地下混凝土外墙裂缝产生原因及控制

[摘要] 结合工程实例分析地下钢筋混凝土外墙裂缝产生的原因、机理及其控制措施

[关键词] 地下室 混凝土 外墙 裂缝 措施

改革开放以来，我国土木工程建设日新月异，带有地下结构的多高层建筑越来越多。在大多数工程项目中，地下室单层面积往往较上部工程的单层面积更大，地下室外墙多为超长结构，而且混凝土强度等级较高，常常出现裂缝，影响防水效果及观感。如何有效地对裂缝进行预防和控制，提高地下室的使用功能，是众多工程技术人员多年来不断探讨研究的重要课题。

由本公司施工的旧城改造工程位于杨桥路东侧；由1#楼～4#楼组成，总建筑面积56936m2；地上18层，为钢筋混凝土框架-剪力墙结构；地下为一层连体地下室，建筑面积10478 m2；地下室外墙每段均超长，故如何控制外墙裂缝成为设计和施工的工作重点。

1 地下室外墙产生裂缝的危害

地下室外墙裂缝破坏了结构的整体性、耐久性和防水性，影响建筑物的正常使用。福州地区地下水位较高且地表水丰富，虽然在地下室周边回填时考虑了阻碍水压力的措施，但一般地下室外墙还是长期作用有一定的压力水。在地下室外墙开裂情况下，外墙防水性能势必受到影响，压力水也随之渗透，从而影响正常使用。更加危险的是，由于渗透水锈蚀钢筋，降低结构强度，从而缩短建筑物的使用寿命。

2 地下室外墙裂缝产生的原因

2.1混凝土本身的收缩

混凝土是由多种材料组成的非匀质材料，它具有较高的抗压强度、良好的耐久性，但抗拉强度低，抗变形能力差，易开裂。墙体混凝土在浇捣结束趋向稳定的过程中，由于混凝土水化热释放所引起的温度变化以及混凝土泌水蒸发等作用，导致混凝土收缩变形。地下室外墙裂缝由于墙体混凝土结构超长收缩变形较大，往往所产生的拉应力超过混凝土抗拉强度；同时，在水平方向由于收缩变形受到了先行完成的地下室底板结构的约束，阻碍墙体结构的自由收缩而引起的；所以地下室外墙长度越长，其收缩应力也越大，严重时会产生贯穿结构的有害裂缝。

2.2 设计

（1）混凝土的极限拉伸值与配筋有关，水平钢筋对混凝土墙体有十分明显的抗裂作用；其配筋应采取细而密的原则，一般采用8～14mm的钢筋，间距在100～150mm之间较合理。

（2）科学合理设置后浇带是将超长结构化整为零的技术措施。当地下室外墙超长时，其水平方向的应力相对较大。若混凝土整体一次性浇筑，较易产生竖向的应力裂缝。合理设置后浇带，从而减少同一时间内墙体的收缩变形，可使部分应力得以释放，防止收缩内应力集中引起墙体裂缝。根据«混凝土结构设计规范»GB50010-2002的规定，地下室外墙伸缩缝最大间距30m，而本工程最长边82m，中间只设一条后浇带。

2.3 温差

由于工程的特殊环境，施工过程中因水化热引起混凝土内外温差、昼夜温差、日晒后遭雨淋及拆模时间过早等原因形成温度应力引起裂缝。

2.4 地下室外墙的暴露时间

薄而长的地下室外墙对温度、湿度较为敏感，附加的温度应力会导致墙体开裂。设计时将地下室外墙按埋入土中或作为室内结构考虑，实际上，地下室结构完成，待混凝土强度等级达到设计要求后，需按设计图纸做完水泥基聚合物防水涂料和SBS防水卷材及保护衬墙后方可进行土方回填。地下室暴露时间越长，出现裂缝的机率就越大。

2.5 混凝土的施工质量

钢筋混凝土结构出现裂缝的原因有：（1）、原材料质量较差，如骨料级配不好、含泥量超标、使用高水化热水泥和混凝土塌落度过大；（2）、振捣不够密实（漏振或振捣时间不够）、养护不当等。（3）、使用商品混凝土和泵送技术，导致了混凝土收缩增加，加大裂缝出现的可能性。

2.6 表层素混凝土厚度

施工中，由于设计或构造原因混凝土表面厚度偏大，导致混凝土开裂。

2.7养护

地下室外墙为竖向构件，靠浇水较难保持表面湿润，因此，措施不到位或养护不及时，混凝土表面极易出现裂缝。

3 地下室外墙裂缝的主要特征

地下室外墙裂缝多表现为竖向裂缝，缝长与墙高相当，中间宽两端尖；裂缝数量较多；墙长的两端裂缝较少，大多集中在中间；裂缝出现的时间大多在拆模后不久，与环境温度变化有关；随着时间的推移，裂缝的数量将增多，但宽度一般不增加，其发展情况将与砼是否暴露在大气中和暴露时间长短有关。

