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摘要：地下空间结构出现裂缝对建筑而言将产生巨大的威胁，但是地下空间的钢筋混凝土结构出现裂缝又是不能避免的情况。那么如何有效的对其裂缝进行控制，做好防水工作是建筑设计者们最为关心的问题。结构裂缝产生的原因很复杂，根据国内外的调查资料，裂缝的产生与材料、设计、施工及维护有关。为此，对地下空间钢筋混凝土结构的裂缝控制与防水加以研究，从本质上分析地下空间结构常出现的裂缝渗漏水问题及其控制措施。
关键词：地下空间结构；钢筋混凝土；裂缝控制
中图分类号：TB
文献标识码：A
doi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.01.100
1简介
随着城市规模的扩大，城市的建设开发与对耕地的保护之间矛盾日益凸显，这使得地上空间资源日益短缺。而今后城市化的进一步扩大，会更加加严重这种趋势，为了较好的节省地上空间，缓和地上住宅、交通、生产及生活设施的用地紧张和相互干扰。城市地下空间的利用将是未来城市空间发展的重要发展方向。可以说，地下空间结构的抗裂、防水越来越引起人们的重视，它的成功与否，不仅是建筑物使用功能的基本要求，也在一定程度上影响建筑物的结构安全和使用寿命，同时还可以节约投资，降低工程成本、减少后期维护成本。地下空间结构出现裂缝对建筑而言将产生巨大的威胁，但是地下空间的钢筋混凝土结构出现裂缝又是不能避免的情况。那么如何有效的对其裂缝进行控制，做好防水工作是建筑设计者们最为关心的问题。
2混凝土结构裂缝产生的主要原因
2.1水泥水化热的影响
水泥水化热是混凝土产生温度应力的主要原因，水泥水化过程中放出大量的热，不同品种水泥在不同时间的水化热不同，其中高水化热水泥前三天水化热为70～85kcal/kg；中水化热水泥前三天的水化熱为50～70kcal/kg；低水化热水泥前三天的水化热为40～60kcal/kg，由此可见水泥高温期主要在浇筑后的三天。由于混凝土内外散热条件不同，内部热量不容易散发出来，在水化反应过程中，混凝土内部温度会越来越高，其导致的结果是，混凝土中心温度很高，内部和外表形成较大温差，其表面产生拉应力，而内部产生压应力，当这种应力超过混凝土的极限抗拉强度时混凝土表面就会产生裂缝。
2.2混凝土的收缩
混凝土的收缩是指混凝土在空气中初凝硬化的过程中体积减小的现象。这种不受外力的变形，主要分为塑性收缩、干燥收缩、化学收缩。混凝土的收缩随着骨料的增加而减小，随着骨料弹性模量的增大而减小。另外，在混凝土中，不合理的骨料级配也会使混凝土产生裂缝。如果骨料含量过多，由于混凝土的失水，会产生不规则的网状裂缝。
2.3混凝土的后期养护
混凝土成型后为保证水泥水化作用能正常进行，应及时进行养护。养护的目的是为混凝土硬化创造必须的湿度、温度条件，混凝土浇筑后如果没有及时进行养护，则会产生干缩和塑性裂缝。在温度较高或者风较大的天气，混凝土表面容易较快硬结，而下部混凝土还未达到初凝。这种情况只有进行二次振捣，及时覆盖养护才能解决。
2.4其他原因
产生裂缝的原因还有建筑物基础的不均匀沉降，伴随着地基基础的沉降这种裂缝会逐渐增大，等基地沉降稳定后，将不再发生变化。当构件所承受的荷载超过其设计值，或者当构件未完全硬化达到设计强度，而使其过早承受荷载产生裂缝，这类裂缝叫荷载裂缝。还有遇到暴雨、寒流或者提前拆除结构保温层而使混凝土表面温度降低，在这种短时间内，温度突然下降很容易使表面产生裂缝。
