地下室超长墙体裂缝控制综合施工技术

摘要：超长墙体裂缝为工程常见质量通病，不可避免。为有效控制裂缝提高其抗裂性能，结合某具体工程，在理论研究基础上通过采取薄钢板预先分割墙体和预应力等综合施工技术，经蓄水试验证明裂缝控制技术有效可行，为超长墙体裂缝问题解决提供一条新方法。

关键词：超长墙体；裂缝控制；分割缝；预应力；施工

中图分类号： TU745.3文献标识码：A 文章编号：

1、工程概况

宁波南部商务区核心地块I标段工程位于鄞州区天童南路西侧，工程总建筑面积为14.9万m2，其中地上为8.2万m2，地下为6.7万m2。建筑功能为酒店和酒店式公寓楼，由9~18层组成，办公楼为8~9层，商业楼为5~8层，共计7个单体。

整个二层地下室车库建筑面积中，地下二层约3.8万m2，地下一层约2.9万m2。地下室呈梯形，南北长256.8m，东西宽132.8～165.0m，属超长超大地下室。在地下一层沿南北方向有宽41m的河道从地下室顶板穿过，河道以外部分仍为车库。整个地下室外侧墙板、地下一层所有的梁、地下室二层顶板(河道底板)均采用无粘结预应力混凝土结构，支座按一级抗裂等级要求设计（紧贴水体），跨中按二~三级抗裂设计（不与水体接触）。外侧墙和河道底板在使用阶段需承受较大荷载(水深3m，为30KN/m2)，抗渗要求高，因此裂缝控制是工程成功的关键。

2、工程常见裂缝控制方法分析

大量的工程实践表明，超长钢筋混凝土墙体由于混凝土体积变形（包括收缩变形和季节温差变形）受到下部基础底板的约束作用，在墙体上就出现很多裂缝，轻者影响混凝土的耐久性，重者则严重影响建筑物的使用功能及其安全性，因此这类超长钢筋混凝土结构的裂缝控制既是工程界普遍关注的课题，也是尚难攻克的热点问题。

目前工程界控制结构裂缝的施工措施主要有三个方面：混凝土内掺加UEA微膨胀剂、墙体施工时增设若干“后浇带”以及对墙体施加预应力，各方法特点如下：

（1）在砼内掺加水泥用量12~14%的微膨胀剂，掺加微膨胀剂的目的在于补偿砼的早期收缩变形[1]，理论上可以补偿大致30%左右的早期收缩变形。但是应用说明中强调，砼的早期养护必须是湿养护的条件，否则是无效的，但是对于大面积的垂直墙体要保持湿养护条件的难度较大，特别是在炎夏季节施工，必须要采取专门的养护措施。但不少工程实践结果表明，见效不大，往往在拆模时墙体已经开裂。

（2）沿墙长增设后浇带的措施[2]。注意到墙体“后浇带”的间距比框架结构要小一倍多，一般应在20~30m以内，且“后浇带”预留时间不能太短，否则见效很小。根据以上技术条件，实际上对于墙体的施工也很难做到，费工费时，效果并不大。

（3）采用预应力技术，用预应力来消除砼收缩应力[3~4]。目前工程界都在广泛应用，问题在于其应用的效果是：墙体仍然普遍开裂，但多少年来无人去做进一步的追究。

超长墙体大多用于地下车库，需要防水抗渗漏，施工阶段需要防堵漏，使用阶段还得继续维护。当今超长墙体的裂缝控制采用以上措施要进行多方面的投入，且似乎已习以为常。但根据工程使用的效果证明这三种技术措施的效果并不大，墙体仍然普遍开裂，因此要大量减少超长墙体裂缝，就必须在正确分析温度和收缩效应基础上再综合利用其它的技术措施予以控制。

3、裂缝控制综合施工方法

3.1 理论研究基础

根据郭昌生等学者的研究成果表明[5]：两端施加预应力可以部分减小收缩应力，但对墙体对称面附近影响较小，难于抑制裂缝发生。焦彬如教授在后续的研究中发现，把墙体收缩应力沿墙长的分布图形与两端施加预应力后，其预压应力沿墙长的分布图形加以对照，即可发现如下现象：砼预应力在端部最大时相应砼的收缩应力较小，砼预压应力沿墙长在逐渐减小、衰减时，砼收缩应力在逐渐增大至应力峰值，即将开裂。显然，这一规律性的认识都来自于墙基对墙体的制约力（为分布剪力）作用的结果。所以，按过去常规的施工方法，确实难以发挥预应力筋的作用。

