高层建筑地下室混凝土结构裂缝成因与加固处理

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针对福建某商住楼工程,介绍了其地下室混凝土结构的施工方案,分析了其地下室上浮和底板、顶板及柱开裂的原因,并提出了加固处理方案,可供类似工程参考.

近年来,伴随着我国经济和建设水平的发展,建筑物地下室超长混凝土结构不断增多,一旦出现裂缝则将可能对建筑结构的使用性、耐久性、承载力等造成影响.本文结合福建某商住楼工程实例,分析了其地下室上浮和底板、顶板及柱开裂的原因,并提出了加固处理方案,可供类似工程参考.

1.工程概况

1.1施工情况

福建某商住楼工程,采用钢筋混凝土框架―剪力墙结构,建筑面积38500m2,地上二十九层,由南北两栋主楼构成.地下一层为车库,地下室结构连通为一整体,长约120m,宽约60m.地下室承台地梁、底板为C35S8抗渗砼,底板厚度为350mm,外墙混凝土强度等级为C35S8,外墙厚为300mm,地下室内剪力墙及柱砼强度等级为0,顶板砼强度等级为C35S8,顶板厚为250mm,如图1所示.2009年7月28日地下室土方开挖,因地表水较多,开挖时间较长,采取了有效的排水降水措施,保证了地下室施工期间的质量及进度,于2009年12月25日顺利完成了地下室主体的结构施工.地下室共分三个施工段,以后浇带为段点,第一段从2#楼主楼到CC轴以南2.5m处后浇带,第二段为从CC轴到CM轴以南1m,第三段为1#楼主楼及人防区.2009年11月6日浇捣第一段底板,第二段底板于2009年11月10日浇捣底板,第三段底板2009年11月19日浇捣底板.第一段墙、柱、顶板于2009年12月8日浇捣,第二段墙、柱、顶板于2009年12月14日浇捣,第三段墙、柱、顶板于2009年12月25日浇捣.每段砼浇捣后派专人养护2周.地下室主体结构完成后,继续上0.000以上的主体,2010年7月15日1#、2#楼主体结构封顶.根据设计要求,后浇带待主体封顶14d后方可进行浇注,施工单位根据设计要求延期到封顶后46d（2010年8月31日）将后浇带封闭,后浇带采用0S8抗渗砼.

1.2开裂情况

2010年12月下旬发现地下室中间段车库外剪力墙局部墙面有丝状渗水现象,个别柱出现丝裂缝,但底板未上浮（此时地下室顶板还未覆土）,且南北两主楼正常.发现此情况后,设计单位及时来到现场观察分析,认为可能是地表水太丰富所引起,决定挖降水盲井降水.到2011年2-4月,随雨量的增多,发现底板渐渐上浮,柱上下裂缝增多,外剪力墙丝裂缝加多,出现渗水痕迹,底板也局部出现渗水痕迹.用水平仪测量发现上浮量最大在8～15cm左右,特别是下雨后会出现明显上浮.根据这种情况,设计单位决定采用盲沟埋设600的涵管与市政下水道连通使地表水外排.5月初地下室顶板开始覆土,根据设计要求顶板覆土0.8m后,地下室底板开始慢慢下沉恢复.

2.地下室上浮开裂原因

因该商住楼地下室中间段处地势低洼地带,在暴雨过后造成大量积水,积水对该工程底板产生上浮力,导致地下室上浮,部分底板和柱开裂.具体分析如下：地下室顶板面的绝对标高为187m,地下室层高37m,顶板结构250mm厚,顶板上覆土800mm厚,底板结构350mm厚,下为100mm厚砼垫层.地下室垫层底绝对标高为：18.7-3.7-0.35-0.1等于14.55m.甲方提供的暴雨后地下室外稳定水位标高为17.819m,故地下室外稳定水位离地下室垫层底高度为：17.819-14.55等于3.269m.地下室最大负荷面积的柱网尺寸为：8.1m×7.8m.顶板主梁截面为450×800mm,次梁截面为350×600mm,底板主梁截面为450×800mm,柱截面尺寸为500×500mm.水容重为10kN/m3,土容重为18kN/m3,砼容重为25kN/m3,垫层容重为20kN/m3.不考虑桩的抗拔力,顶板上未覆土前主要依靠顶板、底板、梁柱等的恒荷载来抵抗地下室的水浮力.

250厚顶板自重：0.25×r砼等于0.25×25等于6.25

图1、地下室结构平面示意图

图2、柱加固设计图

350厚底板自重：0.35×r砼等于0.35×25等于8.75

100厚垫层重：0.1×r垫等于0.1×20等于2

①合计：N/m2

顶板梁、柱、底板梁自重化为每平方米的恒荷载

②顶板梁自重：

0.35×（0.6-0.25）×（7.8+8.1）×25+0.45×0.8-0.25）×（7.8+8.1）×25等于147kN

柱自重:

0.5×0.5×（3.7-0.25）×25等于21.6kN

底板梁自重：

0.45×（0.8-0.35）×（7.8+8.1）×25等于80.5kN

顶板梁、柱、底板梁自重化为每平方米的恒荷载:

②合计：（147+21.6+80.5）/（8.1×7.8）等于94kN/m2

恒荷载抗浮水位高差为：

（①+②）/r水等于（17+3.94）/10等于2.09m<3.269m,不满足抗浮要求.

3.处理措施和修复加固方案

及时覆土.按设计要求,顶板上覆土800mm,考虑顶板上覆土800mm后地下室的抗浮水位高差为3.53m,大于3.269m,满足要求.

组织排水.让地表水有组织地排到附近的市政排水管,减小底板的水压力.具体措施是：沿地下室四周外侧开挖,设DN600的钢筋混凝土圆涵排水,每隔2m加设一个检查井.

混凝土底板加固.加固措施[1-3]：将裂缝处的表面混凝土凿开,并将整个板面凿毛,碎屑清除干净,在裂缝处灌注结构胶.然后板面绑扎@8@150双向钢筋,浇筑50mm厚C30细石混凝土.

混凝土外墙、边柱、顶板修复.修复措施[1-3]：凿除裂缝表面的混凝土,露出新鲜混凝土,清除灰尘,慢速、低压、连续灌注结构胶,确保结构胶注入裂缝细微部位.

混凝土中柱修复加固.对于裂缝宽度小于0.3mm的中柱,采用上述灌注结构胶的方法进行修复.对于裂缝宽度大于0.3mm的中柱,其柱顶采用外贴碳纤维布的方法加固,柱底采用外包型钢加贴碳纤维布的方法加固[1][4-5].加固设计如图2所示.

4.结语

对于地下室,特别是处低洼地势的单层地下室,设计和施工时应特别注意当地的气象条件,雨季时应考虑暴雨后地表水位差产生的上浮力,采取组织排水和及时覆土措施防止地下室上浮.