,在暴雨过后造成大量积水,积水对该工程底板产生上浮力,导致地下室上浮,部分底板和柱开裂。具体分析如下:地下室顶板面的绝对标高为187m,地下室层高37m,顶板结构250mm厚,顶板上覆土800mm厚,底板结构350mm厚,下为100mm厚砼垫层。地下室垫层底绝对标高为:18.7-3.7-0.35-0.1=14.55m。甲方提供的暴雨后地下室外稳定水位标高为17.819m,故地下室外稳定水位离地下室垫层底高度为:17.819-14.55=3.269m。地下室最大负荷面积的柱网尺寸为:8.1m×7.8m。顶板主梁截面为450×800mm,次梁截面为350×600mm,底板主梁截面为450×800mm,柱截面尺寸为500×500mm。水容重为10kN/m3,土容重为18kN/m3,砼容重为25kN/m3,垫层容重为20kN/m3。不考虑桩的抗拔力,顶板上未覆土前主要依靠顶板、底板、梁柱等的恒荷载来抵抗地下室的水浮力。 

  250厚顶板自重:0.25×r砼=0.25×25=6.25   

  图1、地下室结构平面示意图    

  图2、柱加固设计图 

  350厚底板自重:0.35×r砼=0.35×25=8.75 

  100厚垫层重:0.1×r垫=0.1×20=2 

  ①合计:17kN/m2 

  顶板梁、柱、底板梁自重化为每平方米的恒荷载 

  ②顶板梁自重: 

  0.35×(0.6-0.25) ×(7.8+8.1) ×25+0.45×0.8-0.25) ×(7.8+8.1) ×25=147kN 

  柱自重: 

  0.5×0.5×(3.7-0.25) ×25=21.6kN 

  底板梁自重: 

  0.45×(0.8-0.35) ×(7.8+8.1) ×25=80.5kN 

  顶板梁、柱、底板梁自重化为每平方米的恒荷载: 

  ②合计:(147+21.6+80.5)/(8.1×7.8)=94kN/m2 

  恒荷载抗浮水位高差为: 

  (①+②)/r水=(17+3.94)/10=2.09m<3.269m,不满足抗浮要求。 

  3.处理措施和修复加固方案 

  及时覆土。按设计要求,顶板上覆土800mm,考虑顶板上覆土800mm后地下室的抗浮水位高差为3.53m,大于3.269m,满足要求。 

  组织排水。让地表水有组织地排到附近的市政排水管,减小底板的水压力。具体措施是:沿地下室四周外侧开挖,设DN600的钢筋混凝土圆涵排水,每隔2m加设一个检查井。 

  混凝土底板加固。加固措施[1-3]:将裂缝处的表面混凝土凿开,并将整个板面凿毛,碎屑清除干净,在裂缝处灌注结构胶。然后板面绑扎@ 8@150双向钢筋,浇筑50mm厚C30细石混凝土。 

  混凝土外墙、边柱、顶板修复。修复措施[1-3]:凿除裂缝表面的混凝土,露出新鲜混凝土,清除灰尘,慢速、低压、连续灌注结构胶,确保结构胶注入裂缝细微部位。 

  混凝土中柱修复加固。对于裂缝宽度小于0.3mm的中柱,采用上述灌注结构胶的方法进行修复。对于裂缝宽度大于0.3mm的中柱,其柱顶采用外贴碳纤维布的方法加固,柱底采用外包型钢加贴碳纤维布的方法加固[1][4-5]。加固设计如图2所示。 

  4.结语 

  对于地下室,特别是处低洼地势的单层地下室,设计和施工时应特别注意当地的气象条件,雨季时应考虑暴雨后地表水位差产生的上浮力,采取组织排水和及时覆土措施防止地下室上浮。 

  参考文献 

  [1] GB50367-2006. 混凝土结构加固设计规范[S]. 

  [2] 林文修. 混凝土结构加固方法与实施要点[M]. 中国建筑工业出版社. 

  [3] 袁文阳. 工程结构补强加固实用设计及典型实例[M]. 中国建筑工业出版社. 

  [4] 王文炜. FRP加固混凝土结构技术及应用[M]. 中国建筑工业出版社. 

  [5] 左成平. 混凝土结构粘结加固设计与算例[M]. 中国建筑工业出版社. 

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