在焦彬如教授对超长墙体温度应力的研究成果发现[6]，①t作用下，在温差并不太大的情况，墙体局部即可产生裂缝，因而墙体内竖向裂缝的出现是难以避免的；②超长墙体内必将呈现竖向裂缝的分布，在把墙体长途减小到二个柱距长时，仍会在墙体中间呈现一条竖向裂缝；③当墙基对墙体视为刚性约束时，其竖向裂缝的平均裂缝间距大致在12～15cm上下，墙基约束刚度并非绝对刚性制约时，裂缝间距会有所增大，此一水准基本上与现场观测值相符。

根据焦教授的研究发现，工程界沿用的几种技术措施在超长墙体内确难见实效，他建议对墙体裂缝采用“控”的措施将是事倍功半，应采取“放”的思路去实施将是事半功倍，效果更显著。基于此，他提出一种新颖的裂缝控制施工技术，其概念应依据于墙体应力分布的特点，墙体内收缩应力自端部为零，逐渐增长到收缩应力的峰值，其延伸长度并不大，因为墙体底部与墙基间的制约力（分布剪力）分布长度并不大，一旦墙体内收缩应力增大到极限应力而开裂后，墙体底部的剪应力又将引起重分布。所以墙体的收缩单元应大大缩短，由此应把墙体沿墙长分段切割开。收缩单元大大减小后，墙体内的收缩应力也将相继降低，预应力筋的作用也会相应提高。其主要技术思路如下：

(1) 竖向分割墙体“内核砼”（墙体两侧钢筋网之间的砼厚）可采用分段插入薄板的方法分割，以使砼墙体实现分段收缩，减小砼收缩变形量。分段后不仅使砼分段收缩量减小，同时也减了刚性墙基对分段墙体变形的制约作用力。

(2) 墙体两侧钢筋网将制约墙体两侧砼保护层的收缩变形，可使墙体表面不开裂，利于防水。

(3) 对于有水压作用的侧墙板，可在每一分割缝部位增设垂直于分割板的止水薄板，必要时可在墙体纵向适当增配张拉长途较短的预应力筋。

上述构造措施的优点是：作用机理明确构造简单，抗裂抗渗性好，可用于任何长度的超长墙体，也可不再需要掺加微膨胀剂，不再需要设“后浇带”，适用范围广（可用于各种地下室墙体，人工河道水池侧墙板等）。

3.2 工艺原理

根据超长墙体开裂机理分析和裂缝宽度控制计算，采取“放”的思路和措施，每隔15 ~20 m墙长通过薄钢板即将超长墙体分段切割成较小的“收缩单元”（各收缩单元间类似于设置了“认为裂缝”，可释放收缩应力），综合利用分割缝留置工艺、非预应力钢筋与预应力钢筋的布筋工艺以及无粘结预应力筋的张拉顺序等成套施工技术控制因混凝土体积变形所产生的结构裂缝问题。

3.3 裂缝控制施工技术

(1) 分割缝留置

① 分割缝设置距离确定

根据文献6中对超长墙体温度应力及裂缝分布产生的机理数值计算分析表明：在超长墙体内，考虑到墙基存在的约束作用，采用施加预应力的措施后，可以把超长墙体限值提高到16m左右。

② 超长墙体分割施工技术措施

超长墙体每隔15 m~20 m采用3mm厚薄钢板设置分割缝，分块施工，见图1示。其具体措施如下：

(a)把墙体内核砼（墙体内外侧钢筋网间距）用竖向薄钢板（1~2 mm厚）隔断，隔板间距（为分割单元）取2个柱距长。

(b)隔板两侧，因两侧砼的收缩可能存在微细裂缝而渗水（有地下水作用下），为此把分隔板一分为二，居中设置，垂直于分隔板的止水钢板（2~3 mm厚），分隔板两侧居中点焊于止水钢板上，形成十字钢板，架立于底部水平施工缝处。

图1 分割缝构造处理示意图

(2) 预应力筋的布置与张拉

① 预应力筋的布筋

(a) 沿墙体高度配置纵向预应力筋（无粘结筋），无粘结筋按一定间距架设于两侧分隔钢板预留的槽口上。非预应力筋绑扎后，即可按设计要求标出坐标点焊好定位卡，但须注意设计标高是否预应力筋束底或束形心，如是束形心则应减去1/2束径。定位卡就位后，由一端逐根穿入预应力筋。

