地下室超長墻板裂縫成因及控制總結

1、地下室超長墻板裂縫成因及控制摘要：根據混凝土結構設計規(guī)范 GB50010-2010第8.1.1條，現澆式地下室墻板 僅30米需設置伸縮縫，當存在可靠的技術措施時可適當放大伸縮縫間距。在一 些大型工程條件下，對超長結構混凝土的需求遠超 30米，若處理措施存在缺陷， 勢必對建筑工程的耐久造成一定影響。在各類大型場館和生產設施的需求下，在 追求建筑工程力與美的要求下，在保證建筑地下結構功能性前提下， 地下室外墻 必須嚴格控制其裂縫產生。根據混凝土特征，將裂縫成因共分為兩個大類：應力裂縫和構造裂縫，從其 不同的成因來分析解決地下室超長外墻裂縫， 達到使用功能目標。本文結合無錫 某會展場館建設經驗，通過

2、理論分析結論有效控制缺陷。關鍵詞：二維熱傳導應力裂縫構造裂縫首先，從其結構方面分析地上結構和地下結構存在的本質性差別。地上結構由于比較方便地設置變形縫；框架結構特征存在柔性變形特點等因素， 樓面超長 混凝土產生裂縫不必通過高代價措施能夠得到控制，產生的影響也較小。如設置 雙柱僅縮小有限空間，結構成型保持良好。但地下結構由于沿海地區(qū)有豐富的地 下水資源，三類粘土側壓力等外界因素共同作用下， 地下外墻必須承受外力荷載 和水壓滲透多方面因素影響。又因地下外墻為封閉結構，自由伸縮空間幾乎不存 在，外墻防水在沒有十足可靠時，勢必會產生漏水現象，水滲透過外墻混凝土， 對混凝土內鋼筋的腐蝕作用又會大大減少建

3、筑結構耐久年限。根據混凝土結構設計規(guī)范，當采用下列措施時，伸縮縫間距可適當放大：采 取減小混凝土收縮或溫度變化措施； 采用預應力或改善配筋率措施；采用低收縮 混凝土材料，并配合跳倉、后澆帶、控制縫等方法并加強養(yǎng)護措施。但上述措施 在實踐中并未出現良好的控制效果，且未考慮到如溫度變化、應力荷載、構施等 因素影響。參考其他發(fā)達國家混凝土設計相關規(guī)范， 并未對伸縮縫間距作嚴格要求，因此借鑒國外規(guī)范，說明在分析完善裂縫成因對采取針對措施后，裂縫能夠得到有效控制。故有必要對此展開討論，對裂縫控制有重要意義。1裂縫成因1.1應力裂縫1.1.1動、靜荷載地下室外墻土帶來的側壓力和地下水側壓力作用是主要的恒荷

4、載，均布壓力產生的拉應力持久作用下， 墻板混凝土存在緩慢徐變過程，若超 過鋼筋混凝土抗拉強度，則短時間內能出現裂縫導致質量缺陷。 另外地下室內存 放有各類設備，如水泵、風機或其他大型設備產生的震動， 相對于恒荷載來說破 壞力更大，特別是微震?；炷羶阮w粒間凝固程度不盡相等， 震裂顆粒間的膠粘 也會形成有規(guī)則裂縫。1.1.2其他荷載也可以理解成人為設置荷載或是次內力。比較典型的有預應力，預應力在超靜定結構中產生的次內力。 普遍情況下，墻板內設置的預應力為 溫度裂縫控制用的無粘結預應力，均勻分布在墻板兩側。在遇垂直方向其他剪力 墻或是柱時，張拉變形量不均勻導致出現初期人為裂縫，為不可見裂縫，在建筑

