超长地下室混凝土墙体的裂缝控制

超长地下室砼墙体的裂缝控制[摘要]通过对实际工程的理论计算和分析对比，总结了超长地下室墙体裂缝的主要原因，提出了优化墙体结构、保湿控温，减小约束等综合裂缝控制措施。[关健词]超长墙体；温差；约束；温度应力；裂缝；控制地下室外墙裂缝是地下工程中的质量通病，有关统计资料反映，地下室外墙开裂的工程数量占被调查工程总数的85%以上。[1]如何有效地防治地下室外墙裂缝，尤其是超长地下室墙体的裂缝，是一项很复杂的技术难题，长期以来一直未能得到很好的解决，很有必要进行研究探讨。为此，作者作了一些工程调查，并结合实际工程进行了必要的理论分析、计算，分析了墙体裂缝的深层次原因，提出了防治超长地下室墙体裂缝的措施和建议，供工程界参考。1、调查概况：1.1调查的基本情况作者分别调查了我公司在上海、南通、无锡、南京等地施工的地下室墙体情况，所调查的工程情况详见表1-1。其中电信大楼工程，负一层墙体的水平钢筋修改为2Φ16＠200+2φ10＠200，施工中采取了如下措施：①将顶板与墙体分开浇筑；②减慢浇筑速度，按500厚分层浇筑；③胶合板外包裹麻袋；④拆模时间延迟到8d。到目前为止尚未发现收缩和温差裂缝。1.2裂缝情况三个工程的裂缝情况见表1-2,裂缝位置见图1-1、1-2、1-3。裂缝基本情况表1-2工程名称裂缝方向及长度裂缝深度裂缝部位平均间距出现时间处理方法王府大厦竖向通长贯通柱边加强筋以外12m20d表面封堵洲际大厦竖向通长贯通均匀分布5m2个月压力注浆电信大楼竖向通长贯通地梁梁端6m4-5d自俞2、裂缝的原因分析及理论计算砼结构的宏观裂缝产生的原因主要有两种：外荷载引起的和变形引起的，其中变形引起的裂缝占80%以上。砼结构发生变形时，若受到约束便会在砼结构上产生约束应力，当约束应力超过砼抗拉强度时就产生裂缝，这就是砼结构变形裂缝的机理。变形和约束是砼结构变形裂缝的两个重要因素，下面就变形和约束问题，对三个工程的超长地下室砼墙体出现裂缝的原因进行分析计算。2.1变形方面的原因砼发生较大的收缩变形砼收缩较大的主要原因有：(1)砼中水泥用量大由于普遍采用C40、C50砼，以及预拌泵送砼技术，使水泥用量大大提高，一般用量400~500kg/m3，最高达到515kg/m3。(2)施工中养护不良3~7d拆除墙体模板后，没有覆盖或浇水保湿养护，致使墙体表面干燥，造成砼发生很大的早期收缩变形。(3)水平钢筋配筋率低水平方向仅设置构造配筋，配筋率仅为0.4~0.5%左右，没有起到利用水平钢筋减少砼墙体纵向收缩的作用。(4)膨胀剂的使用效果不佳掺加膨胀剂后，达不到14d限制膨胀率指标，没有发挥出补偿收缩的作用。发生过大的温度变形(1)水化热引起的温度变形水泥水化时释放的水化热引起砼温度上升，其后出现降温差和内外温差，这一点在厚度大于1m的大体积砼中才进行计算分析，砼墙体厚度通常不大，一般未予考虑。下面分析一下厚度为0.5m砼墙体的水化热温度情况，计算依据为文献[1]提供的温升值数据，见表2-1砼结构水化热温升值表2-1厚度（m）夏季（气温32~388℃）冬季（气温-5~3℃℃）0.5651.0109表2-1的基本条件为：P.S425水泥，用量为275kg/m3，钢模板，两层草包保温养护。若使用P.0525水泥浇筑厚度0.5m的墙体，水化热温升值经修正后的计算结果见表2-20.5m厚砼墙体水化热温升值表2-2强度等级绝热温升（℃）模板夏季（32~38℃）冬季（-5~3℃）C4077.3木模19.616.3钢模14.011.7C5084.6木模21.518.0钢模15.312.8注：C40砼水泥用量以475kg/m3计C50砼水泥用量以520kg/m3计电信大楼工程的地下室砼墙体外侧模采用240厚砖砌胎模，内侧模采用18厚胶合板，C40S8砼的胶凝材料用量为506kg（其中水泥412kg，粉煤灰38kg，JMⅢ56kg）。基于上述的计算结果，并考虑到砖砌胎模具有良好保温性能，推测砼墙体的实际温升值可达到20℃。当时气温为6~10℃，砼入模温度按15℃计算，参照以往大体积砼的测温结果，可模拟出墙体内的温度分布图，见图2-1图2-1墙体温度场分布图由图2-1可看出，由于在砼3d龄期时拆除内侧胶合板模，砼内表面迅速降温冷却，表面降温14℃，砼墙体均匀降温7℃，非均匀降温7℃。