0引言

 

　　随着高层建筑地下室和城市地下大型基础设施建设的兴起，明挖基坑地下室外墙普遍出现竖向裂纹，严重影响建筑外观质量、使用功能和结构安全，也引发了建设各方对此类问题可能引发的质量隐患的担忧，分析出现此类问题的直接原因、以便评估对使用功能和结构安全危害大小以及如何避免此类问题的发生有着重要的意义。

 

　　高层建筑及一般都设置地下室，是人防工程重要的结构主体，有设备安装、仓储、停车等综合用途，地下室四周的外墙承载着整个结构物的上部荷载，可增大结构抗倾覆的能力，同时具有挡土、防水的功能。在明挖基坑施工地下室时，墙体普遍存在竖向或斜向发展的裂缝，对地下结构物的使用功能和结构安全削弱是非常严重的，形成很难补救的使用功能和安全方面的缺陷，经济损失难以估量。

 

　　本文在系统分析了这类问题的各种不利因素，找出主要影响因素，通过工程实例计算验证了这种分析的准确性，并提出了可行的解决措施和方法，为避免此类问题提出设计、施工方面的建议和可借鉴的经验。

 

　　1原因分析

 

　　对于明挖基坑地下室外墙出现裂缝的问题，有一些可供借鉴的研究和著作[1]，但主要集中在事后对裂缝的处理，或仅针对大体积砼温度控制和对砼质量控制等理论方面进行论述，缺乏有效的措施和适用的方法，无法彻底预防和根治这类通病。例如地下结构使用高标号的混凝土，水泥用量和水化热大，出现裂缝的可能性相应要大；采用泵送混凝土、改善混凝土性能，水灰比较大，混凝土表面水分蒸发会引起干缩裂缝；理论上的结构设计与可实现的施工工艺难免会存在偏差，振捣不均匀或过度振捣引起混凝土局部离析、骨料集中等现象、钢筋保护层厚度不均匀现象也会引起表面裂缝。在这些错综复杂的外界环境影响下，引起出现问题的内在因素都与内力有关，所以应该尝试从内应力方面寻找起作用的主要原因。

 

　　1.1温度应力

 

　　地下室外墙要承受上部构造物及侧向土压力，砼设计强度等级较高，水泥等胶凝材料用量大，砼浇筑后内外温差大，产生一定的温度应力，当此时的温度应力大于同期砼的抗拉强度时，必然会出现表面裂缝。

 

　　1.2收缩应力

 

　　砼结构拆模后养护不及时，表面降温及失水过快，而降温收缩变形受到地基基础的约束，这种降温收缩也可等效为降温差引起的温度应力，若以上两种应力之和大于此时砼的抗拉强度，同样会出现自约束端向外辐射的结构裂缝，且可能是贯穿墙身的。

 

　　2工程实例

 

　　通过对3处正在施工的同类项目进行走访调查，发现类似项目地下室外墙拆模后出现不同程度的裂纹的现象普遍存在，裂纹形状、间距、部位都大体一致，都是高层建筑地下室外墙，有的内墙也存在，对结构强度和使用功能有很大的质量隐患。

 

　　某高层建筑地下两层，地上3幢独立式31层塔楼，两层地下室连通，水平投影面积2700m2。地下室外墙混凝土C50P6级，厚度30cm，竖向配筋Ф10@200双层，横向配筋Ф12@200，地下室内外墙、顶板采用整层连续浇筑，设置两道后浇带，墙体最长连续段75m。

 

　　地下室外墙拆模养护至20多天时，发现有竖向的裂缝（图1，图2），间距5～7m不等，在认真分析并排除了各种不利因素后，确认最大的问题在于地下室外墙在拆模后，尽管及时养护，但墙体根部变形受到筏板基础的约束，而墙体快速降温，大量失水而产生应力，导致墙体出现竖向裂纹。

 

　　（图1）（图2）

 

　　3理论计算

 

　　为了验证以上分析判断的正确性，下面通过计算确定混凝土在浇筑后的内应力[2]。

 

　　3.1应力计算

 

　　（3-1）

 

　　根据经验资料，把砼浇筑后的15d作为砼开裂的危险期进行验算

 

　　E（t）--各龄期砼弹性模量，E（15）=2.5×104N/mm2

 

　　α--混凝土线膨胀系数1×10-5/℃

 

　　ΔT（t）--各龄期混凝土最大综合温差，取38℃

 

　　μ--砼泊松比，取0.15

 

　　Rk--外约束系数，取0.4

 

　　Sh（t）--各龄期砼松弛系数，取0.411

 

　　计算得=1.84Mpa

 

　　3.2验算抗裂度是否满足要求

 

　　（3-2）

 

　　fct--C40砼浇筑后28天抗拉强度设计值fct=2.39Mpa

 

　　同条件龄期15天抗拉强度设计值达28天强度的75%

 

　　抗裂度应满足K1.15，而计算结果表明温度和收缩引起的内应力大于同龄期砼的抗拉强度，必然会出现裂缝，所以抗裂度不满足要求。

 

　　3.3伸缩缝间距设置

 

　　Lmax=（3-3）

 

　　式中Lmax—板或墙允许最大伸缩缝间距；

 

　　—板厚或墙高的计算厚度或计算高度，本例墙高取3.8m

 

　　—底板或长墙的混凝土弹性模量，C50混凝土取3.45×104，15d的计算弹性模量为2.56×104；

 

　　—反映地基对结构约束程度的地基水平阻力系数，取1.5

 