3地下空间钢筋混凝土结构裂缝控制与防水的主要措施
3.1混凝土材料选取与配合比设计
3.1.1混凝土品种与原材料选用
严格控制水泥、沙、石和外加剂的等原材料的质量，严格按照设计以及规范进行配合比设计。在混凝土生产过程中，控制好砂石水泥外加剂等材料计量偏差，及时对骨料的含水率进行检测，根据骨料的含水率调整用水量，控制好水灰比。混凝土中水泥的用量直接影响水化热的多少，因此在材料的选取上，我们应当考虑选择水化热较低的水泥，如低热矿渣硅酸盐水泥、中热硅酸盐水泥等。适当的减少水泥用量，禁止使用不稳定的水泥，因为其中含有的一些成分（如氧化镁）与水发生化学反应会使体积发生膨胀，从而产生裂缝。在骨料的选择上，选用优质量的粗细集料，可以提高混凝土的和易性，改善混凝土工作性能，降低水化热。细集料采用级配较好的中砂为宜，可以有效的减少水和水泥的用量。同时，采用粉煤灰技术，在混凝土中掺用适量粉煤灰能节约水泥，降低混凝土水灰比，使早期水化热明显降低，并且能够大幅度提高混凝土后期强度。
3.1.2采用外加剂
掺加适量减水剂，可提高混凝土的和易性与早、后期强度，并能适当降低水泥用量，间接降低混凝土水化反应过程中水化热的产生，减小混凝土收缩。采用膨胀剂，较常见的膨胀剂大致有无水硫铝酸钙或硫酸铝、U型膨胀剂等。膨胀剂可以降低水化热，改善混凝土抗渗性和泌水性。
3.1.3防水混凝土
防水混凝土是通过调整混凝土配合比或掺外加剂等方法，来提高混凝土本身的密实性和抗渗性。常用的防水混凝土有普通防水混凝土和外加剂防水混凝土。
普通防水混凝土与普通混凝土所用原料基本相同，其除了满足设计强度要求外，还需要根据抗渗设计等级来配置。水泥砂浆主要承担填充和粘结作用，但在防水混凝土中，还要求其在石子周围形成一定数量和质量良好的砂浆包裹层，减少混凝土内部毛细管、缝隙的形成，切断其内部可能存在的渗水通路，从而达到结构抗渗的要求。普通防水混凝土宜采用普通硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥，水泥强度等级不应低于325。如果掺外加剂，也可用矿渣硅酸盐水泥。
外加剂防水混凝土是在混凝土拌合物中加入一定量的外加剂，（如减水剂、引气剂、加气剂、膨胀剂等），以改善混凝土和易性和其结构组成，提高混凝土密实性和抗渗性，达到防水抗渗要求。 3.2施工工艺
3.2.1模板工程
在防水混凝土工程中，对模板的要求应平整、拼缝严实不漏浆，并且应当有较高的强度和刚度。在支模时，铁丝或者螺栓不宜贯穿混凝土，当无法避免这类情况时，应采取相应止水措施。可以在螺栓间加焊一块止水钢板（100mm*100mm）来阻止渗水通路的产生，并且在模板拆除后，在混凝土墙外壁涂上防水材料（特别是螺栓断口处，以免螺栓锈蚀，长时间会穿透墙体使墙内壁产生红棕色锈斑）。另外，对钢筋保护层厚度也有要求，防水混凝土迎水面钢筋保护层厚度不等小于30mm，底部钢筋均不得接触底板垫层。
3.2.2施工缝
在混凝土浇筑过程中应采用机械搅拌、机械振捣，要严格做到分层、连续浇筑。施工缝是防水薄弱的位置，因此在施工过程中应尽量不留、少留。墙体不得留垂直施工缝，其水平施工缝的留设不应留在剪力与弯矩最大处或板底与墙体交接处，最低水平施工缝距离板底面不少于200mm。施工缝的留设形式有：平口缝、凸缝、高低缝、金属止水缝。如图1所示。
3.2.3混凝土后期養护
