某住宅楼工程地下车库挡墙裂缝成因分析及处理-论文网

重庆市中泰工程监理有限公司李成
摘要：钢筋混凝土结构出现裂缝是不可避免的，但是不同的工程、不同的裂缝形式其形成的原因也各不相同，相应的处理措施和方法也不尽一样。本文阐述的工程实例是某住宅楼工程地下车库挡墙出现裂缝及渗水问题。文中具体分析了车库挡墙裂缝形成的原因、解决方案及处理效果。鉴于处理裂纹所采用的有效的方法可以用于类似问题的处理，故成文以供参考。
关键词：车库挡墙结构裂缝防水处理
一、工程概况：
该工程为某住宅楼工程，地上17层为住宅层，地下负1层为车库，地下车库层高为4.5m，车库顶为结构转换层，○A轴挡墙长39.8m，○W轴轴挡墙长37.1m，○1轴挡墙长24.6m，○38轴挡墙长34.5m，挡墙基础为条形基础，持力层为中风化砂岩，其基岩抗压强度取样检测结果满足设计要求；挡墙墙厚250mm，其配筋竖向钢筋为Ф12@100、水平钢筋为Ф12@150双层双向，C45商品砼，抗渗等级P6，未设计伸缩缝、后浇带及柔性防水层。
车库挡墙浇筑时间为2007年5月17日上午10点30分至下午9点，浇筑前各种原材料及工序报验合格，见证取样抗压试件4组（其中标养3组，同条件养护1组），抗渗试件1组，检测结果均符合设计要求。
从2007年7月13日发现挡墙出现竖向裂缝并渗水，以后逐渐增多，至2007年12月1日共发现裂缝94条，采用刻度放大镜观测，其中最大宽度为0.4 mm，最小为0.05mm，大于0.2mm的有10条。
二、混凝土裂缝的分类
砼裂缝是施工中普遍存在的问题,一般可分为微观裂缝和宏观裂缝两大类。微观裂缝是指肉眼看不到的、砼内部固有的一种不连贯的裂缝，宽度一般在0.05mm以下，用显微镜观察、X射线或超声波探测仪等物理检验手段都可鉴定出这种裂缝；另外一种最直接鉴定微观裂纹的方法就是渗水观察，一定压力的水可以从砼内部的微观裂缝中渗透出来。在砼浇注体荷载不超过设计规定的条件下，固有的微观裂缝一般视为无害。但是在砼受到荷载、温差等作用之后，微裂缝就会不断的扩展和连通，最终形成我们肉眼可见的宏观裂缝，也就是砼工程中常说的裂缝。宏观裂缝宽度在0.05mm以上，一般认为宽度小于0.2～0.3mm的裂缝是无害的，但前提是裂缝不再扩展，即为最终宽度。上述车库挡墙裂缝属于宏观裂缝。
三、车库挡墙裂缝成因：
结构裂缝产生的原因很复杂。调查国内外的资料，产生砼裂缝的原因有两大类：一种由外荷载（如静、动荷载）的直接应力和结构次应力引起的裂缝，其机率约20%；另一种是因温度、膨胀、收缩、徐变和不均匀沉降等因素导致的砼结构变形、变化而引起的裂缝，其机率约80%。裂缝产生与材料、设计、施工和维护有关，主要从以下几个方面对车库挡墙裂缝成因进行分析。
（一）材料缺陷
　　在变形裂缝中收缩裂缝占有80%的比例，从砼的性质来说大概有：
1．干燥收缩
　研究表明水泥加水后变成水泥硬化体，其绝对体积要减小，这也是砼抗拉强度低和极限拉伸变形小的根本原因。每100克水泥水化后的化学减缩值为7～9ml，该挡墙砼水泥用量为400kg/m3，则形成孔缝体积约28～36L/m3之巨。此外每100克水泥浆体硬化过程中可蒸发水约6ml，该挡墙砼水泥用量为400kg/m3，砼在干燥条件下，则蒸发水量达24L/m3。毛细孔缝中水逸出产生毛细压力，使砼产生“毛细收缩”。由以上两方面的收缩因素引起砼的干缩值为0.05～0.06%。而砼的极限拉伸值只有0.01～0.02%，易产生挡墙干缩裂缝，故干燥收缩是挡墙裂缝成因之一。
2．温差收缩
在温度变化时混凝土结构也会产生变形，其变形值与长度、温差、混凝土的温度线膨胀系数成正比。混凝土的温度线膨胀系数为1×10-5/℃，当砼温差为10℃时，产生的变形值为0.01%，2007年5月份最低温度为18℃，7月份最高温度为40℃，温差为20℃以上，其变形值为大于0.02％，当其大于砼的极限拉伸值0.01～0.02%时，则产生结构开裂。温差收缩也是挡墙裂纹成因之一。
