大型地下室结构裂缝控制分析
【摘要】随着城市建设发展，工程项目规模越来越大，车库配套、设备机房及人防避难等规定使得地下室结构平面尺寸超长、超宽，导致地下室混凝土开裂渗漏问题屡见不鲜。本文结合实际工程经验及裂缝成因分析，讨论如何采取措施减少地下室结构裂缝，优化结构设计及计算方法，完善大型地下室结构防水抗裂构造，提高地下室混凝土结构耐久性。
【关键词】大型地下室；结构裂缝；温度应力；裂缝控制
近年来，体型庞大高层建筑层出不穷，地下室结构的埋深、长度和宽度也不断增加，高层主楼地下室与地下停车库之间互通连为整体，一般均超过规范规定的结构设缝最大间距要求，如不设置永久性的沉降或伸缩缝，虽有利于满足建筑使用及防水要求，提高结构耐久性，方便施工及节省造价，但是超长混凝土结构因水浮力、沉降差、温度应力、施工缺陷等原因导致的开裂渗漏问题常常出现。因此，大型地下室结构裂缝控制成为了设计重点，设计人员应根据项目建筑功能要求、水文地质情况、结构计算及构造措施，配合相应的施工工艺，经济合理地减少地下室结构裂缝，确保地下结构自防水发挥效能。
一、大型地下室工程概况
该项目位于广州南沙经济技术开发区，是一个以高层住宅及公寓为主的住宅小区，总建筑面积为319821m2，设有一层地下车库，塔楼投影范围外地下室顶板覆土厚度1.5米。该地下室宽约110m，长约402m，地下室外墙厚度约400mm，顶板结构厚度约320m，整个地下室结构面积4.5万平方米。该大型地下室底板、外墙及顶板施工过程中混凝土中添加了适量减水剂，混凝土强度等级为C30，抗渗等级为P6（0.6Mpa）[1]。
二、大型地下室结构裂缝的原因分析
大型地下室结构裂缝产生的主要原因是荷载作用和各种因素导致变形作用两方面，荷载作用引起的结构裂缝约占30%，变形作用引起的结构裂缝约占70%[2]。对于荷载作用引起的地下室结构裂缝可通过计算包络和设计优化进行控制，对于变形作用引起的地下室结构裂缝针对不同的原因采取相应的措施，比如结构设计时考虑温度、沉降因素并采取加强措施；合理留置温度、沉降后浇带，采取降低水化热的措施，优化混凝土配合比；配合施工单位制定大体积混凝土专项施工方案，并督促现场加强施工管理等。根据以往工程实践造成地下室结构裂缝的原因主要包括主体结构不均匀沉降、混凝土收缩、温度应力等因素[3]，并且和地下室基础形式、长宽比及结构布置有着直接关系。例如，大型地下室结构侧壁长度远大于其厚度，如果计算仅考虑填土侧压力作用，忽视混凝土收缩及温度应力的影响，顶板、底板对侧壁的约束作用有限，混凝土硬化过程中会产生巨大的水平方向收缩应力，且地下室侧壁施工操作面狭小，施工振捣及养护管理比较困难，使得侧壁混凝土很容易发生塑性收缩裂缝。同时，由于大体积混凝土浇筑过程中因水化热内部蓄积大量热能，而混凝土热传导性能不良，使得混凝土内外产生较大温差，因温度应力产生的地下室结构裂缝也很常见。
三、大型地下室结构裂缝控制策略
1、优化结构设计
（1）模拟计算
随着结构计算软件的不断改进，现在可以通过计算机模拟的方式分析地下室结构在各种作用下的应力状态，综合考虑地下室结构布置，合理划分计算区域，估算施工及使用阶段温度差，考虑水浮力、地基反力、沉降差异、回填土侧压力及温度应力组合效应，定量和定性分析地下室结构高应力区，利用计算机进行模拟计算得出的结果有针对性的采取加强措施，合理经济地优化结构设计，避免地下室结构出现渗漏影响使用功能。
