甄頌 宋平

0 引言

隨著我國城鎮(zhèn)化進程加快推進，城市人口數(shù)量急速增長，隨之帶來了交通擁堵和停車難等諸多問題。為了解決上述問題，人們將目光投向了地下空間的開發(fā)，而地下室往往屬于超長混凝土結(jié)構(gòu)（即超過溫度伸縮縫間距），由于防水要求不設(shè)置伸縮縫，因此帶來了混凝土裂縫控制這一難題。地下室頂板一旦出現(xiàn)較寬的裂縫，就容易被外界有害介質(zhì)侵入混凝土內(nèi)部，從而銹蝕鋼筋，降低結(jié)構(gòu)的耐久性，影響建筑物的使用功能和使用壽命。對于出現(xiàn)滲漏的地下室頂板，由于維修難度大、成本高，將會帶來巨大的經(jīng)濟損失和工期延誤，嚴重的會影響結(jié)構(gòu)安全，所以采取有效措施來預(yù)防此類裂縫的形成顯得尤為重要。而無梁樓蓋結(jié)構(gòu)相對框架結(jié)構(gòu)，不但有效增加了室內(nèi)的凈空間，還節(jié)省了梁兩側(cè)模板的支設(shè)費用，加快了施工速度，因而大量建設(shè)項目選擇無梁樓蓋作為地下室頂板，可見開展地下室頂板無梁樓蓋裂縫成因研究分析并找出預(yù)防措施具有重要的意義。

1 工程概況

某工程由11 棟高層住宅和1 層地下室組成，地下室局部設(shè)置人防區(qū)域，地下室頂板采用無梁樓蓋結(jié)構(gòu)。地下室平面尺寸約為347m×108m，長寬比約為3.2，地下室建筑面積約34 691m，±0.000 相當于85 高程6.050m，抗浮水位相當于85 高程4.400m，地下室層高為3.5m，設(shè)計地下室頂板覆土厚度為1.5m。地下室頂板覆土荷載及臨時荷載恒載不得大于27kN/ m，活載不得大于5kN/m，消防車荷載20kN/m（標準值）。無梁樓蓋范圍內(nèi)相鄰兩跨覆土高度相差不得大于0.5m。地下室頂板、墻、柱、底板和基礎(chǔ)混凝土等級皆為C35，抗?jié)B等級為P6?；局W(wǎng)尺寸分別為5.5m×5.35m、6.5m×5.8m、8m×5.8m，地下室頂板厚度250mm、320mm，柱帽平面尺寸2.8m×2.6m，柱帽高度600、1 080mm。

2021 年11 月監(jiān)理單位通過檢查發(fā)現(xiàn)地下室頂板多處開裂并伴隨滲漏現(xiàn)象，此時地下室頂板尚未覆土，隨后用精確測量等技術(shù)手段繪制地下室頂板裂縫分布示意圖，見圖1。裂縫的主要特征表現(xiàn)為:

圖1 地下室頂板結(jié)構(gòu)平面圖及裂縫分布示意圖

（1）通過現(xiàn)場觀察統(tǒng)計，高層住宅主樓和地下室外墻裂縫較少，地下室頂板裂縫較多。

（2）根據(jù)裂縫分布示意圖顯示，地下室頂板裂縫在整個平面基本都有分布，且無明顯的總體走向趨勢。地下室頂板西部和中部區(qū)域裂縫相對集中，見圖2、圖3，在高層住宅主樓與地下室交界處也分布著一些裂縫，大多數(shù)裂縫已經(jīng)貫穿地下室頂板，典型裂縫見圖4～圖7。