(b) 预应力筋在墙体普通钢筋内逐层穿入，防止擦破无粘结预应力筋护套。穿设时必须平行顺直，普通钢筋与管线应绕过预应力筋。用铅丝固定在定位支架或竖向普通钢筋上。

(c) 预应力筋铺设安装完成后，可绑扎地下室墙体外侧抗裂钢筋网片并安装外侧模板与端模板，张拉端模板按施工图规定的预应力筋位置编号留孔或钻孔。

② 预应力筋的张拉

(a) 预应力墙体的张拉顺序根据超长墙体混凝土早期出现裂缝特点，采用对称张拉原则，从上到下进行。预应力筋的张拉段长50cm左右，每一张拉段内具有三个收缩单元，计算表明可使张拉段内两个分隔钢板部位的微细裂缝闭合。使用YCN-250小型前卡式千斤顶逐根张拉。每台千斤顶张拉速度宜尽量同步，以使两端张拉伸长值基本一致。

(b) 预应力墙体张拉程序，采用分阶段张拉工艺：第一次张拉，当混凝土强度达到设计强度的50%时，开始张拉，应先拆除端模，张拉力宜为0.35；第二次张拉，混凝土强度达到设计要求时，将墙板内外侧模板都拆除，张拉力控制应力从0.35张拉到1.03。

4、蓄水试验检测结果

为检验河道部分预应力混凝土梁板结构的抗渗、抗裂性，于2009年5月8日至2009年6月15日对河道结构实施注水加载试验（图2示）。

超长墙体在进行注水（加载）前，进行过一次普查观测结果，极大多数裂缝基本上都在拆除墙体模板时，即已开裂。表明均是由混凝土早期收缩变形产生的收缩裂缝且未见明显的发展，对于裂缝宽度的水准大致为：在夏、秋季浇捣混凝土的墙体，裂缝宽度在0.08~0.12mm上下，而在炎夏季节浇捣混凝土的墙体，裂缝宽度较大，裂缝宽度在0.12~0.20mm内变化，少数达0.25mm。

以上这些收缩裂缝，在注水（加载）过程中，施工单位对渗漏处已用环氧膠液注射封闭处理，且绝大部分渗漏裂缝经处理后不再渗漏，个别裂缝宽度较大的裂缝用环氧膠液注射封堵效果不大，还需另行采取堵效措施。

图2 蓄水试验场景

(1) 河道底板裂缝情况

河道底板未发现肉眼能观察到的裂缝，河道底梁大部分有收缩裂缝，裂缝宽度均在0.1mm以下，此次的蓄水试验也证明了这一点，水位达到1m以前未发现渗漏，水位超过1m以后，才逐渐渗水，渗漏以点渗为主，也有在梁板的阴角处出现线渗。原因分析：点渗由砼密实度欠佳引起，线渗由肉眼未发现的细小裂缝引起。

(2) 河道侧墙板裂缝情况

地下二层侧墙板总长888m，经统计收缩裂缝平均5m/条。裂缝宽度大部分在0.2mm以下，小部分在0.2mm～0.4mm之间，砼浇捣与张拉的间隔在25～30天；地下一层，河东侧墙板总长687m，收缩裂缝平均14.9m/条，河西侧墙板总长668m，收缩裂缝平均10.7m/条，裂缝宽度均在0.2mm以下。砼浇捣与张拉的间隔在10天～15天间。蓄水试验时，大部分裂缝出现渗漏，此外也有由砼密实度欠佳引起的点渗，裂缝的数量、宽度控制均较好，达到预期目的。

5、结论

地下室超长墙体裂缝是一种必不可免但可控的质量通病，本文通过采用沿墙长度方向施加预应力和将墙板分段隔开等抗裂新技术，虽不能消除混凝土收缩裂缝，但能够抑制裂缝的继续发展并能减少混凝土早期收缩影响，根据蓄水试验证明，该技术对提高超长墙体的抗裂性能是有效而可行的。

参考文献

[1] 陈平. 地下室钢筋砼超长墙裂缝控制技术及应用[J]. 福建建筑, 2006,4:93-95

[2] 刘光云. 400m超长混凝土弧形墙体裂缝控制技术[J]. 建筑技术, 2007,38(9):661-662

[3] 魏春明. 预应力在超长地下室外墙裂缝控制中的应用[J]. 混凝土, 2009,9:113-114

[4] 邓祥翔. 后张无粘结预应力技术在地下室外墙结构裂缝控制中的分析应用[J]. 中外建筑, 2010,5:171-173

[5] 郭昌生, 阚建忠, 赵锡钱 等. 带底板超长墙收缩应力的简化计算与分析[J]. 浙江大学学报(工学版), 2007,41(9): 1487-1491

[6] 焦彬如, 吴彦, 陈黎明 等. 超长混凝土墙体温度应力计算及裂缝控制新技术研究[J]. 土木工程学报, 2011,44(9): 35-41

作者简介：周文龙（1968-），男，浙江宁波人，大专，工程师，一级注册建造师，主要从事建筑施工技术管理工作。