当地下室土方回填后，常可见裂缝处有渗水现象，一般水量不大，而修补相当困难。

4 控制地下室外墙裂缝的基本思路

控制裂缝的产生要从两个方面入手，一是减小混凝土产生的收缩应力，二是增加混凝土结构抵抗收缩应力的能力。两者有机地结合，在设计和施工两方面采取相应的技术措施，即可有效地降低裂缝产生的可能性。

5 控制地下室外墙裂缝的技术措施

5.1 施工图纸优化

本工程设计外墙厚度有300mm和250mm两种，原设计水平钢筋分别为Ф14@200、Ф12@200，且设在竖向钢筋内侧。根据以上分析，将外墙水平钢筋设在外侧，并且将水平钢筋间距改为150，这样也提高了配筋率，从而加大钢筋对混凝土应变的约束，控制裂缝产生。

5.2 混凝土配合比优化

通过与混凝土搅拌站及其实验室密切配合，选用“炼石”牌P.O42.5水泥，通过优化配合比起到减少混凝土收缩、增强混凝土本身抵抗收缩应力的能力。措施如下：

（1）采取减少水泥用量的方法以降低水化热。大量的实验证明，水泥用量每增加10kg，水化热产生的温度也相应上升约1~1.20C。因此，控制水泥用量具有现实意义。

（2）在保证混凝土强度的前提下，选用优质粉煤灰外掺合料代替一定量的水泥，起到保证混凝土和易性的作用，又可减少水泥用量，降低混凝土水化热。本工程地下室外墙混凝土中粉煤灰掺量为水泥用量的20％。

（3）掺用水泥用量8％的AEA微膨胀剂。微膨胀剂可吸收部分水化热后发生化学反应，在混凝土中产生自应力使结构处于受压状态，以补偿混凝土的收缩，从而避免裂缝的产生，提高混凝土的抗渗和抗压能力。

（4）掺加省建筑科研所研制的TW缓凝减水剂，掺量为水泥用量0.3％。它可以减少水泥用量、延迟水化热释放速度及降低和推迟放热峰值。

5.3 施工技术优化

（1）在钢筋安装施工时，必须严格按照设计要求将保护层留设到位，避免由于保护层过大或过小，造成露筋或加剧混凝土裂缝的产生。

墙体水平钢筋连接采用焊接连接或搭接接头加构造点焊，避免钢筋接头伸缩，减少水平钢筋变形，从而加大对混凝土的约束。

（2）采用优化后的非泵送商品混凝土配合比，从根本上降低混凝土水泥浆的数量，从而保证混凝土墙板的密实度。

（3）控制混凝土入模温度。福州夏季炎热，在气温接近400C时，混凝土入模温度通常可达到600C左右，加剧了水化热产生时的温度上升。施工时，混凝土运输车停在荫影处，对斗车进行浇水降温。

（4）采用保温性能较好的18mm厚的大面积多层胶合板为模板，并拼缝严密，加固可靠，定位准确；并采用一次性对拉螺栓。

（5）混凝土的浇筑采用分层分段法，通过分层振捣使混凝土水化热能尽快散失。对浇筑后的混凝土进行二次振捣，增加混凝土的密实度，排除混凝土因泌水在粗骨料及水平钢筋下生成的水分和空隙，增强混凝土与钢筋的握裹力，可以提高混凝土抗压强度10%~20%，从而提高墙体抗裂能力。

（6）加强混凝土的养护。混凝土中只有约20%的水分是水泥水化所必须的，其余的80%都要被蒸发，多余水分的蒸发是引起混凝土体积收缩的主要原因之一。若能在混凝土强度稳定前饱水养护，保证这部分水分不散失，则当强度达到后，水分蒸发所引起的收缩作用将大大减小。因此，混凝土在终凝2小时后即开始浇水，养护期超过14天，混凝土达到一定强度后，松动对拉螺栓，使浇水注入模内，保证混凝土表面湿润，带模养护8天后再行拆模。

（7）混凝土表面检查合格并进行签证后，及时安排防水层施工，经有关各方验收合格后，尽快地进行土方回填。

6 实践效果

采用以上优化措施，从结构、设计、结构构造等几个方面综合控制，本工程地下室外墙裂缝得到有效的控制。施工方便，经济实用，获得良好效果。

参考文献

[1] GB50010-2002 《混凝土结构设计规范》

[2] 王铁梦. 工程结构裂缝控制. 中国建筑出版社, 1997