地下空間結(jié)構(gòu)裂縫控制與防水新技術(shù)

1、地下空間結(jié)構(gòu)裂縫控制與防水新技術(shù)游寶坤摘要本文分析建筑結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的各種原因，提出從材料、設(shè)計(jì)施工和維護(hù)方面控制裂縫的技術(shù)措施。介紹我國現(xiàn)行防水技術(shù)規(guī)范；新型防水材料及其應(yīng)用技術(shù)。一、前言鋼筋砼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫是不可避免的，在保證結(jié)構(gòu)安全和耐久性的前提下，裂縫是人們可接受的材料特征。近十多年來，隨著鋼筋砼結(jié)構(gòu)的長大化和復(fù)雜化，以及商品砼的大量推廣和砼強(qiáng)度等級(jí)的提高，結(jié)構(gòu)裂縫出現(xiàn)機(jī)率大大增加，有些已危及結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，有的地下工程裂滲已

2、影響其使用功能。建設(shè)部對(duì)此十分重視，召開多次學(xué)術(shù)研討會(huì)，工程界各方專家提出許多技術(shù)措施，認(rèn)為控制裂縫是個(gè)系統(tǒng)工程。針對(duì)地下工程裂滲比較普遍的現(xiàn)象，我國研制許多新型防水材料，建設(shè)部提出今后主要開發(fā)應(yīng)用環(huán)保型的中、高檔防水材料，剛?cè)峤Y(jié)合，全面提高我國防水工程的質(zhì)量和耐久性。本人根據(jù)長期的科學(xué)研究和大量工程實(shí)踐，提出鋼筋砼結(jié)構(gòu)裂縫控制和防水一些新技術(shù)，供工程界參考，不妥之處請(qǐng)指正。二、結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因很復(fù)雜，根據(jù)國內(nèi)外的調(diào)

3、查資料，引起裂縫有兩大類原因，一種由外荷載（如靜、動(dòng)荷載）的直接應(yīng)力和結(jié)構(gòu)次應(yīng)力引起的裂縫，其機(jī)率約20%；一種是結(jié)構(gòu)因溫度、膨脹、收縮、徐變和不均勻沉降等因素由變形變化引起的裂縫，其機(jī)率約80%。裂縫發(fā)生與材料、設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)有關(guān)，現(xiàn)作以下分析。（一）材料缺陷在變形裂縫中收縮裂縫占有80%的比例，從砼的性質(zhì)來說大概有：1干燥收縮研究表明，水泥加水后變成水泥硬化體，其絕對(duì)體積減小。每100克水泥水化后的化學(xué)減縮值為7～9ml，如砼水泥

4、用量為350kgm3，則形成孔縫體積約25～30Lm3之巨。這是砼抗拉強(qiáng)度低和極限拉伸變形小的根本原因。研究表明，每100克水泥漿體可蒸發(fā)水約6ml，如砼水泥用量為350kgm3，當(dāng)砼在干燥條件下，則蒸發(fā)水量達(dá)21Lm3。毛細(xì)孔縫中水逸出產(chǎn)生毛細(xì)壓力，使砼產(chǎn)生“毛細(xì)收縮”。由此引起水泥砂漿的干縮值為0.1～0.2%；砼的干縮值為0.04～0.06%。而砼的極限拉伸值只有0.01～0.02%，故易引起干縮裂縫。2溫差收縮水泥水化是個(gè)放熱過

5、程，其水化熱為165～250焦?fàn)柨?，隨砼水泥用量提高，其絕熱溫升可達(dá)50～80℃。研究表明，當(dāng)砼內(nèi)外溫差10℃時(shí)，產(chǎn)生的冷縮值εc=△Tα=101105=0.01%，如溫差為20～30℃時(shí)，其冷縮值為0.02～0.03％，當(dāng)其大于砼的極限拉伸值時(shí)，則引起結(jié)構(gòu)開裂。3塑性收縮公式很多，但是，實(shí)際工程所處條件變化較多。一般采用如下任意時(shí)間砼收縮計(jì)算公式。εy(t)=3.24104(1e0.01t)M1.M2……Mn式中M1.M2……Mn－為