　　—混凝土或钢筋混凝土的线膨胀系数，取10×10-6；一般以降温与收缩共同作用为最不利状态，在公式中取绝对值；

 

　　—混凝土的极限变形值，=12×10-5（3-4）

 

　　计算得Lmax=8.9m

 

　　根据计算结果得知：在不采取其它降温、增加约束的情况下，例中的砼外墙不产生裂缝的最长连续段为8.9m。

 

　　4解决问题的方法和措施

 

　　从以上分析可以看出，只有合理分割施工单元，即合理设置施工缝，及时分散和释放由于温度、水分急剧改变引起的应力聚集，才能从根本上避免裂缝的出现，而这又与设计抗渗要求不允许随意留置施工缝相违背。为了解决这一难题，我们借鉴了地下砼连续墙的施工方法，地下砼连续墙的接头种类大致分为圆管法（图3）、工字钢法（图4），这两种方法都是为连续墙分段施工提供工艺保障，优点是工艺简单、易操作，且地下连续墙能形成流水施工，加快进度。但缺点是结构钢筋在接头处断开，不利于结构侧向受力。

 

　　（图3）（图4）

 

　　（图5）

 

　　通过对以上几种方法的研究，我们采用改进型的橡胶堵头衔接方式（图5），中间镶嵌止水钢板或橡胶止水带，在橡胶堵头上按墙身水平钢筋分布打孔，保证墙身钢筋连续，假设墙身厚度30cm，那么这种接头的止水路径S=2×（5+20）=50cm，比30cm的墙身厚度相比增加了67%，止水功能有很大程度的提高。在实际使用时，按外墙厚度定制了一块橡胶堵头，截面形状如（图5）所示，长度按墙身高度，这种堵头安装简便，有一定的刚度和韧性，在侧模的挤压下，确保不漏浆，砼浇筑后，脱模也比用钢模或木模省力、顺利，且能周转使用。

 

　　在经过反复实践和改进后，其它采用分段浇筑的地下室连续长墙，拆模后及时养护，未发生任何表面开裂的痕迹，施工缝接头无论从外观质量还是抗渗防水效果都得到了充分的验证。这种方法既解决了明挖基坑地下室外墙混凝土拆模后由于内力集中导致墙身开裂的问题，也消除了按一般方法设置施工缝后带来的墙身渗水质量隐患，同时给地下室外墙留置施工缝提供了一种可靠的施工工艺和方法，即在砼不能连续浇筑、分段流水施工等需要留置施工缝的部位也能方便施工，同时适用于水下灌注砼和大开挖后的外墙施工，从施工经济、适用、方便、可靠性等方面都达到了预期的效果。

 

　　5建议

 

　　5.1科学地选用材料配比，用较低的水灰比、水和水泥用量[3]，配制高性能混凝土。

 

　　5.2选择适宜的外加剂，可减少收缩，特别是早期收缩[4]，外加剂可改善和易性，提高工作性及流动性，利于泵送，还能推迟水化热的峰值期。

 

　　5.3合理设置施工缝，以减少外约束力和温度应力，同时也有利于散热，降低砼的内部温度。

 

　　5.4施工前编制详尽的施工方案进行热工计算，准确计算混凝土拌和温度、混凝土出机温度、混凝土绝热温升、混凝土内部实际温度、混凝土表面温度及混凝土内部与表面温差，有利于选取适宜的施工工艺，制定综合抗裂措施[5]，以保证混凝土结构的工程质量。

 

　　6结语

 

　　由于地下结构物对抗渗的特殊要求，所以设计要求尽量避免留置施工缝，施工时由于工艺复杂些也不愿留置施工缝，都忽略了环境因素变化导致出现有害裂缝的必然规律，设想与实际情况适得其反，给结构安全和使用功能留下了隐患。本文从客观实际出发，采取理论计算与工程实例结合的方法分析原因，提出了解决问题的方法和措施，经实践检验达到了很好的控制效果。

 

　　参考文献：

 

　　[1]薛宝军.浅析混凝土裂缝产生的原因及防治措施[J].山西建筑，2003（12）：64-65

 

　　布来刚.浅谈地下室连续墙裂缝成因与防治措施.城市建设理论研究，2012：73-74

 

　　冶金工业部建筑研究总院.块体基础大体积砼施工技术规程[s]北京：冶金工业出版社，1991

 

　　林勇华.地下室外墙混凝土开裂的原因分析及质量控制措施中国建筑金属结构，2013（4）：166-167

 

　　杨晓明.地下室外墙裂缝成因及控制措施设计广西城镇建筑，2009（8）：75-78

 

　　周小强.地下室外墙裂缝预估与控制建筑技术，2005（4）：268-271

 

　　陈力.地下室外墙施工技术改进方法及裂缝控制措施的研究商品混凝土，2013（5）：79-80

 

　　赵娟.钢筋混凝土地下室外墙施工阶段的裂缝分析与控制长安大学硕士学位论文，2010（5）

 

　　朱圣妤.高层建筑地下室外墙施工期温度裂缝产生机理及控制措施结构工程师，2006（6）：88-91

 

　　[2]汪正荣.建筑施工计算手册[M]北京：中国建筑工业出版社，2001年：644-680

 

　　[3]王铁梦.工程结构裂缝控制[M]北京：中国建筑工业出版社，2002年：185-187

 

　　[4]王铁梦.王铁梦教授谈控制混凝土工程收缩裂缝的18个主要因素[j]上海：《混凝土》期刊2003年第11期：65-71

 

　　[5]中国冶金建筑协会.大体积混凝土施工技术规范（GBT50496-2009）[s]2009年：16-17