5、使用期間逐步顯現。其他荷載還包括上部結構自重帶來的作用， 上部結構不斷施加，筏板的不均 勻沉降牽引作用下，墻板內部產生剪力導致出現裂縫。 此類裂縫普遍為豎向，特 殊情況為垂直方向，普遍為約 45度斜向裂縫。1.1.3沉降裂縫此沉降裂縫與上述自重引起的墻面裂縫不同，由于建筑物整體自重沉降時產生，較上述自重沉降裂縫產生時間相對緩慢。 在建筑物達到穩(wěn)定 狀態(tài)后可自然消除。裂縫顯現狀態(tài)與自重沉降想似。自重沉降和整體沉降可理解為一次過程和時間過程，以時間作為主要的區(qū)分 界限，其作用后果相似，但控制措施不同，必須區(qū)別展開分析。根據實踐經驗來 看，前者引起的裂縫約占80%。1.1.4溫度裂縫溫度不斷的變化產

6、生的應力是極大的，甚至超過荷載應力，產生的破壞是巨大的。根據混凝土結構設計規(guī)范第4.1.8條給定的取值可以看出， 導熱系數達到10.6kj/m*h*c，有此可見能量是巨大的。從混凝土澆筑到產生 1個 標準強度，然后在內外側溫度不同情況下，混凝土收漲不同產生的無規(guī)則裂縫， 特殊情況為“回”字形裂縫。此類裂縫因其產生機理，只能完全通過加大經濟投入解決。1.1.5收漲裂縫混凝土的硬化過程就是水泥中活性成分作用下的一個凝固過程，在凝固過程中因環(huán)境和養(yǎng)護措施的變化而產生體積變化。經理論結合實踐實測，混凝土水中養(yǎng)護體積產生微膨脹，在炎熱干燥環(huán)境下養(yǎng)護凝固產生肉眼能夠 分辨的收縮。1.2構造裂縫1.2.1節(jié)

7、點構造裂縫墻柱節(jié)點因其構造原因，收漲程度必定不一致，在應力作用下墻柱連接節(jié)點極易出現裂縫。墻體拐角位置由于其相互約束，應力作用類 似于墻柱節(jié)點，裂縫成因相同。1.2.2保護層裂縫保護層表面裂縫隨著厚度的增加而增加，但因保護層本身作用又不得無限制減薄。當出現表面裂縫后，混凝土內部裂縫成型并存在薄弱通 道，在水壓作用下形成貫通，對結構危害較大。1.2.3配筋率（鋼筋直徑）鋼筋的配筋率對于結構承載力來說至關重要，保證結構的使用安全后，利用相同的配筋率來控制直徑，相對較小直徑的鋼筋在相同 配筋率的情況下能夠有效達到控制裂縫的效果。土對墻的側壓力分為水平方向的 均布荷載和垂直方向的遞減荷載，較小的直徑在

8、同一水平面上的手里更為均勻。 若表面出現裂縫，較小的直徑也能夠有效化解拉應力。綜合上述裂縫成因分析認為，應力裂縫因不可避免的特征，可以采取施工措 施控制減少，暫無有效手段杜絕；構造裂縫又可認為是設計中的缺陷， 可以采取 截面改變或是增加輔助材料手段避免甚至杜絕。 成因分析后，可以逐一對其采取“抗”“放”“調”手段應付，以達到減少甚至杜絕的目的。當前主流設計對混凝土墻板裂縫僅在設置措施縫和設置外防水方式解決，在施工恰當的情況下，可以避免表面滲漏現象，但內部裂縫仍然存在。為避免“治 標不治本”，結合實踐工程項目經驗，分別針對成因制定以下措施方案。2. 抗：對于墻面裂縫有效控制手段之一，目前我們通常

9、使用的措施主要有建 立預應力，對溫差和收縮產生的應力抵抗起到積極作用； 纖維混凝土可以提高表 面抗拉力；維持混凝土表面溫差在較小范圍避免裂縫產生。預應力對混凝土應力 的抵抗作用較為明顯，可以通過結構計算作統一簡單設置， 采取拉力增強膠體粘 結性，屬于簡單可行且較為經濟的措施之一。技術較為成熟，使用廣泛，結論明 確，不再深入探討。2.1纖維混凝土 在混凝土中參加纖維是在引進國外抗裂技術的一項措施， 纖維混凝土能夠有效抵抗表面裂縫。 因其在混凝土中呈現不規(guī)則性，對各種方向 的裂縫均有控制作用。在無錫某會展工程中，設計要求添加1.8kg/m3的聚丙烯纖 維后，施工成效與該項目一期工程相比有明顯改善。