为保证水泥水化作用能正常进行，为混凝土硬化创造必须的湿度、温度条件，在混凝土浇筑后要及时进行养护，否则很容易产生干缩和塑性裂缝，而且混凝土的强度也很难达到预期值。混凝土的养护方法主要有自然养护、加热养护和蓄热养护。蓄热养护多用于冬季施工；而加热养护除用于冬季施工外，常用于预制构件养护。在地下工程施工过程中常见的养护方法是自然养护，自然养护是指在自然气温条件下，对混凝土采取覆盖、浇水湿润、挡风、保温等养护措施。自然养护又分为覆盖浇水养护和塑料薄膜养护两种。
3.3构件的结构优化设计
（1）设计合理的结构形式，可以减少工程数量，减低水化热。
（2）改善边界约束的构造设计，在外约束的接触面上设置缓冲层和滑动层以及应力缓和沟，可大大减小外约束。如在遇有约束强的岩土类地基和较厚的砼垫层时，可在接触面上设滑动层来减少温度应力。
（3）设计时对结构构件施加一定预压力，抵消构件自重和外部荷载以及补偿混凝土内部温度收缩产生的拉应力，这样可以有效的减少结构裂缝的生成。
（4）可增配直径小、小间距的构造钢筋，控制全截面配筋率在0.3%～0.5%之间。为了更有效地提高混凝土抗裂能力，可以在其表面增设金属扩张网。
4结束语
现浇混凝土裂缝是难以避免的，但其危害却是可以控制的，过大会降低建筑物的抗渗性、耐久性和承载能力，同时严重影响建筑物使用寿命。本文通过对混凝土材料、施工工艺与后期维护、改善结构设计等方面做出分析，采取综合措施，降低混凝土的收缩和温度应力、掌握现场施工要点，减少混凝土裂缝的产生，有效避免地下结构裂缝渗水。
参考文献
[1]游宝坤.混凝土建筑结构裂缝控制的技术措施[J].建筑结构，2002，（15）.
[2]姚燕，马丽媛等.高强混凝土早期收缩开裂影响因素的研究，钢筋混凝土裂缝控制指南[M].北京：化工工业出版社，2004，（8）.
[3]文梓芸，杨医博.化学外加剂和矿物掺和料对水泥砂浆干缩与开裂影响的研究，钢筋混凝土裂缝控制指南[M].北京：化工工业出版社，2004，（9）.
[4]徐荣午.工程结构裂缝控制——“王铁梦”应用实例集[M].北京：中国建筑工业出版社，2005，（11）.
关键词：地下空间结构；钢筋混凝土；裂缝控制
中图分类号：TB
文献标识码：A
doi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.01.100
1简介
随着城市规模的扩大，城市的建设开发与对耕地的保护之间矛盾日益凸显，这使得地上空间资源日益短缺。而今后城市化的进一步扩大，会更加加严重这种趋势，为了较好的节省地上空间，缓和地上住宅、交通、生产及生活设施的用地紧张和相互干扰。城市地下空间的利用将是未来城市空间发展的重要发展方向。可以说，地下空间结构的抗裂、防水越来越引起人们的重视，它的成功与否，不仅是建筑物使用功能的基本要求，也在一定程度上影响建筑物的结构安全和使用寿命，同时还可以节约投资，降低工程成本、减少后期维护成本。地下空间结构出现裂缝对建筑而言将产生巨大的威胁，但是地下空间的钢筋混凝土结构出现裂缝又是不能避免的情况。那么如何有效的对其裂缝进行控制，做好防水工作是建筑设计者们最为关心的问题。
2混凝土结构裂缝产生的主要原因
2.1水泥水化热的影响
水泥水化热是混凝土产生温度应力的主要原因，水泥水化过程中放出大量的热，不同品种水泥在不同时间的水化热不同，其中高水化热水泥前三天水化热为70～85kcal/kg；中水化热水泥前三天的水化熱为50～70kcal/kg；低水化热水泥前三天的水化热为40～60kcal/kg，由此可见水泥高温期主要在浇筑后的三天。由于混凝土内外散热条件不同，内部热量不容易散发出来，在水化反应过程中，混凝土内部温度会越来越高，其导致的结果是，混凝土中心温度很高，内部和外表形成较大温差，其表面产生拉应力，而内部产生压应力，当这种应力超过混凝土的极限抗拉强度时混凝土表面就会产生裂缝。
