曾念童

(福建省东南建筑设计院 福建三明 365001)

0 引言

现浇钢筋混凝土结构因具有着较好的整体性与耐久性的优势而被广泛采用，但由于其材料自身的特性，很难避免其完全不产生裂缝。钢筋混凝土裂缝的宽度一旦超过规定值，不但会影响建筑的美感，破坏结构构件的整体性能，还会影响结构安全和使用寿命。鉴于裂缝出现后治理的难度较大，伴随的渗漏水问题也很难根治，如何在结构设计、材料控制及建造过程中规范、系统的采取各项预防措施，预防钢筋混凝土裂缝的出现就显得至关重要了。本文结合混凝土裂缝的破坏的机理，裂缝常见类型及成因，来研析三明南站片区枢纽工程附属设施(地下停车场)工程在结构设计、材料控制、建造过程中采取的各项裂缝预防措施，为同行技术人员提供参考。

1 工程概况

三明南站片区枢纽工程附属设施包含地下停车场、酒店、汽车南站工程，本文就该项目地下停车场工程展开探讨。三明南站片区枢纽工程地下停车场总建筑面积为79 000m2，为地下一层钢筋混凝土框架结构，重点设防，设防烈度为7度，框架抗震等级为三级。室内环境类别为一类，室外、顶板及外墙等露天或潮湿环境为二a类。顶板梁板混凝土等级为C30,外墙混凝土等级为C35，混凝土结构构件裂缝控制等级为三级。地下室顶板的厚度为210mm，局部汽车通道顶板厚度为260mm，地下室顶板横向最大长度为538m，纵向最大长度为276m，地下室外墙厚度为350mm。项目鸟瞰图如图1所示，项目地下一层平面图如图2所示。

图1 项目鸟瞰图

图2 项目地下一层平面图

2 钢筋混凝土裂缝破坏的机理，裂缝常见类型及成因

各类型钢筋混凝土裂缝产生，都是受一定因素的影响，某些裂缝的出现，也可能是多种因素共同影响的结果。故在研析实施各项预防措施前，有必要对钢筋混凝土裂缝的破坏机理、裂缝形式及成因加以研究。

2.1 钢筋混凝土裂缝破坏的机理

钢筋混凝土裂缝的宽度一旦超过规定值且深度和长度足够大时就会破坏钢筋的保护层，这样最终会造成钢筋锈蚀。钢筋一旦锈蚀之后体积会进一步膨胀，且会扩大混凝土裂缝，最终形成恶性循环[1]。钢筋锈蚀除了会影响钢筋与混凝土的粘结度，还会削减钢筋受力面积，对于那些相对表面积较大而截面积较小的高强钢丝而言更是影响巨大。混凝土裂缝如果长期得不到有效治理，钢筋混凝土结构构件的承载能力就会逐步丧失。部分侵蚀性介质如氯盐、硫酸盐等将会进入到钢筋混凝土当中，混凝土的抗冻性能会因此大大降低，渗漏水问题也会变得非常突出，最终会对整个建筑物使用的耐久性产生重要影响。

2.2 钢筋混凝土板裂缝的常见形式

混凝土板裂缝从出现位置来进行划分，通常可以划分为这几种形式：45°角斜裂缝(多出现于内外墙交接处的楼板四角)、穿线管位置裂缝(一般为贯通缝，产生危害的可能性大)、板面裂缝、平行于楼板两边的裂缝。除此之还存在不规则楼板阴阳角处裂缝，钢筋混凝土楼板顺筋方向的裂缝等。混凝土板裂缝常见形式如图3所示。

(a)45°角斜裂缝 (b)平行于长边的裂缝

(c)平等于短边的裂缝 (d)穿线管位置裂缝图3 混凝土裂缝常见形式

根据裂缝产生原因来分类可以分为：结构裂缝、收缩裂缝、温度裂缝以及构造裂缝等4种类型。

根据裂缝出现时间分类可以分为：早期裂缝、中期裂缝与后期裂缝这3种类型。收缩裂缝在早期裂缝中最为常见，这类型裂缝通常产生于结构构件浇筑后的3～4周内；中期裂缝中最为典型的是构造裂缝，裂缝通常产生结构构件浇筑后的半年以后；温度裂缝、结构裂缝都是属于后期裂缝，后期裂缝通常产生于结构构件浇筑后的1～2年之后。