10、 但其也有被動性的特點，不 能主動抵抗裂縫的產生，但可以被動控制已出現的裂縫不再擴張。結合實際工程經驗，分析纖維混凝土的工作原理。在裂縫成因分析中提到， 混凝土保護層厚度在墻板中是一個難以平衡的節(jié)點，在需要保證鋼筋不被碳化腐 蝕的情況下保證混凝土表面不至于產生透水裂縫。利用鋼纖維混凝土正好可以彌 補，在保證水下環(huán)境5cm保護層厚度時表面保持完整。在鋼筋混凝土中加入纖 維，主要荷載的傳遞可以由鋼筋承受， 活荷載和雜力由纖維承受，共同作用混凝 土的完整性。纖維混凝土雖然在輔助鋼筋受力方面有明顯作用，但不可忽視實際施工操作 中由此引發(fā)起的“并發(fā)癥”。由于在混凝土中拌入纖維，其纖維成束添加后，在 拌制

11、的過程中和易性會收到一定影響。必須拌制過程注意事項與商品混凝土攪拌 站做好充分交底工作，根據實際拌制經驗，添加纖維后的混凝土拌制時間必須比 普通混凝土長30s 1min,才能得到充分攪拌均勻。并且在運輸澆筑時必須注意 隨時監(jiān)測塌落度，保證和易性在澆筑時不受影響。同時纖維長度也是影響和易性 的一個重要因素，不同等級的混凝土由于水泥含量有異， 事先因先做實驗性攪拌 驗證纖維長度的影響程度。本項目采用 50mm長時，C40混凝土塌落度控制在 160mm時，施工情況良好。但本項目經驗僅有參考性，因根據環(huán)境氣溫及澆筑 部位綜合考慮后，采用實驗方法得出結論。和易性受到一定影響也會對墻體密實度造成隱患，施工

12、質量難以準確控制。 通過實際工程經驗，不得依賴鋼纖維混凝土有明顯作用，只能作為一種鋼筋的輔 助材料進行使用，且含量不宜過大。如 60/100規(guī)格的鋼纖維在混凝土中含量達 到10kg時，和易性受到明顯影響，使用前必須編制可靠方案并經樣板間驗證。 因此，選擇一種合適的鋼纖維規(guī)格同樣重要，對比60/100和50/80兩種不同規(guī)格后發(fā)現。相對比于60/100來說，50/80纖維根數相對少，但和易性好，但裂縫控 制效果不如前者。如何選擇應立足于試驗角度出發(fā)，根據配筋率和板厚限制下， 在抗裂性能及和易性方面選擇最適宜的方式進行。2.2混凝土保溫關于宏觀抗裂方面的混凝土保溫來說，區(qū)別于冬季施工方案，嚴格意義

13、上說作為永久保溫使用。 經實際工程驗證，在地下室墻板兩側同 時施加保溫材料，有利于混凝土體積的穩(wěn)定，對抗裂方面有一定的積極作用。普通關于混凝土控溫理論來說，計算體積變化較多采用平面（截面）的單向 性能，在實際的混凝土存在，用二維熱傳導應該更為適宜。糾正一個概念就是， 混凝土的二維熱傳導區(qū)別于普通平面的 X、丫方向，因為混凝土熱傳導不存在線 性概念，直接是由面開始至立體變化。又因混凝土中材料的多樣化，各種材料的 脹縮系數不同，胡克定律的采用往往會誤導理論變化值。舉例說明，鋼筋與混凝土中石子脹縮系數不同，鋼筋的體積變化對混凝土造成附加壓力， 如同宏觀凍融 環(huán)境變化類似。又如伯努利定律中加入壓力勢能

