莊燕如

（閩南理工學院 土木工程系，福建 泉州 362000）

0 引 言

在高層建筑地下室剪力墻施工過程中，經常會出現(xiàn)一些豎向的二類裂縫，這些裂縫大都垂直于地面裂縫或構成45°～60°的傾斜裂縫，垂直裂縫的產生與墻體混凝土冷卻降溫過快有關，而傾斜裂縫則與混凝土拌合物粘度過大、澆筑高度過高、振搗不足有關。一般而言，地下室剪力墻混凝土強度等級越高，其產生裂縫的幾率也就越大。

1 地下室剪力墻豎向裂縫的種類和分布狀態(tài)

1.1 豎向裂縫的種類

上世紀60年代，在建筑工程領域出現(xiàn)了多種用于混凝土試驗研究的機械設備，如透視X光設備、微觀顯微鏡、超聲儀器等，借助這些試驗探測設備，工程技術人員可以及時發(fā)現(xiàn)混凝土建筑存在的裂縫，而且研究發(fā)現(xiàn)混凝土在承受荷載之前就已產生裂縫，這也表明裂縫是普遍存在于混凝土結構中的。從裂縫規(guī)模的角度，豎向裂縫可以分為微觀豎向裂縫和宏觀豎向裂縫，前者一般是肉眼不可見的微小裂縫，對混凝土結構的穩(wěn)定性基本沒有影響，屬于無害裂縫，后者則是肉眼可見的較大裂縫，這類裂縫會對混凝土結構的承載能力和使用性能造成較大影響，屬于有害裂縫［1］。從產生原因的角度分析，豎向裂縫可以分為荷載豎向裂縫、溫度收縮豎向裂縫等因結構、溫度變化產生的裂縫，具體分類如圖1所示。

圖1 混凝土豎向裂縫分類

其中，荷載豎向裂縫指混凝土結構因受到荷載直接作用，所受應力超出混凝土抗拉極限所出現(xiàn)的豎向裂縫，這也是地下室剪力墻混凝土結構中最常出現(xiàn)的豎向裂縫類型之一。

1.2 豎向裂縫的分布狀態(tài)

隨著時間的遷移，鋼筋混凝土結構逐漸出現(xiàn)各種豎向裂縫，如上海某油泵房的地下室部分為現(xiàn)澆結構，上部為磚砌墻體，在建成之后的兩年時間里，地下室鋼筋混凝土現(xiàn)澆結構共出現(xiàn)16條豎向裂縫，而且大多數(shù)為垂直于地面的垂直裂縫，最大的裂縫間距超過5cm，給整個建筑結構的安全性造成重大威脅［2－3］。通過分析現(xiàn)有工程的裂縫狀況可以總結出地下室剪力墻混凝土結構豎向裂縫的分布狀態(tài)：

1）大多數(shù)豎向裂縫的長度都接近于整個墻體高度，豎直寬度特點為中間大兩邊小，屬于貫穿型裂縫。

2）裂縫數(shù)量較多，但寬度一般不超過1mm，在0.2～0.8mm之間。

3）豎向裂縫主要分布在沿剪力墻長度方向的中間部位，兩端較少，特殊部位的裂縫一般為傾斜裂縫，與地面呈45°。

4）裂縫在拆模后不久就會出現(xiàn)，裂縫寬度也會逐漸加大，并趨于穩(wěn)定［4］。

5）地下室回填后，當?shù)叵滤怀^裂縫高度時，裂縫處就會出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，反之，裂縫就會逐漸自愈。

2 地下室剪力墻豎向裂縫的形成機制分析

通過上文分析可以看出，導致豎向裂縫出現(xiàn)的原因較多，豎向裂縫的表現(xiàn)形式也較多，要想從根本上防止豎向裂縫的產生，就要準確判斷裂縫產生的原因。通過大量的工程實踐可以得知，溫度、濕度、不均勻沉降是導致豎向裂縫產生的主要原因，約有80%的豎向裂縫是由上述因素引起的［5］。對于地下室剪力墻這種大體積混凝土結構而言，水泥水化反應所產生的水化熱會導致混凝土溫度升高。由于混凝土內部的導熱條件不同，就會產生內外溫差，當溫差達到一定的界限時，混凝土結構就會產生溫度裂縫。此外，混凝土失水也會導致自結構產生溫度收縮、干燥收縮、塑性收縮，這些混凝土結構本身產生的收縮會因應力疊加效應加劇混凝土結構豎向裂縫的發(fā)展和擴大［6］。

文中將以溫度應力為例分析地下室剪力墻豎向裂縫的具體形成機制。在施工階段，剪力墻混凝土結構尚未受到外界荷載的影響，在自約束條件的影響下，其自身產生的收縮變形會產生一定的拉應力，當拉應力超過混凝土的極限抗拉強度時，就會形成豎向裂縫，溫差應力可以表述為：