2.2混凝土的收缩
混凝土的收缩是指混凝土在空气中初凝硬化的过程中体积减小的现象。这种不受外力的变形，主要分为塑性收缩、干燥收缩、化学收缩。混凝土的收缩随着骨料的增加而减小，随着骨料弹性模量的增大而减小。另外，在混凝土中，不合理的骨料级配也会使混凝土产生裂缝。如果骨料含量过多，由于混凝土的失水，会产生不规则的网状裂缝。
2.3混凝土的后期养护
混凝土成型后为保证水泥水化作用能正常进行，应及时进行养护。养护的目的是为混凝土硬化创造必须的湿度、温度条件，混凝土浇筑后如果没有及时进行养护，则会产生干缩和塑性裂缝。在温度较高或者风较大的天气，混凝土表面容易较快硬结，而下部混凝土还未达到初凝。这种情况只有进行二次振捣，及时覆盖养护才能解决。
2.4其他原因
产生裂缝的原因还有建筑物基础的不均匀沉降，伴随着地基基础的沉降这种裂缝会逐渐增大，等基地沉降稳定后，将不再发生变化。当构件所承受的荷载超过其设计值，或者当构件未完全硬化达到设计强度，而使其过早承受荷载产生裂缝，这类裂缝叫荷载裂缝。还有遇到暴雨、寒流或者提前拆除结构保温层而使混凝土表面温度降低，在这种短时间内，温度突然下降很容易使表面产生裂缝。
3地下空间钢筋混凝土结构裂缝控制与防水的主要措施
3.1混凝土材料选取与配合比设计
3.1.1混凝土品种与原材料选用
严格控制水泥、沙、石和外加剂的等原材料的质量，严格按照设计以及规范进行配合比设计。在混凝土生产过程中，控制好砂石水泥外加剂等材料计量偏差，及时对骨料的含水率进行检测，根据骨料的含水率调整用水量，控制好水灰比。混凝土中水泥的用量直接影响水化热的多少，因此在材料的选取上，我们应当考虑选择水化热较低的水泥，如低热矿渣硅酸盐水泥、中热硅酸盐水泥等。适当的减少水泥用量，禁止使用不稳定的水泥，因为其中含有的一些成分（如氧化镁）与水发生化学反应会使体积发生膨胀，从而产生裂缝。在骨料的选择上，选用优质量的粗细集料，可以提高混凝土的和易性，改善混凝土工作性能，降低水化热。细集料采用级配较好的中砂为宜，可以有效的减少水和水泥的用量。同时，采用粉煤灰技术，在混凝土中掺用适量粉煤灰能节约水泥，降低混凝土水灰比，使早期水化热明显降低，并且能够大幅度提高混凝土后期强度。
3.1.2采用外加剂
掺加适量减水剂，可提高混凝土的和易性与早、后期强度，并能适当降低水泥用量，间接降低混凝土水化反应过程中水化热的产生，减小混凝土收缩。采用膨胀剂，较常见的膨胀剂大致有无水硫铝酸钙或硫酸铝、U型膨胀剂等。膨胀剂可以降低水化热，改善混凝土抗渗性和泌水性。
3.1.3防水混凝土
防水混凝土是通过调整混凝土配合比或掺外加剂等方法，来提高混凝土本身的密实性和抗渗性。常用的防水混凝土有普通防水混凝土和外加剂防水混凝土。
普通防水混凝土与普通混凝土所用原料基本相同，其除了满足设计强度要求外，还需要根据抗渗设计等级来配置。水泥砂浆主要承担填充和粘结作用，但在防水混凝土中，还要求其在石子周围形成一定数量和质量良好的砂浆包裹层，减少混凝土内部毛细管、缝隙的形成，切断其内部可能存在的渗水通路，从而达到结构抗渗的要求。普通防水混凝土宜采用普通硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥，水泥强度等级不应低于325。如果掺外加剂，也可用矿渣硅酸盐水泥。
