對深基礎(chǔ)地下室外墻混凝土裂縫控制的探討
關(guān)鍵詞:高層建筑；地下室結(jié)構(gòu)；外墻；混凝土裂縫；控制
1工程概況
本工程地處上海市楊浦區(qū)五角場中心地帶，是上海市重點建設(shè)的城市副中心之一，位于邯鄲路、四平路夾角地塊，毗鄰五角場環(huán)島和地鐵10號線五角場站，地塊形狀呈扇形，占地約10000平方米（詳圖一所示）。本工程地下3層，地上裙房5層，主樓15層，總建筑面積約54000㎡，其中地下建筑面織約20000平方米,地上建筑面積約34000平方米。裙房高度為30米，主樓建筑高度87.6米。
本工程主體結(jié)構(gòu)為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁+筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深約15米，基坑圍護(hù)采用地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐形式，建筑外立面主要是玻璃和石材幕墻�；邮┕し症駞^(qū)和Ⅱ區(qū)兩個區(qū)域，Ⅰ區(qū)施工至±0.000時進(jìn)行Ⅱ區(qū)開挖。
由于施工技術(shù),材料,地基變形等客觀原因,設(shè)變形縫的地下室往往大多數(shù)出現(xiàn)滲漏,業(yè)主也希望將滲漏的可能性降到最小。經(jīng)過綜合比較,決定采用不設(shè)
縫的方案,但考慮到該地下室在X、Y方向分別為112.5m和144.5m,嚴(yán)重超長超寬,為保證地下室的正常使用壽命和安全性,防止外墻出現(xiàn)裂縫引起地下室
滲漏,影響使用,降低結(jié)構(gòu)耐久性,工程采取“抗、放、補(bǔ)、防”相結(jié)合的技術(shù)措施,把地下室外墻裂縫控制在允許的范圍內(nèi)。
2地下室外墻裂縫特征與產(chǎn)生的原因
2．1常見地下室外墻裂縫的主要特征
2．1．1混凝土結(jié)構(gòu)在施工和使用過程中不可避免地經(jīng)常出現(xiàn)不同程度、不同類型的裂縫,這些裂縫大多是因荷載及溫度變化而引起的。
從裂縫形狀看,絕大多數(shù)裂縫為豎向裂縫,縫長接近墻高。從裂縫寬度形狀看,縫中間寬,兩頭尖,呈棗核形。從裂縫分布位置看,外墻中間裂縫數(shù)量較多,靠近外墻兩端裂縫數(shù)量較少。
2．1．2地下室外墻暴露在大氣中的時間越長,裂縫數(shù)量增加越多,但裂縫寬度變化不大。
2．1．3地下室回填土完成后,裂縫寬度稍大處有少量滲漏,但水流量不大。
2．1．4溫度上升引起的裂縫:水泥水化熱是引起大體積混凝土中的溫度變化的主要因素。
由于混凝土表面散熱條件較好,熱量容易釋放,因而溫度上升較少;而混凝土內(nèi)部由于散熱條件較差,使溫度上升較多而形成內(nèi)約束。其結(jié)果使得混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力、面層產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)該拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時,混凝土表面就產(chǎn)生了溫度裂縫。
2．1．5降溫產(chǎn)生的裂縫:混凝土澆筑后經(jīng)過一段時間,水泥水化熱基本上已釋放,混凝土從較高溫度逐漸降溫,引起混凝土收縮,同時由于混凝土中多余水分蒸發(fā)、碳化等引起的體積收縮變形,受到地基和結(jié)構(gòu)邊界條件的約束,不能自由變形,導(dǎo)致產(chǎn)生拉應(yīng)力,當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時,則從約束面開始向上開裂形成裂縫。