（2）设置后浇带
温度应力是因为结构内部热量无法迅速传导使构件因约束产生的应力差，具有明显的时效性，随着水化热温升而增大，到达峰值后又随着温度的降低而减小。因此，对于超长混凝土结构，设置温度后浇带或跳仓法可以有效缓解温度裂缝的产生。结合该大型地下室工程项目实际情况，在合适位置通过双柱双墙构造设置变形缝，在不能设置变形缝的位置，根据地下室和主楼位置并考虑沉降差异，合理设置后浇带，后浇带宽度宜控制在800～1000mm，侧壁后浇带间距约20m，底板后浇带间距约50m[4]。
（3）控制集中应力产生的裂缝
为了避免大型地下室结构集中应力产生的裂缝，应注意重点防范容易开裂的位置，在侧壁墙底、顶部设置暗梁，增大墙体水平筋配筋率，加强框架梁贯通筋及腰筋（间距不大于150mm），顶板、侧壁开洞位置容易发生刚度突变，可增加斜向钢筋或者水平配筋。
2.采取合理的构造措施
在地下室结构的汽车坡道、人防口部、电梯处等开口位置，由于这些区域受到较大温度应力影响，可适当增加配筋，合理设置隔热保温层。为了减少地下室结构集中应力产生的裂缝，在地下室洞口周围增加配筋。同时，由于地下室侧壁位于底板和顶板之间，同时受到顶板和顶板的约束作用力，中间部位容易发生变形，在加强外墙结构的养护管理难度较大，容易产生大范围收缩裂缝，地下室结构为了避免受到收缩应力的影响，配筋率应高于0.7%，水平钢筋间距约75～90mm，尽量采用密间距、小直径钢筋。另外，地下室结构中柱子和外墙相交位置很容易产生垂直裂缝，是由于该位置截面突变，墙板和柱子形成巨大约束力，这时可采用加密的水平钢筋或采用附加钢筋的形式，水平长度应大于侧壁厚度的3倍[5]。
3.加强材料控制
（1）选择合适品种的水泥
地下室墙板裂缝主要是由于混凝土内部水泥发生水热化，释放大量热量，混凝土表面受到温度应力影响。为了解决这个问题，应选择合适品种的水泥，如选用硅酸盐粉煤灰水泥、低水化热和低收缩率的硅酸盐矿渣水泥等，严格控制水泥用量，C30混凝土每立方米水泥用量应控制在250kg以下[6]。
（2）优化混凝土配合比设计
以提高混凝土拉应力、降低收缩率和水化热为目标，从外加剂、掺合料、水泥、骨料等方面，优化混凝土配合比设计，严格按照外加剂厂家资料通过试配实验确定配合比，通过抗裂防水剂预压应力大致抵消混凝土收缩时产生的拉应力，防止混凝土开裂。施工阶段加强温升和水化热监测，采取相应的控温保湿措施。
结束语：
随着现代化城市进程的加快，大型地下室工程项目越来越多。大型地下室结构施工是一项复杂的系统工程，对于防裂缝、防渗透有着更高的要求。随着各种新材料、新技术、新工艺的快速发展，大型地下室结构施工应从施工管理、材料控制、构造措施、结构设计等多方面进行裂缝控制，采取科学合理的防治措施，减少和控制地下室结构裂缝。
参考文献：
[1]杜文天. 大型地下室裂缝产生机理分析及处理措施探讨[D].浙江工业大学，2010.
[2]周定武. 地下室结构裂缝控制的设计与施工[J]. 现代物业（上旬刊），2012，07：100-101.
[3]朱高宇. 某超大型地下室结构裂缝控制措施浅析[J]. 广东建材，2013，07：57-60.
[4]柯元树. 某超大地下室结构裂缝控制措施[J]. 江西建材，2011，03：130-133.
[5]邢国雷，付艳伟，王勇奉. 超长混凝土地下室结构裂缝控制措施[J]. 武汉大学学报（工学版），2011，S1：136-138.