自泵送商品混凝土广泛使用后，时常有混凝土初凝阶段便出现板贯通裂缝的情形出现，缝宽一般为1mm左右，上下贯通，其完全是在商品混凝土生产过程中过量使用外添加剂、水灰比过大与及不规范养护措施等因素造成的。也有部分收缩裂缝和构造裂缝在结构构件未加外荷载时产生，超过一年之后就不会再发展。在实际工程中，大部分裂缝无法明确归类，裂缝出现可能是一种或多种影响因素共同影响的结果[2]。

2.3 钢筋混凝土板裂缝产生的原因

使混凝土构件产生裂缝的原因非常多，但究其根本原因大致可以分为两类，一类为伴随混凝土硬化及浆体收缩，在内应力与应力流的转向作用下产生于砂浆中或砂浆和骨料界面上宽度小于0.05mm的微观裂缝。这些裂缝随着混凝土的收缩徐变能进一步发展成宽度大于0.05mm的宏观裂缝。这类型的裂缝对混凝土弹塑性、强度、变形、化学反应、刚度、泊松比等会产生较大影响。另一类是各种荷载(如温度、沉降、外荷载、变形及收缩等)作用下混凝土内部承受的拉应力超过混凝土自身的抗拉强度ftk而产生的裂缝。裂缝之所以会产生不同的形状与应力分布不规则性是有密切联系的。裂缝方向通常是与主拉应力方向垂直或者是与剪应力平行。这类型的裂缝的进一步发展，是造成构件丧失承载能力的主要原因。

3 钢筋混凝土裂缝的预防措施

鉴于使钢筋混凝土的产生裂缝的各种因素与结构设计、材料控制和建造过程有着密切的联系，三明南站片区枢纽工程附属设施(地下停车场)工程钢筋混凝土裂缝的预防也从这三方面来采取措施。

3.1 设计方面的预防措施

(1)重视荷载计算及板厚设计，确保梁板构件具有足够的承载能力。

三明南站地下室顶板上空间使用功能复杂：有广场、绿地、汽车停车场、消防车道及市区公共交通道路等设施。为确保各板块具有足够的承载能力，板块荷载经过严格的计算：

顶板的恒载严格按照建筑构造分层计算累加，对于点荷载超过超过1ton的顶板构筑物、固定设备、树木等按照荷载规范附录C要求换算为均布荷载。考虑广场的使用功能不确定性较高，荷载取值时兼顾考虑停车场荷载及人员密集场所荷载，并按最不利布置确定的组合进行截面验算和配筋计算。板的裂缝严格控制在0.2mm以内。各板块荷载计算如表1所示。

表1 各板块荷载计算表

(2)加强伸缩缝、后浇带及膨胀带的设计，如图4所示。

首先，通过伸缩缝，按照顶板的形状及地下室的使用功能，把地下室顶板分为3块较为规整的板块，缝宽为150mm。

图4 伸缩缝后浇带膨胀带分布图

其次，在每个板块横纵方向每隔60m～70m设置一道后浇带，后浇带宽度为0.8m，后浇带混凝土在整体地下室混凝土浇灌至少60d后进行浇灌。混凝土采用C35(提高一级，内掺14%UEA微膨胀剂)，板面及板底加强钢筋按相关部位受力钢筋的一半增配。

第三，在每块后浇带中部的位置增设一道膨胀加强带，宽度为2.0m。膨胀加强带与顶板其他部位间混凝土采用无缝不间断施工，膨胀加强带外混凝土设计强度等级与顶板相同，掺高效能膨胀剂8%～10%(替换等量水泥)，带内混凝土设计强度等级提高一级，掺高效能膨胀剂12%～13%(替换等量水泥)。带的两侧上下层钢筋之间设置Φ6mm 钢丝网,网格尺寸为35×35mm，两端分别绑扎在上下层钢筋上，将带内混凝土与带外的分隔开。带内增设10%～15 %的水平温度钢筋，均匀布置在上下层(或内外层)钢筋上，水平温度钢筋垂直于膨胀加强带长度方向进行分布，两端各伸出膨胀加强带2.0m ，并固定在上下层(或内外层) 钢筋上。做法如图5所示。

