趙旭東

(甘肅第六建設(shè)集團(tuán)股份有限公司,甘肅 蘭州 730050)

很多高層建筑的地下室頂板如果出現(xiàn)裂縫,非常容易導(dǎo)致外部的一些物質(zhì)進(jìn)入到混凝土內(nèi)部對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生侵蝕,進(jìn)而導(dǎo)致內(nèi)部鋼筋銹蝕,縮短混凝土結(jié)構(gòu)整體的使用壽命,對(duì)建筑物的安全性能和使用年限產(chǎn)生不良影響。針對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)滲漏情況的地下室頂板結(jié)構(gòu),其后期維修養(yǎng)護(hù)成本過(guò)高、施工難度較大,會(huì)對(duì)建筑工程項(xiàng)目整體的施工建設(shè)帶來(lái)不良影響,時(shí)間一長(zhǎng),還會(huì)對(duì)建筑物整體的結(jié)構(gòu)安全帶來(lái)不利影響。因此,有必要采取對(duì)應(yīng)的干預(yù)措施來(lái)預(yù)防裂縫產(chǎn)生。

比較分析傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)可知,無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)具有增加室內(nèi)空間、節(jié)約兩側(cè)模板建設(shè)花費(fèi)以及提升施工效率等優(yōu)勢(shì),很多高層建筑工程項(xiàng)目施工階段均會(huì)采用無(wú)梁樓蓋充當(dāng)?shù)叵率医Y(jié)構(gòu)的頂板。為進(jìn)一步提升地下室工程質(zhì)量,施工方要針對(duì)地下室無(wú)梁樓蓋裂縫原因展開(kāi)研究,并采取相應(yīng)防治措施。

1 工程項(xiàng)目概況

本工程項(xiàng)目的主體結(jié)構(gòu)包括11棟高層民用建筑以及地下層地下室結(jié)構(gòu),地下區(qū)域內(nèi)也有人防工程。地下室頂板結(jié)構(gòu)為無(wú)梁樓蓋。施工前期勘測(cè)數(shù)據(jù)如下:地下室平面尺寸37 476m2,長(zhǎng)寬比數(shù)值3.2;地下室占地面積為34 961m2;地下室高度3.5m,其中±0.000對(duì)應(yīng)85高程6.050 m,抗浮水位相當(dāng)于85高程4.400 m。為保證地下室工程質(zhì)量,要求頂板覆土荷載數(shù)值和臨時(shí)荷載數(shù)值均小于27kN/m2,活荷載低于5kN/m2,大型車(chē)輛荷載值為20kN/m2。地下室頂板無(wú)梁樓蓋鄰近區(qū)域覆土高度要嚴(yán)格控制在0.5m以下,頂板施工采用C35混凝土材料,抗?jié)B性P6。

地下室的基本柱網(wǎng)尺寸如下:①5.5m×5.35m;②6.5m×5.8m;③8m×5.8m。該地下室頂板的厚度數(shù)值約為250mm～320mm不等。該圓柱蓋的平面尺寸為2.8m×2.6m,圓柱高度為600～1080mm。

2021年11月,負(fù)責(zé)該高層建筑工程的監(jiān)理單位經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察發(fā)現(xiàn),該建筑工程的地下頂板出現(xiàn)了裂縫和一定的滲漏情況,發(fā)現(xiàn)時(shí)地下水的頂板并沒(méi)有開(kāi)始覆土施工。應(yīng)用測(cè)量技術(shù)進(jìn)行測(cè)量后,得出該地下室頂板裂縫的具體分布情況(見(jiàn)圖1)。

圖1 地下室頂板結(jié)構(gòu)平面圖及裂縫分布示意

裂縫的主要特征表現(xiàn)為:①經(jīng)過(guò)對(duì)地下室環(huán)境的勘察分析可知,民用建筑主體結(jié)構(gòu)、地下室外墻體部分裂縫發(fā)生率低,地下室頂板裂縫發(fā)生率高;②本工程地下室頂板裂縫為平面分布,但總體趨勢(shì)明顯;在地下室頂部的西面和中部,裂縫是比較集中的。在高層建筑的主樓與地下室的接合處,也出現(xiàn)了一些裂縫,這些裂縫甚至穿透了頂板。

總體而言,裂縫形式表現(xiàn)為4種:①斜縫,在剪力墻或柱蓋附近有一條或多條約45°的斜縫;②與剪力墻或柱蓋平行的裂紋;③預(yù)留孔隙;④其他不規(guī)則的裂縫。