均匀降温温度应力为：σ'（4）=0.983×104×1×10-5×7=0.688MPa非均匀降温差的温度应力为:σ''（4）=0.983×104×1×10-5×7×2/[3×(1-0.15)]=0.540MPa则砼墙体内侧表面处的温度应力为:σ（4）=σ'（4）+σ''（4）=1.228MPaσ（4）×1.05=1.289MPa>fct(4)=1.027MPa(开裂)上述结果说明,在拆模后墙体砼显著降温,使砼出现表面裂缝。随着继续降温和收缩，外侧面处的拉应力也超过fct，裂缝向纵深发展，直至贯通。(2)昼夜温差引起的温度变形大气温度在昼夜之间有一定变化，暴露在室外的砼结构也会出现温度波动，温度降低引起砼冷缩变形。王府工程地下室墙体8月25日浇筑，因为基坑没有回填，墙体直接暴露于大气中，砼温度随气温变化而变化。进入9月份时，昼夜温差11~13℃，因为砼存在“传热滞后现象”，考虑砼随气温波动出现6℃的瞬时降温差,砼在龄期18天时的温度应力为:Ec(18)×α×T×{1-1/[chβ（L/2）]}=2.61×104×10-5×6×0.973=1.524MPa18天龄期时的砼收缩徐变应力为0.227MPa则σ（18）=1.524+0.227=1.751MPaσ（18）×1.05=1.839.>fct(18)=1.68MPa（开裂）上述计算结果说明，砼墙体出现裂缝正是由于昼夜温差和砼收缩共同作用所造成的。3)砼传热降温差引起的温差变形洲际大厦地下二层墙体5月20日浇筑，虽然气温没有下降，但通过灌注桩传热，砼墙体温度逐渐下降，至四十天时降温17℃，经计算综合温差应力为：σ（40）=2.11MPa>fct=1.8MPa（开裂）其后不断降温,二个月时发展成平均间距为5m的十多条裂缝.2.2约束方面的原因墙下基础地下室墙体的外约束体主要是墙下基础，地下室基础一般为筏板式钢筋砼基础，包括梁板式和厚板式。普遍采用C40、C50砼，水平阻力系数Cx值很大，一般取值为1.5N/mm3,当砼墙体无缝长度超过60m时，其收缩变形95%以上受到约束而成为约束变形，从而引起砼出现较大的收缩应力。墙下厚板式筏板基础为连续均匀约束，由其引起的墙体裂缝分布较均匀，如洲际大厦工程；墙下梁板式筏板基础为非均匀的连续约束，由于梁端约束较强，墙体裂缝多出现在梁端两侧的对应位置处。地下室楼面结构地下室楼面结构与墙板一起浇筑的情况下，由于地下室楼面一般为梁板结构，且纵向配筋率较高，以及养护条件优于墙板，其砼实际收缩值比墙板小，即楼面结构与墙体之间存在收缩差，因此楼面结构构成了砼墙体的外约束体。电信大楼即出现如此情况，详见图2-2墙体外侧胎模由于场地狭小等原因，在地下室外墙外侧无法留出工作面，常用胎模作为墙体外侧模板，如电信大楼工程使用240厚砖砌胎模，洲际大厦使用∮800灌注桩胎模，见图2-3、2-4砼浇筑后即与胎模粘结，当砼墙体发生收缩变形和温差变形时，胎模将阻止其自由变形，因此胎模也构成了砼墙体的外约束体，这一点很容易被忽视。洲际大厦工程墙体的裂缝平均间距5m，电信大楼工程墙体的裂缝平均间距6m，如此小间距的密布裂缝，正是由于胎模与墙下基础共同约束所造成的。关于胎模的水平阻力系数，目前尚无参考取值，还有待试验研究。其取值与胎模类别、尺寸、弹性模量，强度以及墙体的变形速度等有直接关系。根据洲际工程的综合温差及裂缝间距，推算灌注桩的Cx值约为0.1N/mm33、裂缝控制措施对于超长地下室墙体，利用设置后浇带，可解决早期收缩裂缝问题，但同时也带来了下列问题：①增加施工工期和成本；②施工困难；③容易出现渗漏。因此，我们必须探讨不留或少留后浇带施工超长地下室墙体的裂缝控制技术。通过工程实践和理论分析，超长地下室砼墙体裂缝控制可从下列方面采取措施。3.1基本原则在突破规范规定不设缝、不留后浇带施工超长砼墙体时，必须采取一系列裂缝控制措施，其基本原则是：(1)减少变形与改善约束相结合；(2)“抗”与“放”相结合。[1]“抗”就是提高砼墙体的抗裂性能，“放”就是设置膨胀加强带，减小约束，释放部分变形。