式中：T——絕熱溫升；

Q——膠凝材料水化熱，kJ／kg；

W——膠凝材料總量，kg／m3；

C——混凝土比熱容，kJ／（kg·℃）；

ρ——混凝土密度，kg／m3；

m——系數(shù)；

t——齡期。

當剪力墻混凝土結構的水泥用量較大時，墻體內部溫度就會明顯升高，但是升高幅度要小于大體積混凝土，由于墻體內外兩側都會散熱，因此，大體積混凝土的降溫速率小于墻體降溫速率，當混凝土所承受的拉應力超過極限抗拉強度時就會產生裂縫。由于墻體收縮與地面是平行的，因此，裂縫便會垂直于地面分布，也就是產生豎向裂縫。在散熱過程中，墻體的降溫幅度要遠遠大于底面和頂面，這樣就會形成中間大兩端小直至消失的垂直裂縫［7－8］。不同型號混凝土產生豎向裂縫的過程也不同，對于C30混凝土而言，由于水泥用量較少，墻體溫度較低，一般不易產生豎向裂縫，但是當遇到外界天氣變化時，如在混凝土澆筑完成后遇降雨、刮風等天氣，墻體混凝土降溫速率就會增大，此時仍然會出現(xiàn)豎向裂縫，但是這種情況下產生的豎向裂縫間距較大。對于采用C50和C60兩種型號混凝土的剪力墻墻體而言，由于水泥水化熱效應更加明顯，墻體內部溫度較高，降溫速率大，受到混凝土自身水膠比較小的影響，混凝土結構就會產生收縮，多種因素的疊加就會增加豎向裂縫的發(fā)生幾率，可見，高強度等級的混凝土墻體更易出現(xiàn)豎向裂縫。

3 工程案例分析

3.1 工程概況

某小區(qū)13＃樓地下室長寬高為62.7m×50.5m×3.9m，柱間距為4.0～6.5m，剪力墻厚度為300mm，剪力墻混凝土結構為連續(xù)剪力墻，商品混凝土采用C40P6，混凝土型號為C60，涉及的施工工藝有剪力墻、底板、頂板澆筑。

3.2 地下室剪力墻豎向裂縫性質分析

地下室剪力墻混凝土結構外模于2014年11月份開始大規(guī)模拆模，拆模第3天發(fā)現(xiàn)裂縫，通過觀察發(fā)現(xiàn)裂縫走勢為自上而下垂直分布，裂縫寬度在0.1～0.2mm左右，柱邊分布有一條較大裂縫。綜合觀察結果可以看出，此次產生的豎向裂縫主要為豎向貫穿性裂縫，主要分布在墻體表面，深度不大，并在拆模后不久出現(xiàn)，由上而下與地面接近垂直。

3.3 裂縫產生原因分析

結合施工工藝可以總結造成13＃樓地下室剪力墻豎向貫穿性裂縫的原因可能有：混凝土收縮、強約束、建筑體型變化等。

3.3.1 混凝土收縮

在混凝土的制備過程中，水泥和摻合料在拌合后體積會逐漸增大，待入模成型后，混凝土中的部分水分會在混凝土水化作用的影響下被蒸發(fā)掉，混凝土的體積就會逐漸縮小，就是發(fā)生干縮?；炷恋母煽s量與水泥用量和水灰比有關，一般來講，混凝土的水泥用量越多，水灰比越小，混凝土干縮率就越大。除了干縮外，混凝土內部溫度變化也會導致裂縫的產生，通過實際測定得知，混凝土在攪拌機中出斗之后就會產生水化熱，成型之后的3～4d水化熱達到高峰，溫度也升到最高，半個月之后混凝土的溫度逐漸下降直至接近外界環(huán)境溫度。連接地下室剪力墻的框架柱斷面長度一般在1m以上，屬于大體積混凝土，水化熱更高，混凝土內部的熱量無法散發(fā)就會導致內外溫差加大，直至混凝土表面產生裂縫。

3.3.2 強約束

強約束指對混凝土結構和變形產生的制約，分為內部約束和外部約束兩種形式，該建筑地下室連續(xù)剪力墻屬于超靜定結構，內部約束包括混凝土墻內配筋對混凝土構件收縮變形產生的約束，墻內暗柱、暗梁對墻板收縮變形產生的約束、墻端與墻中產生的相互約束等。

3.3.3 建筑體型變化

當建筑的體型復雜、地基不均勻或結構不合理時，建筑物會產生不均勻沉降，從而使建筑物發(fā)生整體變形，墻體出現(xiàn)附加的應力，一般為彎曲應力和剪應力，當這些附加應力大于墻體自身抵抗強度時，就容易產生裂縫。

3.4 豎向裂縫的防護措施

1）該工程采用的是C60混凝土，通過上文分析可以看出，該型號的混凝土墻體更易產生豎向裂縫。因此，在結構設計方面，應當采用細密的水平構造鋼筋，或在鋼筋外側加掛鋼絲網，摻入有機纖維鞏固效果，在配合比優(yōu)化方面，要保證膠凝材料總量不超過550kg／m3，水泥用量不超過400kg／m3，水膠比大于0.3，并盡量提高粉煤灰的加入量。在施工方面，應當盡量采取必要的溫控措施，在升溫階段要保證散熱，通常待溫度達到峰值后采取保溫措施，在溫度差小于25℃時再進行拆模施工。

2）對于其他等級強度的混凝土剪力墻，要根據(jù)外界氣候變化確定合理的養(yǎng)護和拆模時間，在晝夜溫差較大的地區(qū)，應當在澆筑之后的第2天在模板外施加保溫氈，并在澆筑之后的3～4d進行拆模，陰雨天氣要適當將拆模時間延后，并盡量在白天拆模，拆模后澆水養(yǎng)護一周。

4 結 語

地下室墻面裂縫滲漏已成為地下室工程質量的通病，由于大部分剪力墻都位于地下水位以下，墻體一旦出現(xiàn)開裂現(xiàn)象就會導致地下積水滲透進墻體，加快鋼筋銹蝕速度，嚴重影響建筑結構的安全性。文中結合多年以來的工程實踐具體分析了地下室剪力墻豎向裂縫產生的原因，并結合工程案例分析其產生機制及可行性防護措施，以期為地下室墻體的工程勘察、設計施工、后期維護提供參考資料。

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