疊合式地下室外墻裂縫成因及防治對(duì)策

王金飛，袁新露，吳哲元（上海建浩工程顧問有限公司， 上海 200030）

0 引 言

疊合式地下室外墻利用混凝土自防水性能，在節(jié)約工程投資方面效果明顯，目前越來越多地被應(yīng)用于地下室結(jié)構(gòu)外墻中。不過，該體系一般通過接駁器將圍護(hù)結(jié)構(gòu)和外墻連接，且施工中受到設(shè)計(jì)、施工、材料及管理等眾多不確定因素的影響，容易造成疊合式外墻結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。盡管部分裂縫的存在并不會(huì)影響建筑物的使用，但久而久之會(huì)影響到結(jié)構(gòu)的耐久性和整體性，特別是有害結(jié)構(gòu)裂縫的出現(xiàn)對(duì)地下室結(jié)構(gòu)防水會(huì)造成較大的影響，甚至影響到地下室的使用功能。本文結(jié)合地下室底板、樓板及外墻等多個(gè)部位的裂縫情況，從設(shè)計(jì)、施工、管理等方面對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的成因進(jìn)行分析，并探討了防治措施，對(duì)有效控制裂縫具有指導(dǎo)意義。

1 工程概況

某工程位于上海市西虹橋商務(wù)區(qū)，總建筑面積約 8.8 萬 m2，由 3 棟 11 層塔樓和 7 棟 2～3 層單體商業(yè)組成。地下 2 層，局部基坑開挖深度約 19 m，其中地下 1 和地下 2 層為地下商業(yè)。地下室結(jié)構(gòu)外墻和地下連續(xù)墻間通過接駁器連接形成疊合式外墻，防水等級(jí)為一級(jí)；同時(shí)要求結(jié)構(gòu)不允許滲水，防水混凝土抗?jié)B等級(jí)均為 P8；采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)自防水，不設(shè)內(nèi)防水。

從工程地質(zhì)勘察揭示土層來看，基坑開挖區(qū)域3 層砂質(zhì)黏土層較厚，局部超挖區(qū)域尚存在承壓水影響，基坑安全等級(jí)一級(jí)，環(huán)境保護(hù)等級(jí)一級(jí)。

2 外墻裂縫情況及成因

2.1 裂縫情況

本項(xiàng)目于 2016 年 10 月份開始拆除地下室外墻模板支撐，拆除完成后經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，外墻出現(xiàn)大量肉眼可見且伴有滲水現(xiàn)象的豎向規(guī)則狀裂縫?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，裂縫自底板以上向上發(fā)展，2 層及地下 3 層居多，地下 1 層較少，部分裂縫延伸到地庫頂板位置，其中大部分裂縫與墻同高，由上而下貫通，兩端逐漸變細(xì)直至消失。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查統(tǒng)計(jì)，每跨約 3～4 條裂縫，寬約 0.3 mm～2.0 mm，個(gè)別超過 2.0 mm。沿墻長度方向兩端裂縫數(shù)量比中間少；特別是橫向裂縫相對(duì)較少，僅少量出現(xiàn)在混凝土澆筑冷縫處。穿墻螺桿及伸縮縫處也存在少量長度小于墻長的裂縫現(xiàn)象，寬度≤2.0 mm。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查分析，裂縫大致分為兩類：一類是混凝土拆模前形成的，多為貫穿裂縫（見圖 1），該類裂縫在被發(fā)現(xiàn)并做好標(biāo)記半年后復(fù)查時(shí)未發(fā)現(xiàn)繼續(xù)發(fā)展；另一類是混凝土拆模幾天后形成的表面裂縫，寬約 0.5 mm～ 1.0 mm （見圖 2），經(jīng)后期觀察，也沒有呈現(xiàn)繼續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)。

圖 1 裂縫情況一（貫穿裂縫）

圖 2 裂縫情況二（表面裂縫）

2.2 裂縫成因分析

2.2.1 構(gòu)造原因

地下連續(xù)墻先施工于地下室結(jié)構(gòu)外墻，且兩墻間僅通過接駁器、錨筋等連接形成整體。本工程地下連續(xù)墻厚度為 1.0 m，結(jié)構(gòu)外墻厚度為 0.5 m，地下連續(xù)墻厚度遠(yuǎn)大于結(jié)構(gòu)外墻，剛度也遠(yuǎn)超外墻。地下連續(xù)墻于 2016 年 4 月前完成澆筑，而結(jié)構(gòu)外墻于同年 7 月中旬才開始施工，地下連續(xù)墻變形已基本完成，而地下連續(xù)墻對(duì)新澆筑的結(jié)構(gòu)外墻的齡期的變形有約束，形成了外墻上的裂縫，這是結(jié)構(gòu)外墻產(chǎn)生縱向裂縫的原因之一。此外，疊合式墻體的施工縫、后澆帶、穿墻螺桿處等部位新舊混凝土在施工過程中處理不到位，也易產(chǎn)生裂縫。至于穿墻螺桿處的裂縫，是施工過程中穿墻螺桿的止水片焊接處理不到位，加之后期螺桿洞封堵時(shí)不到位所致。

