莊燕如

（閩南理工學(xué)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(jīng)常會(huì)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(gòu)成45°～60°的傾斜裂縫，垂直裂縫的產(chǎn)生與墻體混凝土冷卻降溫過快有關(guān)，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(guān)。一般而言，地下室剪力墻混凝土強(qiáng)度等級(jí)越高，其產(chǎn)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(jì)60年代，在建筑工程領(lǐng)域出現(xiàn)了多種用于混凝土試驗(yàn)研究的機(jī)械設(shè)備，如透視X光設(shè)備、微觀顯微鏡、超聲儀器等，借助這些試驗(yàn)探測(cè)設(shè)備，工程技術(shù)人員可以及時(shí)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(chǎn)生裂縫，這也表明裂縫是普遍存在于混凝土結(jié)構(gòu)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(duì)混凝土結(jié)構(gòu)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(huì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)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(chǎn)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(jié)構(gòu)、溫度變化產(chǎn)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(jié)構(gòu)因受到荷載直接作用，所受應(yīng)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(jié)構(gòu)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(shí)間的遷移，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，上部為磚砌墻體，在建成之后的兩年時(shí)間里，地下室鋼筋混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)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(gè)建筑結(jié)構(gòu)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(jié)出地下室剪力墻混凝土結(jié)構(gòu)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(gè)墻體高度，豎直寬度特點(diǎn)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(huì)出現(xiàn)，裂縫寬度也會(huì)逐漸加大，并趨于穩(wěn)定［4］。

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

2 地下室剪力墻豎向裂縫的形成機(jī)制分析

通過上文分析可以看出，導(dǎo)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(chǎn)生，就要準(zhǔn)確判斷裂縫產(chǎn)生的原因。通過大量的工程實(shí)踐可以得知，溫度、濕度、不均勻沉降是導(dǎo)致豎向裂縫產(chǎn)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(duì)于地下室剪力墻這種大體積混凝土結(jié)構(gòu)而言，水泥水化反應(yīng)所產(chǎn)生的水化熱會(huì)導(dǎo)致混凝土溫度升高。由于混凝土內(nèi)部的導(dǎo)熱條件不同，就會(huì)產(chǎn)生內(nèi)外溫差，當(dāng)溫差達(dá)到一定的界限時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)就會(huì)產(chǎn)生溫度裂縫。此外，混凝土失水也會(huì)導(dǎo)致自結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度收縮、干燥收縮、塑性收縮，這些混凝土結(jié)構(gòu)本身產(chǎn)生的收縮會(huì)因應(yīng)力疊加效應(yīng)加劇混凝土結(jié)構(gòu)豎向裂縫的發(fā)展和擴(kuò)大［6］。

文中將以溫度應(yīng)力為例分析地下室剪力墻豎向裂縫的具體形成機(jī)制。在施工階段，剪力墻混凝土結(jié)構(gòu)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(chǎn)生的收縮變形會(huì)產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)形成豎向裂縫，溫差應(yīng)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(dāng)剪力墻混凝土結(jié)構(gòu)的水泥用量較大時(shí)，墻體內(nèi)部溫度就會(huì)明顯升高，但是升高幅度要小于大體積混凝土，由于墻體內(nèi)外兩側(cè)都會(huì)散熱，因此，大體積混凝土的降溫速率小于墻體降溫速率，當(dāng)混凝土所承受的拉應(yīng)力超過極限抗拉強(qiáng)度時(shí)就會(huì)產(chǎn)生裂縫。由于墻體收縮與地面是平行的，因此，裂縫便會(huì)垂直于地面分布，也就是產(chǎn)生豎向裂縫。在散熱過程中，墻體的降溫幅度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于底面和頂面，這樣就會(huì)形成中間大兩端小直至消失的垂直裂縫［7－8］。不同型號(hào)混凝土產(chǎn)生豎向裂縫的過程也不同，對(duì)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(chǎn)生豎向裂縫，但是當(dāng)遇到外界天氣變化時(shí)，如在混凝土澆筑完成后遇降雨、刮風(fēng)等天氣，墻體混凝土降溫速率就會(huì)增大，此時(shí)仍然會(huì)出現(xiàn)豎向裂縫，但是這種情況下產(chǎn)生的豎向裂縫間距較大。對(duì)于采用C50和C60兩種型號(hào)混凝土的剪力墻墻體而言，由于水泥水化熱效應(yīng)更加明顯，墻體內(nèi)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(jié)構(gòu)就會(huì)產(chǎn)生收縮，多種因素的疊加就會(huì)增加豎向裂縫的發(fā)生幾率，可見，高強(qiáng)度等級(jí)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(jié)構(gòu)為連續(xù)剪力墻，商品混凝土采用C40P6，混凝土型號(hào)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(zhì)分析