外加剂防水混凝土是在混凝土拌合物中加入一定量的外加剂，（如减水剂、引气剂、加气剂、膨胀剂等），以改善混凝土和易性和其结构组成，提高混凝土密实性和抗渗性，达到防水抗渗要求。 3.2施工工艺
3.2.1模板工程
在防水混凝土工程中，对模板的要求应平整、拼缝严实不漏浆，并且应当有较高的强度和刚度。在支模时，铁丝或者螺栓不宜贯穿混凝土，当无法避免这类情况时，应采取相应止水措施。可以在螺栓间加焊一块止水钢板（100mm*100mm）来阻止渗水通路的产生，并且在模板拆除后，在混凝土墙外壁涂上防水材料（特别是螺栓断口处，以免螺栓锈蚀，长时间会穿透墙体使墙内壁产生红棕色锈斑）。另外，对钢筋保护层厚度也有要求，防水混凝土迎水面钢筋保护层厚度不等小于30mm，底部钢筋均不得接触底板垫层。
3.2.2施工缝
在混凝土浇筑过程中应采用机械搅拌、机械振捣，要严格做到分层、连续浇筑。施工缝是防水薄弱的位置，因此在施工过程中应尽量不留、少留。墙体不得留垂直施工缝，其水平施工缝的留设不应留在剪力与弯矩最大处或板底与墙体交接处，最低水平施工缝距离板底面不少于200mm。施工缝的留设形式有：平口缝、凸缝、高低缝、金属止水缝。如图1所示。
3.2.3混凝土后期養护
为保证水泥水化作用能正常进行，为混凝土硬化创造必须的湿度、温度条件，在混凝土浇筑后要及时进行养护，否则很容易产生干缩和塑性裂缝，而且混凝土的强度也很难达到预期值。混凝土的养护方法主要有自然养护、加热养护和蓄热养护。蓄热养护多用于冬季施工；而加热养护除用于冬季施工外，常用于预制构件养护。在地下工程施工过程中常见的养护方法是自然养护，自然养护是指在自然气温条件下，对混凝土采取覆盖、浇水湿润、挡风、保温等养护措施。自然养护又分为覆盖浇水养护和塑料薄膜养护两种。
3.3构件的结构优化设计
（1）设计合理的结构形式，可以减少工程数量，减低水化热。
（2）改善边界约束的构造设计，在外约束的接触面上设置缓冲层和滑动层以及应力缓和沟，可大大减小外约束。如在遇有约束强的岩土类地基和较厚的砼垫层时，可在接触面上设滑动层来减少温度应力。
（3）设计时对结构构件施加一定预压力，抵消构件自重和外部荷载以及补偿混凝土内部温度收缩产生的拉应力，这样可以有效的减少结构裂缝的生成。
（4）可增配直径小、小间距的构造钢筋，控制全截面配筋率在0.3%～0.5%之间。为了更有效地提高混凝土抗裂能力，可以在其表面增设金属扩张网。
4结束语
现浇混凝土裂缝是难以避免的，但其危害却是可以控制的，过大会降低建筑物的抗渗性、耐久性和承载能力，同时严重影响建筑物使用寿命。本文通过对混凝土材料、施工工艺与后期维护、改善结构设计等方面做出分析，采取综合措施，降低混凝土的收缩和温度应力、掌握现场施工要点，减少混凝土裂缝的产生，有效避免地下结构裂缝渗水。
参考文献
[1]游宝坤.混凝土建筑结构裂缝控制的技术措施[J].建筑结构，2002，（15）.
[2]姚燕，马丽媛等.高强混凝土早期收缩开裂影响因素的研究，钢筋混凝土裂缝控制指南[M].北京：化工工业出版社，2004，（8）.
[3]文梓芸，杨医博.化学外加剂和矿物掺和料对水泥砂浆干缩与开裂影响的研究，钢筋混凝土裂缝控制指南[M].北京：化工工业出版社，2004，（9）.
[4]徐荣午.工程结构裂缝控制——“王铁梦”应用实例集[M].北京：中国建筑工业出版社，2005，（11）.