薛澤麗
(太原中晉建筑設(shè)計事務(wù)所有限公司,山西太原 030000)
隨著我國城市化進程的加速,城市建設(shè)水平不斷提升,城市中的人口壓力越來越大,為了提高對城市空間的利用率,城市中投入建設(shè)的高層建筑數(shù)量不斷增加,其地下室結(jié)構(gòu)的規(guī)模和復(fù)雜程度也隨之?dāng)U大。目前我國土木建筑工程中以混凝土結(jié)構(gòu)占據(jù)主導(dǎo)地位,在內(nèi)外因素的作用下混凝土結(jié)構(gòu)會不可避免地出現(xiàn)裂縫,一旦出現(xiàn)裂縫,就會對混凝土結(jié)構(gòu)的防水能力、承載能力和耐久能力等產(chǎn)生不同程度的影響,若未能及時對混凝土結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的裂縫進行控制,可能使建筑物造成嚴重的損害,威脅用戶的生命安全。
使地下室結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的原因主要有以下兩點:①地下室結(jié)構(gòu)在外部荷載的作用下產(chǎn)生裂縫,該原因造成的裂縫也叫作結(jié)構(gòu)性裂縫,其本質(zhì)是由于地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計不合理,使得地下室結(jié)構(gòu)的承載力不足,可能會引發(fā)嚴重的安全事故,需要引發(fā)設(shè)計單位和施工單位關(guān)注的重要問題;②地下室結(jié)構(gòu)在內(nèi)外因素的作用下發(fā)生形變從而造成混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫,該原因造成的裂縫也叫非結(jié)構(gòu)性裂縫,內(nèi)外因素包括混凝土收縮、溫度變化、地基發(fā)生不均勻沉降等多種因素,混凝土結(jié)構(gòu)在發(fā)生形變的過程中內(nèi)部構(gòu)件會產(chǎn)生自應(yīng)力,一旦自應(yīng)力大于混凝土允許的拉應(yīng)力,就會造成混凝土結(jié)構(gòu)裂縫[1]。
在實際工程中,約有80%以上的裂縫是由于內(nèi)外因素的作用而引發(fā)的非結(jié)構(gòu)性裂縫,地下室混凝土結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的裂縫也多因此原因造成,下文對引發(fā)非結(jié)構(gòu)性裂縫的具體原因展開分析。
通常情況下混凝土材料都是由水、石子、砂石和水泥構(gòu)成,在必要時還會加入一定比例的礦物摻合料和化學(xué)外加劑,依照實驗室出具的材料配合比掌握各種材料的用料,經(jīng)過均勻拌和后形成的密實度高、硬度高的建筑石材。水泥在水化熱的過程中會產(chǎn)生大量的熱量,不同的水泥品種產(chǎn)生的水化熱效果不同,在地下室的施工中,由于使用的混凝土體量較大,在選擇水泥品種時會優(yōu)選地水化熱的水泥種類,如火山灰硅酸鹽水泥[2]。在水泥已經(jīng)發(fā)生水化熱的情況下,若未能科學(xué)合理地選擇其余材料,造成水泥用量過大、水灰比不合理、粗骨料量少、加水量過多、未充分振搗、周圍環(huán)境溫度過高、混凝土表面迅速失水等情況都會導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)收縮現(xiàn)象,進而導(dǎo)致開裂。
在選擇材料時,還應(yīng)關(guān)注各項材料的質(zhì)量,如骨料級配和砂石的含泥量等,砂石含泥量過大不僅會影響混凝土漿液與集料的黏結(jié)程度,增大混凝土的需水量,對混凝土的強度造成影響,還會使混凝土的流動性降低,進而引發(fā)混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塑性收縮裂縫,而且該種因素引發(fā)的裂縫還有很大概率會發(fā)展成慣性有害裂縫。
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)性和可行性會對其質(zhì)量產(chǎn)生直接的影響,因地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理引發(fā)的結(jié)構(gòu)變化主要有以下幾點表現(xiàn):
(1)混凝土結(jié)構(gòu)收縮明顯,是由于設(shè)計中采用的混凝土等級過高,導(dǎo)致用灰量增大。
(2)未能在設(shè)計中體現(xiàn)膨脹加強帶和后澆帶,未能有效預(yù)防鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在澆筑后發(fā)生的不均勻沉降或收縮而產(chǎn)生的有害裂縫。
(3)構(gòu)造鋼筋的數(shù)量和規(guī)格設(shè)計不合理,使混凝土漿液和鋼筋未能形成良好的黏結(jié)作用。
(4)設(shè)計中結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面突變的應(yīng)力集中(附加荷載突然增大)所產(chǎn)生的裂縫。
地下室鋼筋混凝土底板會直接在地基土上澆筑,當(dāng)完成混凝土的澆筑施工后,若混凝土結(jié)構(gòu)因溫度變化發(fā)生形變,地基土?xí)ζ湫巫冞M行約束,從而產(chǎn)生外部約束應(yīng)力。如混凝土結(jié)構(gòu)溫度升高,地基土也會對其膨脹變形進行約束,使混凝土結(jié)構(gòu)的中心產(chǎn)生壓應(yīng)力,使得混凝土的徐變和應(yīng)力松弛度增加,進而降低地基和混凝土底板連接的牢固度,從而產(chǎn)生裂縫。在澆筑混凝土側(cè)壁時,由于混凝土具有一定溫度,側(cè)墻在底板的約束下產(chǎn)生壓應(yīng)力,混凝土隨著時間的推移溫度逐漸下降,逐漸產(chǎn)生拉應(yīng)力,當(dāng)產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過鋼筋的抗拉強度時,則混凝土結(jié)構(gòu)中就會出現(xiàn)裂縫[3]。因混凝土溫度變化而造成的結(jié)構(gòu)裂縫是施工中最常見的裂縫原因之一,施工單位應(yīng)著重加強對混凝土溫度的控制,盡量降低裂縫出現(xiàn)的概率。