3.2裂缝控制的具体措施优化墙体结构.1采用高性能混凝土用于超长墙体的砼除应满足强度指标外，还应具备下列性能：（1）低收缩率，极限收缩率宜低于0.03%（2）低水化热和较低的出盘温度,夏季25~30℃,冬季8~12℃。（3）适宜的坍落度和凝结时间。坍落度12~14cm，只要能满足泵送要求，尽可能低一些。以上这些性能应在砼性能设计时明确规定，并把它作为质量要求写入商品砼合同，并实施验证监控。.2采用补偿收缩混凝土补偿收缩砼的技术性能指标为：14d水中养护的限制膨胀率大于0.015%，28d干空收缩率小于0.03%。利用它可以抵消一部分砼早期收缩变形，减少裂缝。采用补偿收缩砼应注意以下两点：（1）应经过试验确定合理的配合比，特别是膨胀剂掺量的确定，切忌直接按照经验掺量或推荐掺量掺用。必须以确保达到补偿收缩砼的性能指标为准，确定膨胀剂的适宜掺量。（2）施工过程中应认真做好砼养护工作，保证砼处于潮湿状态。前期可带模保温、保湿养护5d~7d；拆模后保湿养护至14d。具体方法：墙面挂草帘、麻袋，定人定时洒水，使砼表面保持湿润，或覆盖薄膜，必要时布置喷淋水管。.3优化砼配合比（1）合理使用水泥1)应选用中低水化热、低收缩的水泥，如P.O或P.S；2)最大限度控制水泥用量，如采用较小的水灰比，减少用水量等。（2）掺加超细掺合料目前普遍应用掺加粉煤灰，即可节约水泥，又可降低水化热，减少砼收缩率。一般掺量10~20%。（3）掺加外加剂，掺加适宜的砼外加剂，改善砼性能，如减水、缓凝、早强等。.4适当配置水平钢筋配置适量的水平钢筋，可以减少砼收缩，提高砼极限拉应变，限制裂缝开展。（1）配筋率宜在0.5~0.8%，钢筋直径12~16，间距100~150mm。（2）在墙柱并连处、变截面处、约束较强处配置加强钢筋，外伸2m，间距宜100~120mm。.5设置膨胀加强带在砼墙体上设置膨胀加强带取代后浇带[2]，释放两侧砼墙体的部分收缩变形。膨胀加强带做法：①砼强度提高一个等级；②水平配筋率增加20%；③限制膨胀率达到0.03%；④带宽2m；⑤一般每隔30m设置一道，可视具体条件适当增减，如两侧砼收缩量、所处的环境条件、所受约束程度。膨胀加强带分连续浇筑和后浇两种方式。连续浇筑即加强带与侧边砼连续不间断浇筑，浇到加强带时，改用大膨胀砼。后浇方式类似后浇带作法，但间隔时间可缩短到14d以内。施工技术措施.1砼浇筑为减少砼的水化热温升，浇筑过程中应采取下列措施：（1）降低砼入模温度，特别是在夏季施工时，首先控制砼出盘温度，其次用草袋或麻袋包裹砼输送管道，并浇水降温。（2）分层浇筑墙体砼，分层厚度小于500mm，施工间隙时间1~2h。.2砼养护砼养护条件对砼强度增长，减少收缩以及发挥补偿收缩砼的微膨胀作用十分重要。具体养护方法同前，保湿养护还应注意两点：（1）养护期间随时观察砼表面潮湿度，以便及时采取补救措施。（2）保湿和保温应兼顾考虑，要综合考虑水化热温升、施工季节、模板等因素，适时变换养护方法。夏季施工时，带模养护时间可缩短些，带模养护期间如发现砼表面干燥，可稍稍松开模板，从上部缝隙间淋水养护；在春秋季节施工，白天保湿夜间保温，冬季施工水化热温升大的砼墙体前期养护应以保温为主；拆模后不宜直接向砼表面浇水，改用喷雾，或挂上草包、麻袋后洒水。电力大楼工程为300厚，C50砼墙体，3月份施工时，钢模板外侧包裹麻袋片保温，拆模后挂湿麻袋，喷水养护。墙体未出现收缩及温度裂缝。.3控温措施根据对三个工程的裂缝原因分析，可以看出温差变形是裂缝的主要因素，做好控温工作可大大避免砼墙体出现温差裂缝。控温的基本思想：降低水化热温升，控制降温速度，减小气温变化对砼温度影响。（1）降低水化热温升具体措施同大体积砼施工，此处不再赘述。（2）保温措施1)优选胶合板，竹胶板作模板，以利保温。2)带模养护，即在砼浇筑后延迟拆模时间，适宜的拆模时间为5~7d，当选用钢模且气温较低时，还应在钢模外侧包裹草包或麻袋。3)拆模后仍要注意采取保温措施，如覆盖薄膜、挂草包、麻袋等。4)对于大于400厚的墙体，应做好测温工作，实行信息化施工，根据墙体温度分布情况，及时增补保温材料，使其缓慢降温，降温速度不宜大于1~3℃/d。5)养护14d后应及时将基坑回填，利用回填土保温保湿，以免墙体长期暴露于大气中随气温昼夜波动或季节温差而出现较大温差。6)掌握气温变化规律，如昼