北京炎黄联合国际工程设计有限公司 北京 100190
摘要：昆明该项目的板面裂缝在工程项目的板面裂缝问题中比较具有代表性。根据对本项目的裂缝成因进行分析，结构布置不太合理及膨胀剂的不合理使用是导致本项目裂缝开展的主要原因。
关键词：裂缝；水灰比；膨胀剂；塑性收缩变形；温度收缩变形
1、项目概况
项目位于云南省昆明市，由一层满开挖地下室及24栋结构型式为剪力墙及框架-剪力墙结构的3~4层建筑组成。项目总建筑面积约8万㎡，地上建筑面积约5万㎡，地下建筑面积约3万㎡。抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为 0.20g，设计地震分组为第三组，地震动反应谱特征周期 0.65s，设计使用年限为50年。
根据项目地勘报告显示，该项目场地各土层平均等效剪波速 115.25m/s，场地土属软弱土，场地类别为Ⅲ类场地。该项目场地土（岩）层由上至下主要为：①粉质粘土层，地基土承载力特征值 fak=160kPa，厚度变化大，揭露层厚 0.80～ 17.0，平均厚度 4.03m；②强风化泥质砂岩夹页岩层，承载力特征值 fak=300kPa，分布不均匀，揭露层厚 0.40～3.90m，平均厚度 1.88m；③中风化泥质砂岩夹页岩层，砂岩湿密度2.50g/cm3，天然抗压强度标准值为 47.5MPa，饱和抗压强度标准值为 39.0MPa，承载力特征值 fak=1500kPa，厚度较大。该项目基础采用桩径为800mm、1000mm及1200mm的机械旋挖灌注桩，桩长6米~34.5米，桩端持力层为中风化泥质砂岩夹页岩层。
项目地下室顶面采用混凝土强度等级为C35，抗渗等级为P6的梁板式结构，东西向总长331.95米，南北向总长106.7米，建筑主体范围之外的纯地下室顶板基本采用单向布梁方式，梁高多数为400X900、400X1000及400X1100三种。采用400X1000截面梁处梁跨基本为9.7米，采用400X1100截面梁处梁跨基本为12.7米。纯地下室部分楼板厚度250mm，被单向梁分割后形成的单向板，板跨在2.3米~3.55米之间，单向板长方向尺寸最大12.7米。250mm厚板配筋双层双向Ø12@180，局部加设附加钢筋。地下室顶板典型结构布置如图1。
.png)
图1地下室顶板典型结构布置图
2、地下室顶板裂缝开展时间及查勘情况
.png)
图2
2019年雨季高峰过后的9月10日，监理人员在巡视检查中首先在靠近6栋左侧地下室顶板发现裂缝，随后对全部地下室顶板进行了定期跟踪检查，裂缝出现在跨度较大的两跨内，其中1栋至6栋之间纯地下室部分，长向跨度12.7m的板裂缝较多，从东北向西南方向发展，东北向较多、西南向较少。9栋~21栋上侧纯地下室部分（最大长向跨度9.7m）裂缝较少，靠9栋一侧基本没有出现裂缝，西南向至22栋裂缝逐渐增多，但相比12.7m跨裂缝相对较少。随着气温逐渐下降、昼夜温差加大，两跨裂缝出现增多趋势。在检查过程中，发现在靠23栋地下室外墙上也有多条垂直裂缝。
根据现场观察，楼板裂缝基本均沿单向板长跨方向开展，楼板典型裂缝如图3所示。
.png)
.png)
.png)
.png)
图3 楼板典型裂缝图
3.施工实录
3.1混凝土及其添加剂情况
根据原结构施工图，地下室部分混凝土采用强度等级为C35，抗渗等级为P6的防水混凝土。设计要求在地下室结构混凝土中掺硫铝酸钙类膨胀剂，地下室底板掺量8%，地下室外墙及地下室顶盖掺量10%。
3.2地下室顶板砼浇筑及后浇带封闭情况
地下室在各栋号之间均设置有从基础至地下室顶板面贯通的温缩后浇带，根据统计显示，后浇带封闭时间最短为19栋位置，间隔时间19天；后浇带封闭时间最长为28栋位置，间隔时间为194天。后浇带封闭间隔时间小于60天的占总数的28%，后浇带封闭间隔时间大于60天的占总数的72%。
4、地下室结构设计及计算分析
（1）根据项目建筑施工图，该地下室西北侧及西南侧挡土，东北侧及东南侧直接对外。地下室顶板除主楼外覆土厚度为2米，局部为2.7、3.2米。地下室各侧剖面如图4、图5。
.png)
图4地下室西北剖面图
.png)
图5 地下室东南剖面图
（2）对原结构采用YJK2.0.3版结构计算软件进行复核，保持原结构的设计荷载不变（2米覆土处设计板面恒载取值36KN/㎡、局部2.7米覆土处板面恒载取值49KN/㎡、局部3.2米覆土处板面恒载取值58KN/㎡，设计板面活载取值均为5KN/㎡）。根据计算复核结果，结构施工图配筋基本满足计算要求，裂缝宽度均小于0.3mm，满足规范要求。
5、裂缝成因及分析
5.1 裂缝分类及其产生原因
按裂缝的成因，钢筋混凝土结构裂缝大致可分为以下几类：
5.1.1 结构基础不均匀沉降引起的裂缝
当结构的基础沉降不均匀时，结构构件受到强迫变形，导致结构物中构件与构件之间产生斜拉和剪切作用，从而是的结构构件开裂，随着不均匀沉降的进一步发展，裂缝会进一步扩大。这类裂缝的大小、形状、方向取决于地基变形的情况。由于地基变形造成的应力一般较大，因此裂缝宽度较大、多呈45°，并且通常是贯穿性的。