2 地下室無(wú)梁樓蓋裂縫成因分析

2.1 設(shè)計(jì)原因

(1)伸縮縫的設(shè)計(jì)未嚴(yán)格按照高層建筑的施工要求進(jìn)行。根據(jù)GB50010—2010混凝土建筑設(shè)計(jì)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定,為了有效地降低因溫度和自身收縮而引起的混凝土材料開(kāi)裂,必須保證最大的間距。對(duì)于現(xiàn)澆擋土墻、地下室墻體等建筑,應(yīng)采用30 m的伸縮縫和20 m的敞開(kāi)式伸縮縫。由于高層建筑地下室的作用有限,為了進(jìn)行防水施工,一般不設(shè)置伸縮縫,在本工程中不設(shè)置伸縮縫的長(zhǎng)度超出規(guī)定的范圍[1]。

(2)在安裝了后澆帶后,地下室的頂板被分成了18個(gè)部分,由西向東分成了7個(gè)部分,長(zhǎng)度分別是:48.05m、46.10m、57.60m、53.40m、56.35m、40.85m、39.70m。由于分區(qū)長(zhǎng)度比較大,若長(zhǎng)時(shí)間暴露于戶(hù)外,在多個(gè)區(qū)塊的共同作用下,頂板會(huì)產(chǎn)生局部開(kāi)裂。

2.2 材料原因

(1)在選用工程材料時(shí),選用了泵送商砼。這類(lèi)商砼具有粒徑低、坍落度高、粉煤灰含量高的特點(diǎn),在混凝土凝固時(shí)易發(fā)生明顯的收縮。地下室頂板材料要求見(jiàn)表1。

表1 地下室頂板材料要求

(2)本項(xiàng)目的地下水頂板混凝土材料是兩個(gè)公司供應(yīng)的,其混凝土材料配比、外加劑數(shù)量配比也存在著差異。地下室頂板后澆帶施工完成后,由于其抗縮和變形特性的差異,會(huì)對(duì)裂縫的形成造成負(fù)面影響[2]。

2.3 荷載作用

(1)和普通的框架結(jié)構(gòu)對(duì)比,無(wú)梁樓蓋的荷載力傳遞方式比較特殊,這也是導(dǎo)致地下室頂板出現(xiàn)裂縫的一項(xiàng)重要原因。由于無(wú)梁樓蓋與立柱僅由節(jié)點(diǎn)相連,整體的連續(xù)性不佳,很難承受水平荷載。另外,在梁、柱附近,由于剪力個(gè)彎矩的集中性較大,容易出現(xiàn)剪力破壞及彎曲破壞。無(wú)梁板厚度與長(zhǎng)跨的最小比值見(jiàn)表2。

表2 無(wú)梁板厚度與長(zhǎng)跨的最小比值

(2)在實(shí)際施工中,由于沒(méi)有全面的防浮措施,而且在此期間,地下室頂板正在進(jìn)行覆蓋,若僅憑自身重力很難平衡浮力,從而造成頂板開(kāi)裂、漏水。

(3)當(dāng)混凝土強(qiáng)度不夠時(shí),將鋼筋、模板等建筑材料堆放在地下室的頂部,或使用混凝土攪拌車(chē)等大型機(jī)器在臨時(shí)通道中運(yùn)行,都會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生更大的裂縫。

(4)在施工升降機(jī)區(qū)域,導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂的其中一項(xiàng)重要因素就是受到了沖擊震動(dòng)載荷,即受到運(yùn)輸材料、機(jī)械等外界因素的影響。

2.4 約束和應(yīng)力集中作用

許多裂紋的形成同約束、應(yīng)力集中等因素有關(guān)。許多高層建筑的主框架結(jié)構(gòu)總體抗側(cè)剛度大,對(duì)地下室頂板混凝土的收縮有約束作用,從而在某種程度上制約了結(jié)構(gòu)的自由變形,使其內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力,若拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度,將造成地下室頂部開(kāi)裂。

在人防區(qū)域內(nèi)設(shè)置人防門(mén),很容易引起局部截面的突變,從而造成與人防墻體平行的樓頂開(kāi)裂。并且,地下室頂部預(yù)留孔洞和施工過(guò)程中出現(xiàn)的臨時(shí)轉(zhuǎn)角應(yīng)力會(huì)讓混凝土產(chǎn)生的裂縫更為嚴(yán)重。

2.5 氣候影響

很多時(shí)候,因?yàn)闆](méi)有及時(shí)完成地下室頂板的施工,造成了地下室頂部裸露于戶(hù)外。當(dāng)室外溫度升高時(shí),地下室上下兩層的溫度差異會(huì)很大,但由于溫度過(guò)高,上部混凝土中的水分會(huì)被快速蒸發(fā),從而產(chǎn)生不同的體積。而下部混凝土因受模板的影響,不易揮發(fā),下部混凝土的體積變化很小[4]。在混凝土中,由于上、下部分的體積不均勻,會(huì)導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力,而在早期,混凝土整體的抗拉強(qiáng)度偏低,最后引發(fā)了混凝土開(kāi)裂現(xiàn)象。