14、概念，在一定程度上比較接近鋼 筋混凝土變化實際情況，但也無法完全作為準確值進行推導。因其計算過程中將 鋼筋的固態(tài)轉化為無粘稠的液態(tài)進行計算，誤差仍存在。但其溫度應力與平面變形所保留的應變成正比關系，伯努利定律可作為一個相近的參考值使用。若混凝土墻面在無保溫效果下，試采用傅里葉定律方程式計算熱傳導變化， 可以歸納為：qx=-kA a ax； qy=-kA 07 a求出熱傳導率。其中qx、qy分別為X、 丫方向熱傳導率，K為介質熱傳導系數（根據混凝土結構設計規(guī)范，K取值為10.6kj/m*h*c ），A是介質橫截面面積 O認、0T/ O為溫度梯度。當凝固后的 混凝土作為一個穩(wěn)態(tài)二維熱傳導體，那么利

15、用能量守恒定律可以推導熱擴散方程 為：kxa2T/ aX2+kY a2T/ aY2+q=0，由此可以推斷出混凝土內部能量聚集程度。然 后建立模型推斷混凝土的熱變形量， 宏觀得出裂縫擴展出現的可能性。 混凝土凝 固期間散發(fā)的水化熱導致體積變化同樣適用理論推算。該方程得出的結論較為精由上述結論可推導，凝固期間水化熱施工措施中無法避免， 采用低水化熱水 泥能夠得到緩解，另外加上水中養(yǎng)護可大大緩解混凝土凝固期間體積變化。 對于 建筑工程使用期間的體積變化必須利用保溫材料敷設來緩解， 混凝土在相對溫度 穩(wěn)定狀態(tài)下，變形量大大減少，可維持其體積穩(wěn)定，避免裂縫的進一步擴展。2.3優(yōu)化配筋率鋼筋作為混凝土中的

16、主要受拉件，承受理論中所有的抗拉力，宏觀拉應力裂縫靠配筋可以承受。但在微觀裂縫方面，鋼筋作用有限，比 如普通混凝土構件允許的帶裂縫工作可以得出結論。在結構計算中，所有荷載施加后，得出的配筋總面積如何分配對構件抗裂有積極作用。舉例說明，將1根20mm的鋼筋分解為4根10mm鋼筋后，分配密度增加可以起到一定的抗裂作 用，受力更為均勻，滿足結構力學要求依然是前提。另外，荷載內力應與溫度應力想組合方法進行優(yōu)化配筋。首先將上式退到的溫度應力與荷載內力簡單迭加，以一個總內力做截面承載能力極限狀態(tài)計算來確 定鋼筋總面積；或者分別計算溫度應力和荷載內力，以鋼筋面積做簡單迭加后得 出鋼筋總面積。但須特別注意的是

17、，迭加后的鋼筋總面積仍應做“超筋”復算， 防止出現配筋率過高超出規(guī)范上限。3. 放：從設計角度解決了混凝土墻面抗裂措施后，工程最終質量關鍵仍是施工階 段，在施工階段實施有效的方案，可提高混凝土表面成型質量和抗裂性能。 實際 施工中綜合可采取下列措施對應力進行釋放：水中養(yǎng)護釋放體積收縮應力；平行 施工保持加載均勻；附加棱角節(jié)點加腋舒緩應力集中；借鑒國外裝配式結構。3.1混凝土養(yǎng)護釋放應力混凝土凝固期間的養(yǎng)護對成型體積變化有非常重要的影響，外界環(huán)境溫度同樣影響較大，特別是夏季施工期間陽光暴曬導致混凝土 失水過快，干縮裂縫立即成型對后期滲漏影響極大。除開北方極低溫環(huán)境不談， 以秦嶺淮河以南的中國內陸