通過對混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的原因進行分析后發(fā)現(xiàn),混凝土材料的選用會對混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量產(chǎn)生直接的影響,為最大化規(guī)避混凝土的干縮、徐變和抵抗水化熱應(yīng)力,應(yīng)科學(xué)設(shè)計混凝土漿液中各項材料的配合比。配合比的設(shè)計應(yīng)在滿足施工要求的前提下盡量降低水灰比,嚴格控制水泥的用量。同時,還應(yīng)加強對添加骨料的質(zhì)量控制,通常情況下粗骨料的最大粒徑應(yīng)小于32mm,粗骨料中片狀、針狀顆粒的占比不應(yīng)超過總重量的15%,根據(jù)地下室結(jié)構(gòu)的建設(shè)要求,選擇的粗骨料最大粒徑應(yīng)在結(jié)構(gòu)截面最小尺寸的1/4 之內(nèi),并且不能超過鋼筋最小凈距的3/4,細骨料應(yīng)優(yōu)選中、粗砂[4]??茖W(xué)選擇混凝土材料中需要使用的水泥品種和等級,控制砂石原材料的含泥量,根據(jù)建設(shè)需求在必要的情況下合理添加外加劑,通過把控材料的質(zhì)量實現(xiàn)減少混凝土結(jié)構(gòu)開裂的目的。
為解決混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中表現(xiàn)出的不合理之處,可通過以下幾點措施提高混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)性和合理性。
(1)應(yīng)根據(jù)建設(shè)需求科學(xué)設(shè)計混凝土強度等級,不應(yīng)盲目提高,還可在拌和混凝土漿液的過程中加入適量的微膨脹劑,避免混凝土在凝結(jié)過程中出現(xiàn)收縮現(xiàn)象。
(2)若地下室結(jié)構(gòu)總長度較大,應(yīng)在施工開始前預(yù)留施工縫和后澆帶,并將地下室的整體結(jié)構(gòu)劃分成多個小結(jié)構(gòu),根據(jù)施工現(xiàn)場的條件科學(xué)選擇澆筑順序,施工完成后靜置一段時間等待各部分構(gòu)件自然收縮,結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定后再進行施工縫混凝土的澆筑,將多個小結(jié)構(gòu)連成一個整體[5]。該方法能有效預(yù)防因混凝土收縮或發(fā)生不均勻沉降而導(dǎo)致的裂縫,提高地下室結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量。不同的工程建設(shè)要求各有不同,若部分工程要求無縫施工,則可適當(dāng)加設(shè)膨脹加強帶,以應(yīng)對混凝土的收縮開裂。
(3)科學(xué)設(shè)計鋼筋的數(shù)量和規(guī)格,在配筋率想用的情況下應(yīng)優(yōu)選細鋼筋;適當(dāng)?shù)挠每沽唁摻钐娲鷺?gòu)造鋼筋;大底板部位最好選用雙層雙向配筋;可在側(cè)壁天體內(nèi)部增加水平暗梁,以對抗混凝土在收縮過程中產(chǎn)生的拉力;若混凝土梁的截面較高、跨度較大,應(yīng)根據(jù)實際情況合理調(diào)整鋼筋的數(shù)量和間距。
(4)重視混凝土結(jié)構(gòu)外界環(huán)境對其產(chǎn)生的影響,若周圍環(huán)境中存在有害介質(zhì)、過于干燥、濕度較大時,可在構(gòu)建表面抹灰,提高混凝土結(jié)構(gòu)對外界環(huán)境影響的抵抗能力[6]。
(1)施工單位應(yīng)提高自身的管理水平,加強對混凝土材料的控制力度,確保施工工藝和技術(shù)符合相關(guān)規(guī)定及建設(shè)要求。
(2)應(yīng)分層澆筑體積較大的地下室混凝土結(jié)構(gòu),并密切關(guān)注混凝土漿液的溫度,盡量選擇室外溫度較低的時間段澆筑混凝土,以使混凝土的溫度能均勻上漲,澆筑過程中應(yīng)盡量將混凝土的溫度控制在28℃以內(nèi)[7]。夏季施工時若混凝土入模溫度過高,應(yīng)在骨料添加之前做好防曬處理,或者用冷水?dāng)嚢?,以實現(xiàn)對混凝土溫度的控制。
(3)確?;炷翝{液的振搗質(zhì)量,結(jié)合不同的坍落度科學(xué)控制振搗時間,避免漏振或過振,確保振搗完成的混凝土密實度合格。
(4)應(yīng)在混凝土達到設(shè)計強度后才能進行拆模。
(5)提高混凝土的養(yǎng)護水平,在混凝土初凝階段應(yīng)做好表面的保濕和保溫工作,避免混凝土表面因失水或熱擴散出現(xiàn)裂縫。地下室的施工盡量選擇春秋兩季,盡量減少外界溫度對混凝土結(jié)構(gòu)的影響。
綜上所述,引發(fā)地下室混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的原因種類較多,混凝土構(gòu)件出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象也較為常見,很多輕微細小的裂縫對地下室結(jié)構(gòu)功能性的實現(xiàn)、使用壽命和承載力并不會產(chǎn)生明顯的影響。但若輕微細小裂縫發(fā)展成為危險裂縫,不僅會影響建筑的美觀程度,還會為建筑的安全性埋下隱患。因此,施工單位應(yīng)深入了解引發(fā)裂縫的原因,采取有效的控制措施,才能切實提高建筑的整體質(zhì)量。