6、水泥品種、骨料，水灰比、溫度、養(yǎng)護(hù)和不同配筋率等修正系數(shù)。其中不同配筋率的修正系數(shù)見表1。也即限制收縮與自由收縮之比，隨配筋率提高而減小。（二）設(shè)計(jì)問題鋼筋砼結(jié)構(gòu)是由砼和鋼筋共同承擔(dān)極限狀態(tài)的承載力，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師根據(jù)地基情況，靜、動(dòng)荷載、環(huán)境因素、結(jié)構(gòu)耐久性等控制荷載裂縫。這里不作討論。從國內(nèi)外有關(guān)規(guī)范可知，對(duì)結(jié)構(gòu)變形作用引起的裂縫問題，客觀上存在兩類學(xué)派：第一類，設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定很靈活，沒有驗(yàn)算裂縫的明確規(guī)定，設(shè)計(jì)方法留給設(shè)計(jì)人員自由處理。

7、基本上采取“裂了就堵、堵不住就排”的實(shí)際處理手法。第二類，設(shè)計(jì)規(guī)范有明確規(guī)定，對(duì)于荷載裂縫有計(jì)算公式并有嚴(yán)格的允許寬度限制。對(duì)于變形裂縫沒有計(jì)算規(guī)定，只按規(guī)范留伸縮縫，即留縫就不裂的設(shè)計(jì)原則。大量工程實(shí)踐證明，留縫與否，并不是決定結(jié)構(gòu)變形開裂與否的唯一條件，留縫不一定不裂，不留縫不一定裂，是否開裂與許多因素有關(guān)。我們認(rèn)為，控制裂縫應(yīng)該防患于未然，首先盡量預(yù)防有害裂縫，重點(diǎn)在防。我國結(jié)構(gòu)工程向長大化、復(fù)雜化發(fā)展，砼設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)向C40～C

8、60發(fā)展，設(shè)計(jì)師多注重結(jié)構(gòu)安全，而對(duì)變形裂縫控制考慮不周，這也是結(jié)構(gòu)裂縫發(fā)生增多的原因之一。（三）施工管理問題砼配合比設(shè)計(jì)是否科學(xué)合理，水泥與外加劑是否相適應(yīng)，砂石級(jí)配及其含泥量是否符合規(guī)范要求，砼坍落度控制是否合理，這些都影響到砼的質(zhì)量及其收縮變形。砼澆筑震搗不均勻密實(shí)，施工縫和細(xì)部處理馬虎，會(huì)帶來結(jié)構(gòu)開裂的后患；過震則使浮漿過厚，抹壓又不及時(shí)，則砼表面出現(xiàn)塑性裂縫，十分難看。邊墻拆摸板過早（1～3d），砼水化熱正處于高峰，內(nèi)外溫差最

9、大；砼易“感冒”開裂。砼養(yǎng)護(hù)十分重要，但許多施工單位忽視這一環(huán)節(jié)，尤其是墻體和柱梁的保溫保濕養(yǎng)護(hù)不到位，容易產(chǎn)生收縮裂縫。某些露天構(gòu)筑物盡管當(dāng)?shù)貪穸群艽螅捎诖碉L(fēng)影響，加速了砼水分蒸發(fā)速度，亦即增加干縮速度，容易引起早期表面裂縫，風(fēng)速對(duì)水分蒸發(fā)速度的影響見表2。這也許是夏季比秋冬季，南方比北方出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫較多的原因。從已建工程調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，底板養(yǎng)護(hù)較好，出現(xiàn)裂縫概率較低，而底板上外墻裂縫概率很高約占80％，這與保溫保濕養(yǎng)護(hù)不足有很大關(guān)系

10、。除上述技術(shù)因素外，施工管理不嚴(yán)，趕進(jìn)度，偷工減料，工人素質(zhì)差，施工馬虎等也是造成結(jié)構(gòu)裂縫的人為因素。（四）對(duì)維護(hù)缺乏認(rèn)識(shí)我們發(fā)現(xiàn)不少結(jié)構(gòu)是在澆筑完3～6個(gè)月，甚至在1～2年內(nèi)出現(xiàn)裂縫。除荷載問題外，主要是環(huán)境溫度和風(fēng)速引起的收縮變形所致。有些地下室不及時(shí)復(fù)土；上部結(jié)構(gòu)不及時(shí)做好封閉；出入口長期敞開，屋面防水層破壞不及時(shí)修補(bǔ)等。這些與施工和業(yè)主對(duì)結(jié)構(gòu)維護(hù)缺乏認(rèn)識(shí)有關(guān)。鋼筋砼結(jié)構(gòu)與其他物件一樣都存在“熱脹冷縮”的特征，尤其超長結(jié)構(gòu)更為明顯