3．塑性收缩
砼初凝之前出现泌水和水份急剧蒸发，引起失水收缩，此时骨料与水泥之间也产生不均匀的沉缩变形，它发生在砼终凝之前的塑性阶段，故称为塑性收缩。其收缩量可达1％左右。在砼表面上，特别在抹压不及时和养护不良的部位出现龟裂，宽度达1～2mm，属表面裂缝。水灰比过大，水泥用量大，外加剂保水性差，粗骨料少，振捣不良，环境温度高，表面失水大等都能导致砼塑性收缩而发生表面开裂现象。该挡墙砼水灰比为0.4，振捣质量较好，环境温度为19-30°C，砼浇筑完后及时进行了浇水养护，墙体模板为1５天后拆除，无表面龟裂，故塑性收缩不是该车库挡墙裂缝形成的主要原因。
4．自生收缩
密封的砼内部相对湿度随水泥水化的进展而降低，称为自干燥。自干燥造成毛细孔中的水分不饱和而产生负压，因而引起砼的自生收缩。低水灰比的高性能砼（HPC）早期强度较高的发展率会使自由水消耗较快，以至使孔体系中的相对湿度低于80%。而HPC结构致密，外界水泥很难渗入补充，在这种条件下开始产生自干收缩。研究表明，龄期2个月水灰比为0.4的HPC，自干收缩率为0.01%。HPC的总收缩中干缩和自收缩几乎相等，水胶比越小自收缩所占比例越大。由此可知， HPC以自干收缩为主。问题的要害是：HPC自收缩过程开始于水化速率处于高潮阶段的头几天，湿度梯度首先引发表面裂缝，随后引发内部微裂缝，若砼变形受到约束，则进一步产生收缩裂缝。这是高强度等级砼容易开裂的主要原因之一。该车库挡墙为C45砼，属高强度等级砼，故易产生自生收缩裂缝。
5．减水剂的影响
目前，商品（泵送）砼结构裂缝普遍增多，除了与砼的水泥用量和砂率提高有关外，减水剂也有一定的负面影响。例如过去干硬性及预制砼的收缩变形约为4～6×10-4，而现在泵送砼收缩变形约为6～8×10-4，使得砼裂缝控制的技术难度大大增加。据研究表明，在砼配合比相同情况下，掺入减水剂的坍落度可增加100～150mm，但是它与基准砼的收缩值相比，却增加120～130%。所以，在《砼减水剂》规范GB138076-97中规定掺减水剂的砼与基准砼的收缩比≤135%。该挡墙商品砼采用的减水剂为FDN-DR（液）缓凝高效减水剂，该挡墙开裂与减水剂的使用也有关系。
6．结构物在任意内应力作用下，除瞬间弹性变形外，其变形值随时间的延长而增加的现象称为徐变变形。砼拉徐变时对抗裂有利，一般可以提高钢筋砼极限拉伸值50％左右。而砼压徐变很小，一般把收缩变形与徐变变形的计算一并加以考虑。限制收缩与自由收缩之比，随配筋率提高而减小。该挡墙配筋率为0.75%，徐变变形对挡墙裂缝的形成影响较弱，不是挡墙裂纹的主要成因。
以上是从水泥砼物理化学特性分析其各种收缩因素。砼进入硬化阶段后，砼水化热使结构产生温差收缩和干燥收缩（包括自干收缩），这是诱发该挡墙裂缝的主要原因。另外使用商品砼除单方砼水泥和掺合料用量增加外，减水剂增加砼收缩值变形的负面影响也是一个重要因素。
（二）设计问题
1、该挡墙高度只为4.5m，厚度为250mm，框支柱为1000mm×1000mm、900mm×900mm、800mm×800mm，两端刚度较柱间墙刚度大许多，框支柱两端约束造成挡墙每间隔约1.5m即形成一道竖向裂缝。
2、《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）规定：顶层和底层应适当提高配筋率；若要降低造价，可在配筋率不变的情况下，采用减小钢筋直径，加密钢筋间距的方式，也可以防止开裂。
本钢材挡墙钢筋砼不考虑徐变影响的极限拉伸值（材料的最终相对拉伸变形允许值），可按经验公式计算：
?? εpa=0.5ft(1+100ρ/d) ×10-4
