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结构工程师:大型地下室混凝土裂缝原因和预防措施

来源:网友上传  2012-4-25 22:48:54   【一起学:终身教育引导者

  1工程概况
  深圳市某住宅钢筋混凝土工程主体由三栋塔楼和二层地库组成,地下室的第一层为设备层,第二层为地下车库。工程总建筑面积8万多m2,其中地下室总面积约为16000m2,本工程为建筑一类工程,工程建筑耐久等级为一级。塔楼采用现浇钢筋混凝土剪力墙结构,塔楼间的地下室采用现浇钢筋混凝土框架结构,基础采用人工挖孔桩,地下室底板厚500mm,地下室外墙厚400mm.本工程混凝土强度等级为:墙柱C35~C45,梁板C30~C40,其余部位C10~C20.混凝土保护层厚度为15mm~35mm.
  2裂缝调查
  2.1调查内容
  (1)裂缝情况:包括裂缝位置、长度、宽度、深度、性质及发展情况等。
  (2)设计、施工情况:包括裂缝相应位置的结构构造、混凝土强度等级、施工工艺及养护情况。
  2.2调查方法和手段
  2.2.1调查方法
  裂缝调查采用普查与典型调查相结合的方法。对于裂缝比较集中的地下室D轴线附近的裂缝分布情况进行普查(D轴线为塔楼和地下室交界处),对裂缝深度进行抽查,并对比较典型的裂缝的发展情况进行跟踪调查。
  2.2.2调查手段
  本次调查采用的设备和工具主要有以下几种:
  (1)裂缝位置主要根据设计图,借助于钢尺、相机等进行检查调查,并绘制裂缝分布图。(2)裂缝宽度使用塞尺、刻度放大镜进行测量。
  (3)裂缝长度用钢尺和皮尺测量。
  (4)裂缝深度按照规范要求用超声波仪测量超声波发送和响应时间,经过计算得到裂缝深度。
  2.3裂缝调查
  2.3.1地下室裂缝情况
  (1)裂缝部位、长度和宽度
  对地下室负一层和负二层沿D轴线附近的裂缝进行了初步调查,负一层的裂缝情况见表1,负二层的裂缝情况见表2(略)
  (2)裂缝深度
  对地下室部分裂缝的深度进行了抽查,抽查结果见表3所示。
  2.3.2跟踪调查
  对地下室混凝土的部分裂缝的宽度进行了跟踪调查,调查结果表明:地下室的少量裂缝在继续发展,不过发展趋势不大;在地下室顶板和墙面分别有少量新的裂缝产生。
  2.4裂缝特征分析
  调查发现地下室的裂缝主要集中于D轴线附近,并且地下室的裂缝具有以下特点:
  (1)顶板裂缝大多数与跨度方向呈45℃左右的斜角,个别裂缝穿过两块以上的板。
  (2)顶板呈斜角的裂缝多数相互平行,且集中于D轴线附近板的一角。
  (3)顶板的裂缝大多数集中于塔楼和地下室交界的D轴线两侧。
  (4)墙面裂缝多数垂直地面且相互平行,宽度自下而上逐渐变窄。
  (5)地下室部分裂缝相交呈八字形。
  3裂缝原因研究
  3.1混凝土裂缝的类型和产生原因
  混凝土的裂缝按产生的时间可分为硬化前裂缝、硬化过程裂缝和完全硬化后裂缝。按引起裂缝产生的原因把混凝土裂缝分为二大类〔
  第一大类,由第一类外荷载引起的裂缝,包括按照常规计算的主要应力引起的“荷载裂缝”,以及由结构次应力引起的“荷载次应力裂缝”,二者通称为结构性裂缝、受力裂缝。
  第二大类,由第二类荷载即变形变化引起的裂缝,包括温度、湿度、收缩和膨胀、不均匀沉降等因素引起的裂缝,也称非结构性裂缝。上述两类裂缝的区别是:前者从外荷载的作用、结构内力的形成,直至裂缝的出现与扩展,似乎都在同一时间瞬时发生并一次完成,是个“一次”过程。而变形荷载的作用,从环境的变化,变形的产生,到约束应力的形成,裂缝的出现与扩展等都不是在同一时间瞬时完成的,它有一个“时间过程”,称之为“传递过程”,是一个多次产生和发展的过程。
  3.2裂缝原因分析
  根据调查结果分析,以及对地下室裂缝的初步跟踪调查,地下室有些裂缝有进一步发展趋势,且有新的裂缝产生,裂缝的产生表现为“时间过程”,呈现由变形变化引起的裂缝特点,估计地下室裂缝由变形变化引起为主。根据地下室的裂缝特点,分析其原因有以下几方面:
  (1)材料原因
  根据搅拌站提供的原材料实际计量数据看,其用水量波动较大,可能导致混凝土质量波动也较大。
  (2)施工原因
  根据在现场对施工过程的观察、对现场混凝土的检查和对施工人员的访问,发现有几个问题:一是混凝土的蜂窝麻面,二是混凝土的养护,三是拆模时间。蜂窝麻面反映混凝土立模和振捣方面存在不足,而养护不好则对混凝土整体质量影响特别显著,直接影响混凝土的抗裂能力。在混凝土产生足够强度以前,过早拆模以及在混凝土施工面上过早从事其它准备工序,会破坏混凝土结构,降低承载力,导致裂缝的产生。另外,根据施工单位编制的《施工组织设计》,由于地下室二层与地下室一层D轴线落差处,地下室二层外墙与塔楼地下一层底板相连。而地下一层底板与地下二层外墙施工存在60天技术间歇时间,为使主楼节省60天工期,将地下二层外墙与地下一层底板结构一起施工。这样使原来的结构刚度和结构构件的约束情况有所变化,在地基差异沉降变形和荷载影响下,就可能导致D轴墙和地下室楼板产生裂缝。
  (3)结构设计原因
  D轴线位置为人防和塔楼的交界处,塔楼部分为一层地下室,人防部分为两层地下室,故D轴线两侧所受荷载及两侧结构的刚度或柔性有显著差异,使其变形差异较大,由于超静定结构的强约束作用,从而导致裂缝的产生。
  (4)基础沉降原因
  塔楼和地下室的东西方向和南北方向的地质情况均有差异,其中东西方向的荷载和结构刚度基本相同,南北方向的荷载和结构刚度差异较大。在不同的静荷载和施工荷载作用下,因其沉降位移不同,以及D轴线附近相邻沉降差异而导致裂缝的产生,D轴线附近的墙体垂直裂缝和八字形裂缝说明了这一点。
  (5)环境原因
  由跟踪调查情况看,地下室个别裂缝宽度还有所发展,而且有新的裂缝产生,但原有裂缝也在闭合或者宽度变小,跟踪调查时正值寒潮期间,因此,新的裂缝和裂缝的发展由温度变化引起的可能性较大,但塔楼的荷载还在增大,地基的沉降尚不稳定,故地基沉降仍然是其原因之一。

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