2.6 施工因素

(1)在夏季施工期間,由于混凝土的坍落度損失比較大,在沒(méi)有做好施工管理的情況下,許多施工工人會(huì)在拌合好的混凝土中加水,不僅降低了混凝土拌合物的質(zhì)量,也會(huì)加劇混凝土開(kāi)裂。

(2)在未做好澆筑的地下室開(kāi)展頂板養(yǎng)護(hù)工作,會(huì)造成了早期混凝土大量失水,導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂。

(3)后澆帶的封口時(shí)間太短是造成混凝土開(kāi)裂的重要因素。由于受溫度的影響,地下室頂部混凝土局部變形很難得到充分釋放。

(4)在承載力不足的部位,未按照規(guī)范及設(shè)計(jì)要求設(shè)置施工縫,施工過(guò)程中若處理不當(dāng),容易導(dǎo)致新舊混凝土結(jié)合不良,進(jìn)而出現(xiàn)裂縫(見(jiàn)圖2)。

圖2 地下室頂板施工縫處理不當(dāng)形成裂縫

3 預(yù)防措施

3.1 設(shè)計(jì)方面的預(yù)防措施

(1)可在適當(dāng)?shù)奈恢蒙线M(jìn)行后澆帶的設(shè)定。在高層建筑施工中,后澆帶是臨時(shí)的變形縫,其間隔應(yīng)以30～40 m為宜。在混凝土早期收縮量大的情況下,可以采用后澆帶將其分隔開(kāi),從而使混凝土的收縮應(yīng)力得到有效的釋放,從而減小由于收縮引起的變形[6]。

(2)在后澆帶進(jìn)行澆筑后,受到混凝土膨脹效應(yīng)的影響,導(dǎo)致其內(nèi)部產(chǎn)生預(yù)應(yīng)壓力,為減小留存的收縮應(yīng)力,減少混凝土構(gòu)件裂縫。針對(duì)伸縮后澆帶施工時(shí)要求周?chē)炷笼g期超過(guò)60d,并需經(jīng)過(guò)許可后方能進(jìn)行封閉。受到溫度因素影響,要求后澆帶密封環(huán)境溫度需處于15～18℃之內(nèi)。當(dāng)高層建筑主體結(jié)構(gòu)封頂后,要結(jié)合建筑沉降情況確定封閉時(shí)間,通常規(guī)定在主體結(jié)構(gòu)完工兩周內(nèi)。對(duì)后澆帶進(jìn)行施工前要避免其中產(chǎn)生雜物,減少對(duì)止水帶產(chǎn)生的影響,后澆帶施工中使用高強(qiáng)度收縮混凝土。

(3)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,可以利用有限元軟件對(duì)地下室頂部的應(yīng)力進(jìn)行數(shù)值模擬,并在應(yīng)力大的地區(qū)設(shè)置后澆帶。

(4)在結(jié)構(gòu)突變點(diǎn)或預(yù)留孔位置布置構(gòu)造鋼筋。為了增強(qiáng)混凝土的抗拉強(qiáng)度,減少裂縫發(fā)生的概率,對(duì)具有較大收縮應(yīng)力的構(gòu)件和部位進(jìn)行加固。

3.2 材料控制方面的預(yù)防措施

在地下室頂板進(jìn)行施工的過(guò)程中,施工單位要盡量選擇水化熱較低的水泥材料,并在其中摻入比例合適的粉煤灰等集料,盡量選擇配合比高以及粒徑合理的集料,選擇級(jí)配砂石材料,要求混凝土原材料中的含泥量必須符合高層建筑施工需求,以此來(lái)有效控制混凝土水灰比。同時(shí)要嚴(yán)格控制混凝土材料中水泥的含量,適當(dāng)添加一定比例的減水劑、緩凝劑等,利用混凝土本身的膨脹作用,減小混凝土的局部收縮,降低地下室頂板混凝土開(kāi)裂問(wèn)題發(fā)生的概率[8]。

3.3 施工方面的預(yù)防措施

(1)在設(shè)計(jì)施工縫的過(guò)程中,應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)施工需求位置合理留置施工縫,嚴(yán)格根據(jù)施工方案落實(shí)施工步驟。在對(duì)混凝土進(jìn)行澆筑的過(guò)程中,一定要對(duì)其表層的浮漿進(jìn)行清理,直到見(jiàn)到密實(shí)混凝土,進(jìn)行濕潤(rùn)后,可在其表面涂抹一層混凝土界面劑后進(jìn)行澆筑,為了確保新舊混凝土能夠更好地結(jié)合,要在澆筑完畢后進(jìn)行混凝土振搗[9]。