2．2裂縫產(chǎn)生的原因分析
2．2．1設(shè)計問題
《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定:現(xiàn)澆鋼筋混凝土地下室墻壁伸縮縫的最大間距為20m(露天)、30m(室內(nèi)或土中)。但實際工程墻長往往超過規(guī)范規(guī)定,設(shè)計時地下室外墻水平鋼筋仍按構(gòu)造配置,從而使外墻容易產(chǎn)生裂縫。
2．2．2環(huán)境問題
地下室外墻相對梁、柱構(gòu)件而言,為薄壁構(gòu)件,這類薄而長的構(gòu)件對溫度、濕度變化較敏感,約束產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力較大;同時實際施工中很難做到墻體完成后立
即回填土或完成頂板澆筑,使地下室墻體長期暴露,承受著季節(jié)溫差和內(nèi)外溫差。
地下室外墻溫差用平均溫差T=(T1+T2)/2和溫差梯度ΔT=T1–T2兩部分來衡量。平均溫差會使墻板產(chǎn)生軸力,引起貫穿裂縫;溫差梯度使墻板產(chǎn)生彎矩,引起非貫穿裂縫。對地下室外墻而言,貫穿裂縫更為有害。
2．2．3材料問題
水泥用量與品種、粗細(xì)骨料、摻合料、外加劑等質(zhì)量不良;配合比不恰當(dāng);水灰比過高;使用過期的UEA微膨脹劑,均會導(dǎo)致混凝土收縮而產(chǎn)生裂縫。
2．2．4施工問題
采用泵送混凝土需要較大的坍落度,因此在配合比配制過程中摻加了緩凝型高效減水劑和粉煤灰的用量,但卻影響混凝土早期的抗拉強(qiáng)度和彈性模量,降低
混凝土早期的抗裂能力。另外,拆模時間和混凝土養(yǎng)護(hù)方法對裂縫開展也有影響。
3外墻裂縫控制對策措施
3．1設(shè)計方面
3．1．1地下室外墻計算模型:假定地下室底板作為地下室外墻的嵌固端,則外墻底部彎矩與相鄰的底板彎矩大小一樣,底板的抗彎能力不應(yīng)小于外墻的抗彎能力,其厚度和配筋量應(yīng)相匹配。
3．1．2地下室外墻配筋計算:除與鋼筋混凝土內(nèi)隔墻相連的外墻按雙向板計算配筋外,其余的外墻按豎向單向板計算配筋,同時還應(yīng)進(jìn)行地下室外墻抗裂性驗算,控制裂縫寬度,使之滿足規(guī)范要求。
3．1．3加強(qiáng)水平鋼筋的配置做到“抗”的原則。由于水平鋼筋對墻體的抗裂作用十分明顯,適當(dāng)增加水平鋼筋的配筋率可減輕墻體開裂程度;同時鋼筋的外形對墻體開裂也有很大的影響,光圓鋼筋與帶肋鋼筋相比,帶肋鋼筋與混凝土的黏結(jié)力較強(qiáng),裂縫開展較小。因此配置水平鋼筋時應(yīng)注意四個問題:
(1)水平鋼筋保護(hù)層應(yīng)盡可能小些,以減小素混凝土出現(xiàn)開裂;
(2)防裂鋼筋的間距不宜太大,可采用小直徑密分布的配筋方式;
(3)考慮溫度收縮應(yīng)力的變化加強(qiáng)配筋率;
(4)采用帶肋鋼筋比光圓鋼筋好。故該地下室工程外墻采用φ14mm@150mm水平筋。
3．2材料方面
3．2．1整個地下室(底板、頂板、外墻)的混凝土構(gòu)件均采用補(bǔ)償收縮混凝土,補(bǔ)償收縮混凝土在水中養(yǎng)護(hù)14d的限制膨脹率0.020%;后澆帶和膨脹混凝土帶的混凝土在水中養(yǎng)護(hù)14d的限制膨脹率應(yīng)≥0.1025%。
3．2．2采用中、粗砂。石子采用粒徑較大、級配良好、含泥量≤1%的碎石或卵石。