图5 膨胀带加强带做法

(3)加强板面板底通长钢筋及异形板阴阳角构造配筋设计。经过计算机辅助软件计算确定板块配筋面积后，再根据现行混凝土设计规范进行优化选筋。

裂缝宽度计算式[3]如下：

该项目地下室顶板采用HRB400级钢，混凝土等级为C30，计算确定的受拉钢筋配筋率为0.375%，根据《混凝土设计规范》式7.1.2可取αcr=1.9，ψ=1.1-0.65×2.01/(0.375%×360)=0.133<0.2 取ψ=0.2。

通过裂缝计算可得：

当受拉钢筋配Φ14@200时，裂缝宽度ωmax=0.157mm;

当受拉钢筋配Φ12@150时，裂缝宽度ωmax=0.144mm;

当受拉钢筋配Φ10@100时，裂缝宽度ωmax=0.121mm。

对比后顶板受力钢筋取双层双向Φ12@150，即考虑受拉钢筋直径对裂缝宽度影响，也充分考虑施工振捣可操作性，保证顶板的施工质量。

图6 阴阳角部位设置放射状构

(4)地下室顶板除双层双向配Φ12@150通长钢筋，在顶板阴阳角部位设置放射状构造配筋，如图6所示。对于预埋管线厚度大于楼板总厚度20%时，穿管部位300宽度板带内沿管线上下皮设置Φ8@100加强钢筋网片，对楼板刚度进行局部补强。在楼板开洞过程中如果洞的直径或者宽度不大于300mm时应把受力钢筋绕过洞边，此时不需截断受力钢筋以及在洞边设置附加钢筋，而当洞的直径较大时应在洞边每侧都配置附加钢筋。

(5)加强隔热层与保温层设计。整个地下室顶板的覆土厚度平均达1.5m，有效降低温度变化对混凝土热胀冷缩的影响。

3.2 材料控制方面的预防措施

(1)严格控制水灰比，要求水灰比不大于0.45、塌落度不大100mm。降低水灰比应减少拌合水量并增加粗骨料用量，最大限度降低开裂浆体的收缩率。水灰比低的浆体其本身收缩量较小，利于防止混凝土裂缝出现。

(2)为防止收缩裂缝及温度裂缝，该项目承台、底板、顶板及外墙均采用掺聚丙烯纤维的补偿收缩混凝土，混凝土外加剂的掺量以混凝土水中14d限制膨胀率≥0.015%，空气中28d干缩率≤0.03%来控制；掺抗裂纤维防水剂的补偿收缩混凝土，以混凝土在水中14d限制膨胀率≥0.025%来控制。

(3)水泥选择低热水泥与中热水泥，选中的水泥其体积安定性必须符合国家标准。在正式使用之前对水泥的安定性进行了试验，确保选用的水泥能够满足设计要求。

3.3 对施工方面的预防措施进行严格的交底和管控

(1)注重材料运输管理，因项目在秋季施工，施工企业需就近选择商品混凝土供应商，在合理规划运输路线的同时对运送过程中面临的堵车问题提前制定预案，确保商品混凝土从搅拌出料到浇筑在90min内完成。

(2)严格按照设计文件的要求，控制混凝土配合比、水灰比、塌落度不超出设计文件允许限值，严格限制在混凝土中添加泵送剂、粉煤灰等外添加剂的使用量，大体积混凝土构件全部采用非泵送混凝土浇灌。

(3)加强振捣及养护，新浇捣混凝土的完成初凝后，在面层铺设毛毡24h浇水养护15d。未设置伸缩缝、后浇带的部位，确保一次性浇捣完成，杜绝二次浇捣形成的施工缝。

4 结语

实践证明，大面积的混凝土楼板构件通过在设计阶段强化结构计算及构造措施设计、在实施阶段强化材料管控及施工组织措施，可以有效预防混凝土构件裂缝的开展。案例投入使用至今未出现明显裂缝及渗漏水现象。2018年1月《福建省住宅工程若干技术规定》实施，对住宅项目板楼板厚及配筋进行规范和强化，切实保证了住宅项目楼板的刚度和配筋率，对于有效预防住宅项目楼板裂缝意义非常重大。