圖2 西部頂板裂縫示意圖（局部）

圖3 中部頂板裂縫示意圖（局部）

圖4 典型裂縫1

圖5 典型裂縫2

圖6 典型裂縫3

圖7 典型裂縫4

（3）從裂縫的形態(tài)上看，主要有以下4 種：

①斜向裂縫，在剪力墻或柱帽旁有一條或多條呈45°左右斜向分布的裂縫。

②平行于剪力墻或柱帽分布的裂縫。

企業(yè)通過PLM系統(tǒng)把與產(chǎn)品有關(guān)的信息（規(guī)格、制造方法或者材料清單）無縫地轉(zhuǎn)移到供應(yīng)鏈中，企業(yè)根據(jù)這些信息，判斷生產(chǎn)狀況，實現(xiàn)產(chǎn)品快速生產(chǎn)和組裝。在此階段，企業(yè)需要制定標準的流程，確保變更請求有效處理。

③預(yù)留洞口處裂縫。

④其他無規(guī)則裂縫。

2 地下室無梁樓蓋裂縫成因分析

地下室無梁樓蓋裂縫的成因復(fù)雜，其發(fā)展機理難以分析，國內(nèi)著名裂縫分析專家王鐵夢曾指出：混凝土裂縫問題是設(shè)計、施工、材料、環(huán)境及管理等綜合性問題。混凝土構(gòu)件要產(chǎn)生可見裂縫，還須有一定的外界條件。引起裂縫的外部條件可以分為兩類：荷載作用（直接作用）和非荷載作用（間接作用）。通過查閱各項原始資料，并結(jié)合裂縫形狀和發(fā)生部位等特征，對裂縫產(chǎn)生的成因分析如下。

2.1 設(shè)計原因

（1）未按規(guī)范要求設(shè)置伸縮縫。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010-2010）規(guī)定，為避免混凝土產(chǎn)生溫度、收縮裂縫規(guī)定鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)伸縮縫的最大間距，對于現(xiàn)澆擋土墻、地下室墻壁等類結(jié)構(gòu)，室內(nèi)或土中為30m，露天為20m。而地下室由于受到功能以及防水等限制，往往不設(shè)置伸縮縫，其不設(shè)縫長度已經(jīng)超過規(guī)范規(guī)定的最大間距。

（2）后澆帶將地下室頂板共分成18 個區(qū)塊，自西向東沿縱向?qū)⒌叵率翼敯鍩o梁樓蓋劃分成7 個區(qū)塊，其長度分別 為48.05m、46.10m、57.60m、52.40m、56.35m、40.85m、39.70m。由于施工分塊長度過大，長時間處于露天狀態(tài)的地下室頂板在溫度應(yīng)力和混凝土自身收縮共同作用下產(chǎn)生裂縫。

2.2 材料原因

（1）施工時選用泵送商品混凝土，骨料粒徑小，坍落度偏大，粉煤灰摻合料量較多，致使混凝土在凝結(jié)硬化過程中產(chǎn)生較大的收縮。

（2）地下室頂板混凝土分別由兩家商品混凝土公司提供，混凝土配合比不盡相同，外加劑種類和摻量也有差異，尤其是在地下室頂板的后澆帶澆筑完成后，其混凝土抗收縮及變形能力的不同對裂縫發(fā)展有著不利的影響。

2.3 荷載作用

（1）無梁樓蓋荷載傳遞方式與框架結(jié)構(gòu)不同，受力負荷也是導(dǎo)致開裂的重要原因之一。無梁樓蓋與柱之間僅由節(jié)點相連結(jié)，連續(xù)性較差，不利于承受水平荷載。另一方面由于剪力和負彎矩過于集中，在柱的四周容易發(fā)生沖切破壞和彎曲破壞。

（3）在混凝土還未增長到足夠強度時，就在地下室頂板上堆放大量鋼筋、模板等建筑材料，而重型施工機械如混凝土攪拌運輸車輛在施工臨時通道上行駛也會加劇裂縫的發(fā)展。