地下室剪力墻混凝土結(jié)構(gòu)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(shì)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(jié)果可以看出，此次產(chǎn)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(chǎn)生原因分析

結(jié)合施工工藝可以總結(jié)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(qiáng)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(huì)逐漸增大，待入模成型后，混凝土中的部分水分會(huì)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(huì)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(guān)，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(nèi)部溫度變化也會(huì)導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生，通過實(shí)際測(cè)定得知，混凝土在攪拌機(jī)中出斗之后就會(huì)產(chǎn)生水化熱，成型之后的3～4d水化熱達(dá)到高峰，溫度也升到最高，半個(gè)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(nèi)部的熱量無法散發(fā)就會(huì)導(dǎo)致內(nèi)外溫差加大，直至混凝土表面產(chǎn)生裂縫。

3.3.2 強(qiáng)約束

強(qiáng)約束指對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)和變形產(chǎn)生的制約，分為內(nèi)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(jié)構(gòu)，內(nèi)部約束包括混凝土墻內(nèi)配筋對(duì)混凝土構(gòu)件收縮變形產(chǎn)生的約束，墻內(nèi)暗柱、暗梁對(duì)墻板收縮變形產(chǎn)生的約束、墻端與墻中產(chǎn)生的相互約束等。

3.3.3 建筑體型變化

當(dāng)建筑的體型復(fù)雜、地基不均勻或結(jié)構(gòu)不合理時(shí)，建筑物會(huì)產(chǎn)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(yīng)力，一般為彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力，當(dāng)這些附加應(yīng)力大于墻體自身抵抗強(qiáng)度時(shí)，就容易產(chǎn)生裂縫。

3.4 豎向裂縫的防護(hù)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(hào)的混凝土墻體更易產(chǎn)生豎向裂縫。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，應(yīng)當(dāng)采用細(xì)密的水平構(gòu)造鋼筋，或在鋼筋外側(cè)加掛鋼絲網(wǎng)，摻入有機(jī)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(yīng)當(dāng)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(dá)到峰值后采取保溫措施，在溫度差小于25℃時(shí)再進(jìn)行拆模施工。

2）對(duì)于其他等級(jí)強(qiáng)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(hù)和拆模時(shí)間，在晝夜溫差較大的地區(qū)，應(yīng)當(dāng)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(jìn)行拆模，陰雨天氣要適當(dāng)將拆模時(shí)間延后，并盡量在白天拆模，拆模后澆水養(yǎng)護(hù)一周。

4 結(jié) 語

地下室墻面裂縫滲漏已成為地下室工程質(zhì)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(huì)導(dǎo)致地下積水滲透進(jìn)墻體，加快鋼筋銹蝕速度，嚴(yán)重影響建筑結(jié)構(gòu)的安全性。文中結(jié)合多年以來的工程實(shí)踐具體分析了地下室剪力墻豎向裂縫產(chǎn)生的原因，并結(jié)合工程案例分析其產(chǎn)生機(jī)制及可行性防護(hù)措施，以期為地下室墻體的工程勘察、設(shè)計(jì)施工、后期維護(hù)提供參考資料。

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