2.2.2 材料的因素

混凝土的重要組成成分是水和水泥，通過膠凝材料形成。水越多，水泥含量越大，混凝土的收縮變形越大。本工程結(jié)構(gòu)外墻水泥用量較大，且商拌混凝土距離工程較遠(yuǎn)，坍落度設(shè)計(jì)較大，使混凝土的抗裂能力較低，導(dǎo)致在混凝土澆筑完成后產(chǎn)生水平裂縫。

2.2.3 設(shè)計(jì)原因

本工程地下室外墻長 120 m，寬 80 m，因混凝土的收縮應(yīng)力過大而產(chǎn)生裂縫，這類裂縫多為表面裂縫，經(jīng)過一段時(shí)間可以自愈。暗柱之間未設(shè)混凝土墻體，減弱了墻體間的整體剛度，產(chǎn)生了部分的縱向裂縫。此外，本工程結(jié)構(gòu)外墻厚度為 500 mm，但設(shè)計(jì)配筋僅兩層，墻體中間約 400 mm 為素混凝土，與規(guī)范要求存在差距。眾所周知，鋼筋對(duì)提升鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂性能意義重大，但本工程結(jié)構(gòu)外墻內(nèi)部約 400 mm 為素混凝土，內(nèi)部變形遠(yuǎn)超過結(jié)構(gòu)外墻表側(cè)變形，內(nèi)外變形交接處應(yīng)力集中，這是導(dǎo)致外墻裂縫的重要原因之一。

2.2.4 施工原因

施工工序安排未盡合理，沒有配備充分的機(jī)具和檢查人員。首先，在混凝土澆筑過程中，曾出現(xiàn)材料供應(yīng)中斷現(xiàn)象，導(dǎo)致部分混凝土澆筑間隔時(shí)間較長，接茬處處理不當(dāng)，形成冷縫。其次，部分鋼筋保護(hù)層厚度不足及混凝土的養(yǎng)護(hù)未到齡期，是裂縫產(chǎn)生的重要原因之一。再次，由于施工較快，部分外墻混凝土養(yǎng)護(hù)齡期未到便拆除模板，外墻表面直接暴露在外，外墻變形尚未穩(wěn)定，內(nèi)外應(yīng)力差異，導(dǎo)致表面出現(xiàn)裂縫。

2.2.5 其他原因

地下室結(jié)構(gòu)外墻出現(xiàn)裂縫的原因還包括外墻與地下連續(xù)墻沉降差異等。由于地下室結(jié)構(gòu)外墻施工于 2016 年 7 月中旬才開始，而圍護(hù)結(jié)構(gòu)的地下連續(xù)墻早在同年 4 月前完成，地下連續(xù)墻的變形沉降已趨于穩(wěn)定，而地下室結(jié)構(gòu)外墻仍處于變形狀態(tài)，極易導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。

3 裂縫防治對(duì)策

混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫在一定程度上是無法避免的，但將裂縫控制在無害范圍內(nèi)的可行性還是很大的。王鐵夢(mèng)專家在混凝土裂縫控制方面提出了“抗放兼施，以抗為主”的應(yīng)對(duì)措施[1]。所謂“抗”，就是對(duì)地下室外墻提前施加預(yù)應(yīng)力，施加的預(yù)應(yīng)力與內(nèi)部的混凝土的應(yīng)力變形相互抵消，從而增強(qiáng)混凝土的抗裂性能，減少混凝土裂縫的發(fā)生概率。所謂“放”，就是將施工區(qū)域分成若干倉塊，實(shí)施分區(qū)施工，以釋放混凝土前期收縮等應(yīng)力，取消全部或部分后澆帶，減少因后澆帶而產(chǎn)生的裂縫問題?？梢哉f，“抗放兼施，以抗為主”對(duì)裂縫的控制起到了積極作用?；炷两Y(jié)構(gòu)是帶縫工作的結(jié)構(gòu)，引起裂縫的外因有兩種，一種是外荷載，另一種是約束變形[2]。筆者結(jié)合本工程的特點(diǎn)，從設(shè)計(jì)、施工及管理等方面提出以下裂縫防治對(duì)策。

3.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)

（1）加強(qiáng)鋼筋配置構(gòu)造?；炷恋目估阅苤饕獊碜杂阡摻畹呐渲?，控制一定的適筋率能有效減少裂縫的產(chǎn)生。對(duì)于本工程而言，外墻厚 500 mm，設(shè)計(jì)僅設(shè)雙排構(gòu)造筋，內(nèi)部 400 mm 為素混凝土，混凝土內(nèi)部收縮等應(yīng)力遠(yuǎn)大于外部，建議在地下室外墻的表面加上抗裂鋼筋網(wǎng)片，以提高外表面的抗裂性能。此外，在結(jié)構(gòu)的預(yù)留洞口、截面突變部位增加附加筋，如預(yù)留洞口在墻、板位置，應(yīng)在洞口角部加抗裂筋，以增加混凝土的抗裂性能，減少裂縫發(fā)生的可能性。