?? 式中：εpa----钢筋砼的极限拉伸值
?? ft ----砼的抗拉设计强度（N/ mm2），本工程为C45砼，抗拉设计强度为1.8N/mm2
?? ρ----截面配筋率,本工程墙厚250mm，截面处横向配筋为双层Φ12@150（As=1508mm2）：ρ=1508÷(250×1000) =0.006
?? d----钢筋直径（cm），本工程d=1.2
??裂缝截面处的钢筋砼极限拉伸值为：εpa=1.35×10-4
若截面处横向配筋为双层Φ8@80（As=1258mm2）：ρ=1258÷(250×1000) =0.0005，εpa=1.47×10-4，则钢筋砼极限拉伸值不增加配筋率还可提高，以防止开裂。
3、该工程没有设计温度应力释放结构，是导致裂纹生成的一个因素。根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）第9.1.1规定：现浇式挡土墙、地下室墙壁等类钢筋混凝土结构伸缩缝的最大间距在室内或土中时为30m。但该挡墙未设计伸缩缝或后浇带，此为引起开裂的原因之一。
4、本工程地基为中等风化砂岩，基岩取样抗压强度满足设计要求，通过施工单位设置于建筑物±0.000层四角的沉降观测点得到观测结果：主体封顶后各观测点累计沉降值最大为0.5mm。故不存在因地基不均匀沉降引起挡墙开裂的情况。
（三）保温保湿等维护工作
　　地下车库挡墙不及时覆土，出入口长期敞开，由于挡墙长期裸露，处于通风状态未对挡墙结构及时维护，钢筋砼结构与其他物件一样都存在“热胀冷缩”的特征，尤其较长结构更为明显，这也是造成车库挡墙裂缝的原因之一。
（四）施工管理
1、所有进场材料报验合格，验收资料完整，功能及试件检测合格。可以排除施工材料的品质不是裂纹的成因之一。
2、钢材采用达钢的钢材，C45商品砼采用的是拉法基42.5R普通硅酸盐水泥、江津/环亚混合砂，细度模数为2.1、巴南区天坛碎石5-25mm，挡墙高4.5m，框柱间距有6.9m、7.9m、7.5m、3.9m等，采用九夹板木模板钢管扣件式支撑体系，挡墙分为两次浇筑，第一次浇筑至转换梁梁底，第二次与转换层整体浇筑。商品砼坍落度、强度等级等经现场抽查及见证取样送检均满足设计要求，浇筑砼时采用8m长振动棒振捣，振捣质量较好，浇筑完后及时对墙体顶面及两侧进行了浇水养护，15天后拆模观察，墙体无蜂窝、麻面、狗洞等，外观质量较好。因此浇注施工不是引起挡墙开裂的原因。
通过以上分析可以确定：该车库挡墙开裂的主要成因是：干燥收缩、温差收缩、自生收缩、商品砼参减水剂以及设计未设伸缩缝或后浇带等因素导致了的车库砼挡墙开裂。
四、处理方案:
从该车库挡墙裂缝观测的结果来看，该裂缝是贯穿性的竖向裂缝，绝大多数小于或等于0.2mm，对结构安全无影响，但考虑到地下车库的防水防潮问题，对大于0.2mm的裂缝，则先采取了注射环氧树脂胶浆封闭处理，后再在车库挡墙外侧做3mm厚的SBS改性沥青柔性防水层，而后砌120mm厚页岩砖保护层，并及时对挡墙外侧进行土回填，挡墙内侧采取1：2.5水泥砂浆抹面处
五、处理结果：
2008年12月中旬按确定的处理方案施工完毕后至今，地下车库的防水防潮效果良好。
结束语
通过本工程问题的分析、处理及事后效果的观察，获得以下施工经验供类似工程参考：第一、对于长度超过30m的钢筋砼车库等挡墙结构，如设计中没留置后浇带或加强带，在施工时应在挡墙中间适当位置设置后浇带或加强带，此外还可在砼中掺加高效微膨胀剂，以补偿砼的收缩变形；第二、加强施工管理，严格控制所有施工材料，严格按混凝土施工操作规程进行搅拌、运输、浇注、振捣、养护，可防止因施工方面的因素引起的混泥土开裂；第三、凡是地下混凝土挡墙结构均应在其外侧作一层以上防水层方可根本解决其防水防潮问题。