（4）施工電梯區(qū)域由于裝卸運輸材料設(shè)備所產(chǎn)生的沖擊振動荷載是導(dǎo)致混凝土開裂的重要原因。

2.4 約束和應(yīng)力集中作用

一些裂縫成因與約束和應(yīng)力集中作用有關(guān)。由于高層住宅主樓抗側(cè)剛度大，對地下室頂板混凝土收縮產(chǎn)生側(cè)向約束，極大程度上限制了其自由變形，使得在構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力，當拉應(yīng)力大于混凝土抗拉強度時就會在地下室頂板內(nèi)部形成裂縫。另外在人防墻中留置的人防門會導(dǎo)致截面突變，往往會在地下室頂板生成平行于人防墻的裂縫。而地下室頂板上的預(yù)留洞口和施工臨時通道轉(zhuǎn)角處受到應(yīng)力集中作用也會導(dǎo)致該區(qū)域混凝土開裂。

2.5 氣候影響

因為地下室頂板作為施工場地常常不能及時覆土，導(dǎo)致地下室頂板長時間暴露在外部環(huán)境中。尤其在高溫季節(jié)，地下室頂板上表面與下表面的溫差較大，上表面混凝土中的水分在太陽照射和風(fēng)的作用下很快蒸發(fā)，使得混凝土體積變化相對較大，而下表面混凝土由于模板阻隔，水分蒸發(fā)速度較慢，混凝土體積變化相對較小。由于混凝土上下表面體積變化的不同，從而在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力，而混凝土早期抗拉強度較低，容易形成裂縫。

2.6 施工因素

（1）夏季施工時塌落度損失較大，再加上現(xiàn)場施工管理不規(guī)范，施工人員為圖施工便利往已拌好的混凝土中加水現(xiàn)象時有發(fā)生，嚴重影響混凝土拌合物的質(zhì)量，降低混凝土抗裂能力。

（2）地下室頂板混凝土澆筑完畢后未及時進行養(yǎng)護，致使早期失水多，引起混凝土開裂。

（3）過早封閉后澆帶是產(chǎn)生裂縫的一個重要原因。由于溫度作用效應(yīng)導(dǎo)致地下室頂板混凝土尚有部分變形量未被充分釋放。

（4）未按照規(guī)范及設(shè)計要求在受力較小處設(shè)置施工縫，施工時處理不妥，容易出現(xiàn)新舊混凝土粘接不良而形成裂縫，見圖8。

圖8 地下室頂板施工縫處理不當形成裂縫

3 預(yù)防措施

3.1 設(shè)計方面的預(yù)防措施

（1）在合理的位置設(shè)置后澆帶，后澆帶是施工期間設(shè)置的臨時性變形縫，其最大間距宜為30～40m。由于混凝土早期收縮量較大，后澆帶將地下室頂板結(jié)構(gòu)分割成相對較小的區(qū)塊，可有效地釋放早期混凝土收縮應(yīng)力和減小以收縮為主的變形。后澆帶澆筑后通過補償收縮混凝土硬化過程中產(chǎn)生的膨脹作用，在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生一定的預(yù)壓應(yīng)力用于抵消剩余的部分混凝土收縮應(yīng)力，防止混凝土構(gòu)件產(chǎn)生裂縫。對于伸縮后澆帶，在兩側(cè)混凝土齡期達到60d 并經(jīng)設(shè)計同意后封閉。由于考慮溫度效應(yīng)，后澆帶封閉的環(huán)境溫度應(yīng)選擇在15～18℃。對于沉降后澆帶，應(yīng)在高層住宅主樓結(jié)構(gòu)封頂后，根據(jù)實測沉降資料確定封閉時間，一般在主體結(jié)構(gòu)結(jié)頂14d 后進行。后澆帶施工前，后澆帶部位應(yīng)采取措施防止落入雜物和損傷止水帶。后澆帶應(yīng)采用強度等級高一級的補償收縮混凝土澆灌。

（2）在結(jié)構(gòu)設(shè)計階段可以采用有限元軟件模擬溫度變化下的地下室頂板應(yīng)力分布情況，并根據(jù)計算結(jié)果在拉應(yīng)力較大的區(qū)域設(shè)置后澆帶。