5.1.2 荷载作用引起的裂缝
构件承受的不同性质的荷载作用，其裂缝形状也不同，通常裂缝方向大致是与主拉应力的方向正交。结构受载后产生裂缝的因素很多，在施工中和使用中都可能出现裂缝。例如早期受地震，脱模过早或方法不当，构件堆放、运输、吊装时的垫块或吊点位置不当，施工超载，张拉预应力值过大等均可能产生裂缝。
5.1.3 塑性收缩裂缝
塑性裂缝多在新浇注的混凝土构件暴露于空气中的上表面出现，塑性收缩是指混凝土在凝结之前，表面因失水较快而产生的收缩。塑性裂缝产生的主要原因为：混凝土在终凝前几乎没有强度或强度很小，或者混凝土刚刚终凝而强度很小时，受高温或较大风力的影响，混凝土表面失水过快，造成毛细管中产生较大的负压而使混凝土体积急剧收缩，而此时混凝土的强度又无法抵抗其本身收缩，因此产生龟裂。影响混凝土塑性收缩开裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝结时间，环境温度、风速、相对湿度等等。
5.1.4 温度裂缝
温度裂缝多发生在大体积混凝土表面或温差变化较大地区的混凝土结构中。混凝土浇筑后，在硬化过程中，水泥水化产生大量的水化热。由于混凝士的体积较大，大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，这样就形成内外的较大温差，较大的温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，混凝士表面就会产生裂缝，这种裂缝多发生在混凝土施工中后期。在混凝土的施工中当温差变化较大，或者是混凝土受到寒潮的袭击等，会导致混凝土表面温度急剧下降，而产生收缩，表面收缩的混凝土受内部混凝土的约束，将产生很大的拉应力而产生裂缝，这种裂缝通常只在混凝土表面较浅的范围内产生。温度裂缝的走向通常无一定规律，大面积结构裂缝常纵横交错。混凝土结构成型后，没有及时覆盖，表面水分散失快，体积收缩大，而混凝土内部湿度变化小，收缩也小，因而表面收缩变形受到内部混凝土的约束，出现拉应力，引起混凝土表面的收缩裂缝。
5.2 本项目裂缝原因分析
（1）根据现场观察结果，本项目裂缝基本呈现在地下室外墙及楼板，地下室梁、柱上几乎没观察到裂缝。根据结构设计施工的旋挖桩深入中风化泥岩层，项目的沉降观察结果显示该项目也没有发生不均匀沉降。所以，可排除结构基础不均匀沉降引起的裂缝。
（2）根据结构计算结果，该结构荷载取值及结构计算基本符合要求。结构自发现裂缝至今，地下室顶板还没开始覆土。所以，因荷载作用引起的裂缝也可以排除。
（3）根据该项目的混凝土配合比报告及混凝土开盘鉴定报告，该项目水灰比为0.63，水泥用量为280Kg/m³，并掺加了8%~10%的硫铝酸钙类膨胀剂。硫铝酸钙类膨胀剂主要以石灰石、矾土和化工无水石膏为原料，其综合反应方程为：
6CaO +Al2O3 +3SO3 +31H2O -→3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O
其膨胀反应需水量较大，当混凝土构件暴露在空气中，水含量不足的时候，反而会导致其产生断崖式的收缩落差，从而引起混凝土的塑性收缩变形。其次，在正常情况下，混凝土水灰比控制在0.45左右，C35混凝土水泥用量在240Kg/m³左右较为合理。该项目混凝土水灰比过大、水泥用量过多，也导致了混凝土产生较大的塑性收缩变形，从而引起混凝土结构构件裂缝的产生。
（4）该项目地下室长向尺寸331.95米，短向尺寸106.7米，地下室施工完毕、上部结构封顶至今地下室周边一直处于敞开状态，昆明自2019年9月份以来昼夜温差、月份內温差均较大，施工过程中温缩后浇带封闭时间较早导致地下室顶板结构的温缩应力得不到有效释放，从而导致地下室顶板裂缝。
根据以上分析，混凝土的塑性收缩变形和温度收缩变形产生的约束应力是引起该项目裂缝的主要原因。根据项目特点，该项目沿地下室长向为其最大的主拉应力方向，而该地下室结构沿主拉应力方向布置的梁相对较少，梁板刚度悬殊较大，导致应力被集中在楼板上进行释放，从而产生了垂直于主拉应力方向（沿地下室短向）的楼板裂缝。这与现场楼板裂缝开展的情况完全吻合。
6、结论及建议
6.1结论
本工程出现的裂缝主要以混凝土的塑性收缩变形和温度收缩变形引起，属非结构性裂缝。从结构安全方面考虑，该结构的基础及地下室顶板结构设计满足建筑需要的荷载要求，地下室顶板产生的裂缝不影响结构安全。
6.2建议
从结构的耐久性方面考虑，为避免结构内部的钢筋受水侵蚀，经检测裂缝开展的趋势不明显或相对稳定后，选择合适的时间采用化学灌浆、粘贴玻纤布等工艺措施，对裂缝进行内部和外部封闭处理，以保证结构的耐久性。
（1）合理调整景观设计，避免树池、泥球等永久大荷载完全落置跨中板带区域。
（2）如有条件覆土底层可采取腐植土或陶粒进行回填，厚度1.2米~1.5米为宜，减轻永久回填负荷。
参考文献：
[1]王铁梦.《工程结构裂缝控制》.
[2]王铁梦.混凝土工程裂缝60年探索之路.《筑就风范、引领发展-新中国成立70周年暨新时代混凝土行业高质量发展成就展示》：294-322.