（2）補(bǔ)償混凝土?；炷亮芽p大多來源于混凝土自身的收縮裂縫，利用等效荷載的概念，對(duì)于收縮裂縫可在混凝土中加入適量的膨脹劑來補(bǔ)償初期混凝土的收縮帶來的變化。經(jīng)過大量的工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)償法對(duì)工程實(shí)際效果較好，尤其對(duì)樓板、外墻中的應(yīng)用效果極好。補(bǔ)償混凝土的指標(biāo)如表 1 所示。

表 1 補(bǔ)償混凝土性能指標(biāo)

（3）實(shí)施分倉技術(shù)。依據(jù)專家王鐵夢(mèng)“抗放兼施，以抗為主”的原則，將結(jié)構(gòu)外墻分為若干區(qū)塊，取消大部分后澆帶，采取“隔一跳一”措施，即至少隔一個(gè)倉塊跳倉或封倉施工，將分倉縫適當(dāng)錯(cuò)開，最大塊尺寸應(yīng)≤40 m，以減少因后澆帶而產(chǎn)生的裂縫情況。

（4）使用防水材料（膨潤土防水毯）。在結(jié)構(gòu)外墻與地連墻兩墻之間使用膨潤土防水毯。膨潤土防水毯相比于普通防水材料，防水變形能力更強(qiáng)，對(duì)適應(yīng)外墻與地連墻不均勻沉降的效果更好，在減少因不均勻沉降帶來的部分裂縫的同時(shí)，可減少地下連續(xù)墻對(duì)結(jié)構(gòu)外墻變形的影響。

3.2 施工措施

（1）對(duì)于疊合墻體來說，外墻施工時(shí)可采用外貼碳纖維布的方式加固[3]，以提高外墻的抗裂性能。另外，現(xiàn)場施工時(shí)在滿足設(shè)計(jì)及現(xiàn)場施工需要的前提下，優(yōu)化施工工藝，盡量避免使用早強(qiáng)混凝土。在混凝土澆筑成型初期，早強(qiáng)混凝土水化熱較大，容易造成混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外部溫差較大，一定程度上對(duì)混凝土的表面造成太大的應(yīng)力差，繼而產(chǎn)生裂縫。

（2）由于含泥量較高的混凝土和易性較差，因而要優(yōu)選含泥量較少的砂、石等原材料。

（3）選擇適宜的外加劑可降低混凝土的水化熱，減少水泥用量，在一定程度上還能降低材料成本。對(duì)于抗裂要求較高的混凝土，還應(yīng)按抗裂性試驗(yàn)和評(píng)價(jià)方法選擇材料[4]。

3.3 加強(qiáng)施工管理

精細(xì)化管理對(duì)工程質(zhì)量具有重要作用。在現(xiàn)場施工中，應(yīng)針對(duì)裂縫問題制定合理的施工方案，合理安排施工進(jìn)度，避免施工過程中因過量追求進(jìn)度而忽略質(zhì)量問題。后期若在現(xiàn)場施工中發(fā)現(xiàn)有少量裂痕，應(yīng)分階段采取注漿等措施予以封堵?，F(xiàn)場施工過程中不難發(fā)現(xiàn)，哪怕設(shè)計(jì)單位和材料供應(yīng)單位都相同，只要施工單位不同，裂縫情況就會(huì)有所差異。由于裂縫的出現(xiàn)具有典型的離散性和隨機(jī)性，因此在施工前，施工單位應(yīng)針對(duì)裂縫制訂相應(yīng)計(jì)劃及方案，后期現(xiàn)場施工必須嚴(yán)格按方案實(shí)施，并做好施工后的現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)工作，以減少因施工不當(dāng)而產(chǎn)生的工程裂縫。

4 結(jié) 語

裂縫問題作為建設(shè)工程的一項(xiàng)質(zhì)量通病，長期困擾著工程師們。特別對(duì)于有害裂縫，一旦處理不當(dāng)會(huì)直接影響建筑物的使用功能，甚至對(duì)工程的安全造成巨大影響。開展裂縫成因分析和研究并提出防治對(duì)策，對(duì)于提升工程質(zhì)量具有重大意義。

疊合式外墻結(jié)構(gòu)能充分發(fā)揮圍護(hù)作用，與地下連續(xù)墻一起共同承受水、土壓力及抗浮力；利用混凝土自防水能力，減少外墻防水層，在節(jié)約投資上效果明顯。不過，疊合式地下室外墻質(zhì)量受到設(shè)計(jì)、施工、材料、管理等因素的綜合影響，容易出現(xiàn)較多有害的裂縫，嚴(yán)重影響地下室的使用功能，且后期運(yùn)營維保成本較高。本文從設(shè)計(jì)缺陷、粗放的施工管理等角度，探討了疊合式地下室外墻裂縫產(chǎn)生的原因；進(jìn)而結(jié)合實(shí)際工程案例，從設(shè)計(jì)、混凝土原材料選用以及施工管理等方面提出了裂縫的防治對(duì)策。