（3）在結(jié)構(gòu)突變處或預(yù)留洞口處設(shè)置構(gòu)造鋼筋。對預(yù)計收縮應(yīng)力比較大的構(gòu)件或部位適當加強鋼筋，以提高混凝土的抗變形能力，從而降低產(chǎn)生裂縫的可能性。

3.2 材料控制方面的預(yù)防措施

在地下室頂板施工階段，應(yīng)當采用低水化熱水泥，摻入粉煤灰、磨細礦渣粉等摻和料，選用合理的配合比、選擇良好的粗骨料、選用級配優(yōu)良的砂、石原料，含泥量應(yīng)符合規(guī)范要求，使水灰比和砂率達到最佳，嚴格控制混凝土中的水泥用量，摻入適當?shù)臏p水劑、緩凝劑和膨脹劑等外加劑，以混凝土的膨脹量抵消混凝土的部分收縮量，從而有效控制地下室頂板混凝土的開裂。

3.3 施工方面的預(yù)防措施

（1）施工縫應(yīng)按照規(guī)范及設(shè)計要求的位置和方式留置，并應(yīng)按照施工方案實施。在澆筑混凝土前，應(yīng)將其表面浮漿清除并鑿到密實混凝土為止，澆水濕潤后鋪設(shè)水泥砂漿或涂刷混凝土界面劑，再及時澆筑混凝土，并振搗密實，確保新舊混凝土良好結(jié)合。

（2）在高溫季節(jié)，應(yīng)采取能有效降低原材料溫度和減少混凝土運輸時吸收外界熱量等措施。地下室頂板混凝土里表溫差（不含混凝土收縮的當量溫度）不宜大于25℃，其表面與大氣溫差不宜大于20℃。無梁樓蓋混凝土應(yīng)與柱帽同時進行澆筑。在混凝土澆筑前，必須檢查模板內(nèi)的積水、木屑及其他垃圾等是否已經(jīng)及時清理干凈，以防止出現(xiàn)夾渣等質(zhì)量問題。在混凝土澆筑過程中，嚴禁現(xiàn)場加水，振搗必須均勻、適度，避免過振或漏振，倡導(dǎo)采用二次振搗和二次抹面技術(shù)。對澆筑混凝土使用設(shè)備及時進行維修保養(yǎng)，避免出現(xiàn)故障導(dǎo)致施工中斷。

（3）混凝土澆筑完成后應(yīng)及時覆蓋薄膜，可有效隔絕混凝土和外部環(huán)境的接觸，進而避免因混凝土內(nèi)外溫差過大引起的溫度裂縫。在冬季施工時也要做好保溫措施，以減少因結(jié)構(gòu)熱脹冷縮而引起的溫度應(yīng)力?？梢愿鶕?jù)工程實際適當延長養(yǎng)護時間和進行溫度監(jiān)測同樣有利于減少混凝土裂縫的產(chǎn)生。

（4）為減少出現(xiàn)溫度收縮裂縫，應(yīng)及時回填覆土，盡可能縮短地下室頂板暴露時間。

（5）加強施工現(xiàn)場大型車輛和物料堆放管理，確保施工荷載滿足設(shè)計值要求。

4 結(jié)束語

超長地下室頂板無梁樓蓋裂縫問題，一直是設(shè)計面臨的一個難題，長期以來一直困擾著工程人員。要克服這一難題，我們應(yīng)采取科學(xué)的態(tài)度進行認真分析和研究、區(qū)別對待。僅僅采用設(shè)置施工后澆帶的方法不能從根本上防止超長地下室頂板無梁樓蓋開裂，所以裂縫控制不能僅考慮某單一環(huán)節(jié)，應(yīng)從多方面采取措施進行綜合控制。在設(shè)計過程中，我們就應(yīng)該采取合理的、行之有效的措施預(yù)防裂縫發(fā)生。在施工過程中，采取加強混凝土原材料控制，制定嚴格的施工組織方案和適當推遲后澆帶的澆筑時間并加強混凝土養(yǎng)護。只有在設(shè)計及施工階段采取各種有效的措施，才能有效地預(yù)防裂縫的產(chǎn)生。