18、地區(qū)來說，即便是冬季氣溫對混凝土養(yǎng)護影響依然不 是多么明顯，但炎熱的夏季影響極大。在外界環(huán)境影響下，為保持良好的養(yǎng)護環(huán) 境，模擬甚至超越實驗室環(huán)境難度極高， 現場不易實現，那么水中養(yǎng)護混凝土成 為施工現場一個良好的選擇。根據混凝土特征已知結論，水中環(huán)境養(yǎng)護混凝土能夠導致體積微膨脹，炎熱干燥環(huán)境養(yǎng)護混凝土體積干縮或立即出現裂縫。混凝土的養(yǎng)護期間體積微膨脹可 以看作是凝固期間應力加快釋放的過程， 在充分釋放后再對外墻做封閉澆筑，效 果的優(yōu)點明顯。最簡單的措施便是營造現場臨時水幕作不間斷澆水養(yǎng)護，充分水化對混凝土強度提升同樣有利。3.2平行施工上文分析裂縫成因時提到自重沉降和整體沉降，其中以施工期自

19、重沉降影響較大。減少自重沉降施加給墻面的應力荷載， 是應力釋放的一個關 鍵環(huán)節(jié)，又可形容為應力的平均加載。以本文實例的無錫市某會展工程， 其特點 是占地面積大，屋脊高僅30米。特別是主體結構加載過程中，因面積過大無法 做到均勻穩(wěn)定。作為一個理想的加載程序，以完成的建筑工程重心為依據，應從 建筑物重心點開始施工并向外擴展。以平行流水施工為方案主導，對基礎做均勻 穩(wěn)定加載，力求保持沉降速率穩(wěn)定。同理，另可以選擇從樁基多的位置開始向樁 基數量少的位置推進做到平行施工，大規(guī)模的荷載施加前筏板后澆帶留置成為一 個良好的選擇。3.3棱角加腋 墻柱節(jié)點、拐角節(jié)點一般情況下為直角節(jié)點，由于結構內應力 關系，直

20、角節(jié)點聚集的應力相對集中，且以陰角為最。在此情況下，若內應力能 夠均衡釋放，減緩墻面壓力，對裂縫成型有積極作用。由此推斷可知，在直角節(jié) 點做加腋， 避免出現直角節(jié)點可以有效避免應力集中。同樣在拐角節(jié)點設置成 圓弧也可以有效緩解應力集中。3.4借鑒國外裝配結構由混凝土結構設計規(guī)范得知，裝配結構的伸縮縫間距可以有效拉長，因其接縫間為柔性節(jié)點。由于混凝土構件提前預制完成，內部應 力已經有效釋放，裝配期間殘余應力已可以忽略。 采用裝配結構中，處理好接縫 間滲漏問題便已經達到目的。但在抗震結構中，構件間的抗震連接仍是一個重要 因素。可借鑒國外先進的抗震拼裝方案作進一步研究后實施。放，作為一個籠統的概念，

21、其核心是混凝土內應力的釋放過程， 我們所要做 的工作即將應力釋放保持在可控范圍。 其方法措施包括但不限于以上內容， 可在 實際操作中總結有效經驗予以應用。4. 調：調是抗和放的綜合應用，因無法單獨使用，必須和上述方法同時使用，雙 管齊下共同作用以達到防裂目的。 主要措施有：利用外加劑使混凝土產生補償收 縮特性；降低水灰比后自收縮程度明顯減??；合理留置溫度縫等。調節(jié)混凝土性能作為調的一類措施， 是保持混凝土體積穩(wěn)定的有效措施，普 遍采用的如在混凝土中加入膨脹劑，可以有效擠密施工縫間隙，達到防滲漏目的。 4.1混凝土性能改善混凝土中常用的外加劑有減水劑、膨脹劑、緩凝劑、抗?jié)B劑等，針對地下室墻板防裂外加劑中，上述均為有效止裂作用。比如水灰比降 低后，混凝土中水的蒸發(fā)量減少，對維持體積穩(wěn)定有十分重要作用，同時提高混 凝土強度。實驗可知，強度與體積成正比關系，混凝土強度越高，體積越穩(wěn)定。 在使用抗裂鋼纖維混凝土中，加入減水劑可有效調節(jié)混凝土和易性，有利于后期 抗裂性能。高標號混凝土水泥含量大，直接結果就是水化熱更大，因此選用低水化熱水 泥是混凝土成型抗裂的關鍵因素。在水泥方面水化熱低的有粉煤灰水泥和礦渣水 泥，但