(2)如果施工區(qū)域的氣溫較高,在運(yùn)輸混凝土的過(guò)程中,為了降低混凝土在輸送過(guò)程中吸收外界熱,必須采取相應(yīng)的措施來(lái)降低原材料的溫度。

在施工過(guò)程中,要求地下室頂板混凝土內(nèi)外溫度差異不得超過(guò)25℃,混凝土表層溫度和氣溫差異不得高于20℃。針對(duì)無(wú)梁樓蓋和柱帽,需同時(shí)進(jìn)行澆筑。在澆筑之前要重點(diǎn)做好模板內(nèi)部積水、雜質(zhì)的清理工作,避免夾渣影響混凝土模板質(zhì)量。在澆筑過(guò)程中,禁止施工人員加水,進(jìn)行振搗時(shí)需控制振搗力度。在本工程施工過(guò)程中,可采用二次振搗施工工藝。對(duì)于參與混凝土澆筑的機(jī)械設(shè)備要定期進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng),避免設(shè)備質(zhì)量問(wèn)題影響振搗工作開(kāi)展。

(3)在澆筑完畢后,要在混凝土表面覆蓋涂上一層膜,這種膜可以有效地隔絕混凝土與外部環(huán)境,防止混凝土由于溫度的變化而出現(xiàn)開(kāi)裂。若施工季節(jié)為冬季,應(yīng)做好混凝土的保溫工作,以降低由于熱脹冷縮引起的混凝土構(gòu)件應(yīng)力開(kāi)裂。在有條件的情況下,可以采取適當(dāng)?shù)姆椒▉?lái)降低混凝土開(kāi)裂的可能性。

(4)如果想要減少因溫度因素導(dǎo)致的收縮裂縫,則要及時(shí)做好回填覆土施工工作,避免地下室頂板長(zhǎng)期暴露在外。

(5)加強(qiáng)對(duì)施工場(chǎng)地的車(chē)輛、材料等的管理,確保工程荷載達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

(6)很多無(wú)梁樓蓋產(chǎn)生受力裂縫多數(shù)是由人為因素導(dǎo)致。如果無(wú)梁樓蓋板厚度較大,其下部的支撐面積則較小,此時(shí)樓板和柱相連部分承受較大的集中應(yīng)力。很多施工單位為了減少工期,往往會(huì)在無(wú)梁樓蓋沒(méi)有到達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)齡期就進(jìn)行覆土施工,同時(shí)一些運(yùn)輸材料的車(chē)輛也在無(wú)梁樓蓋頂部隨意進(jìn)行行駛,加重上部的壓力,由此導(dǎo)致無(wú)梁樓蓋沿移動(dòng)荷載方向出現(xiàn)裂縫或者在覆土位置上出現(xiàn)了變形裂縫。上述裂縫一旦產(chǎn)生,后期會(huì)因荷載力不斷上升而加劇。

所以,在進(jìn)行覆土施工時(shí),必須保證無(wú)梁樓蓋達(dá)到規(guī)定齡期,混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。在沒(méi)有達(dá)到規(guī)定的齡期和強(qiáng)度的情況下,在無(wú)梁樓蓋的底板出現(xiàn)了應(yīng)力變形的裂紋時(shí),必須及時(shí)清理上部的活動(dòng)荷載和覆蓋荷載,并對(duì)其進(jìn)行修補(bǔ)和加固,直到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,由第三方檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)合格后才能進(jìn)行下一階段的施工。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述,超長(zhǎng)地下室頂板無(wú)梁樓蓋裂縫問(wèn)題是高層地下室施工階段經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題之一,嚴(yán)重影響工程進(jìn)度,為有效解決該問(wèn)題,參與工程建設(shè)的單位要秉承科學(xué)的態(tài)度對(duì)產(chǎn)生裂縫的原因進(jìn)行分析和研究,不能再局限于設(shè)置后澆帶等方式來(lái)減少無(wú)梁樓蓋裂縫,要從多方面因素入手進(jìn)行考慮與分析。因此,在施工設(shè)計(jì)階段需采取行之有效的施工組織方案來(lái)預(yù)防裂縫。同時(shí)要嚴(yán)格控制混凝土材料質(zhì)量,根據(jù)施工組織方案適當(dāng)延長(zhǎng)混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間,只有如此才能夠有效減少施工裂縫發(fā)生,進(jìn)一步提升地下室工程施工質(zhì)量。