地下室剪力墙竖向裂缝产生及防护

庄燕如

（闽南理工学院 土木工程系，福建 泉州 362000）

0 引 言

在高层建筑地下室剪力墙施工过程中，经常会出现一些竖向的二类裂缝，这些裂缝大都垂直于地面裂缝或构成45°～60°的倾斜裂缝，垂直裂缝的产生与墙体混凝土冷却降温过快有关，而倾斜裂缝则与混凝土拌合物粘度过大、浇筑高度过高、振捣不足有关。一般而言，地下室剪力墙混凝土强度等级越高，其产生裂缝的几率也就越大。

1 地下室剪力墙竖向裂缝的种类和分布状态

1.1 竖向裂缝的种类

上世纪60年代，在建筑工程领域出现了多种用于混凝土试验研究的机械设备，如透视X光设备、微观显微镜、超声仪器等，借助这些试验探测设备，工程技术人员可以及时发现混凝土建筑存在的裂缝，而且研究发现混凝土在承受荷载之前就已产生裂缝，这也表明裂缝是普遍存在于混凝土结构中的。从裂缝规模的角度，竖向裂缝可以分为微观竖向裂缝和宏观竖向裂缝，前者一般是肉眼不可见的微小裂缝，对混凝土结构的稳定性基本没有影响，属于无害裂缝，后者则是肉眼可见的较大裂缝，这类裂缝会对混凝土结构的承载能力和使用性能造成较大影响，属于有害裂缝［1］。从产生原因的角度分析，竖向裂缝可以分为荷载竖向裂缝、温度收缩竖向裂缝等因结构、温度变化产生的裂缝，具体分类如图1所示。

图1 混凝土竖向裂缝分类

其中，荷载竖向裂缝指混凝土结构因受到荷载直接作用，所受应力超出混凝土抗拉极限所出现的竖向裂缝，这也是地下室剪力墙混凝土结构中最常出现的竖向裂缝类型之一。

1.2 竖向裂缝的分布状态

随着时间的迁移，钢筋混凝土结构逐渐出现各种竖向裂缝，如上海某油泵房的地下室部分为现浇结构，上部为砖砌墙体，在建成之后的两年时间里，地下室钢筋混凝土现浇结构共出现16条竖向裂缝，而且大多数为垂直于地面的垂直裂缝，最大的裂缝间距超过5cm，给整个建筑结构的安全性造成重大威胁［2－3］。通过分析现有工程的裂缝状况可以总结出地下室剪力墙混凝土结构竖向裂缝的分布状态：

1）大多数竖向裂缝的长度都接近于整个墙体高度，竖直宽度特点为中间大两边小，属于贯穿型裂缝。

2）裂缝数量较多，但宽度一般不超过1mm，在0.2～0.8mm之间。

3）竖向裂缝主要分布在沿剪力墙长度方向的中间部位，两端较少，特殊部位的裂缝一般为倾斜裂缝，与地面呈45°。

4）裂缝在拆模后不久就会出现，裂缝宽度也会逐渐加大，并趋于稳定［4］。

5）地下室回填后，当地下水位超过裂缝高度时，裂缝处就会出现漏水现象，反之，裂缝就会逐渐自愈。

2 地下室剪力墙竖向裂缝的形成机制分析

通过上文分析可以看出，导致竖向裂缝出现的原因较多，竖向裂缝的表现形式也较多，要想从根本上防止竖向裂缝的产生，就要准确判断裂缝产生的原因。通过大量的工程实践可以得知，温度、湿度、不均匀沉降是导致竖向裂缝产生的主要原因，约有80%的竖向裂缝是由上述因素引起的［5］。对于地下室剪力墙这种大体积混凝土结构而言，水泥水化反应所产生的水化热会导致混凝土温度升高。由于混凝土内部的导热条件不同，就会产生内外温差，当温差达到一定的界限时，混凝土结构就会产生温度裂缝。此外，混凝土失水也会导致自结构产生温度收缩、干燥收缩、塑性收缩，这些混凝土结构本身产生的收缩会因应力叠加效应加剧混凝土结构竖向裂缝的发展和扩大［6］。

文中将以温度应力为例分析地下室剪力墙竖向裂缝的具体形成机制。在施工阶段，剪力墙混凝土结构尚未受到外界荷载的影响，在自约束条件的影响下，其自身产生的收缩变形会产生一定的拉应力，当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时，就会形成竖向裂缝，温差应力可以表述为：

式中：T——绝热温升；

Q——胶凝材料水化热，kJ／kg；

W——胶凝材料总量，kg／m3；

C——混凝土比热容，kJ／（kg·℃）；

ρ——混凝土密度，kg／m3；

m——系数；

t——龄期。

当剪力墙混凝土结构的水泥用量较大时，墙体内部温度就会明显升高，但是升高幅度要小于大体积混凝土，由于墙体内外两侧都会散热，因此，大体积混凝土的降温速率小于墙体降温速率，当混凝土所承受的拉应力超过极限抗拉强度时就会产生裂缝。由于墙体收缩与地面是平行的，因此，裂缝便会垂直于地面分布，也就是产生竖向裂缝。在散热过程中，墙体的降温幅度要远远大于底面和顶面，这样就会形成中间大两端小直至消失的垂直裂缝［7－8］。不同型号混凝土产生竖向裂缝的过程也不同，对于C30混凝土而言，由于水泥用量较少，墙体温度较低，一般不易产生竖向裂缝，但是当遇到外界天气变化时，如在混凝土浇筑完成后遇降雨、刮风等天气，墙体混凝土降温速率就会增大，此时仍然会出现竖向裂缝，但是这种情况下产生的竖向裂缝间距较大。对于采用C50和C60两种型号混凝土的剪力墙墙体而言，由于水泥水化热效应更加明显，墙体内部温度较高，降温速率大，受到混凝土自身水胶比较小的影响，混凝土结构就会产生收缩，多种因素的叠加就会增加竖向裂缝的发生几率，可见，高强度等级的混凝土墙体更易出现竖向裂缝。

3 工程案例分析

3.1 工程概况

某小区13＃楼地下室长宽高为62.7m×50.5m×3.9m，柱间距为4.0～6.5m，剪力墙厚度为300mm，剪力墙混凝土结构为连续剪力墙，商品混凝土采用C40P6，混凝土型号为C60，涉及的施工工艺有剪力墙、底板、顶板浇筑。

3.2 地下室剪力墙竖向裂缝性质分析

地下室剪力墙混凝土结构外模于2014年11月份开始大规模拆模，拆模第3天发现裂缝，通过观察发现裂缝走势为自上而下垂直分布，裂缝宽度在0.1～0.2mm左右，柱边分布有一条较大裂缝。综合观察结果可以看出，此次产生的竖向裂缝主要为竖向贯穿性裂缝，主要分布在墙体表面，深度不大，并在拆模后不久出现，由上而下与地面接近垂直。

3.3 裂缝产生原因分析

结合施工工艺可以总结造成13＃楼地下室剪力墙竖向贯穿性裂缝的原因可能有：混凝土收缩、强约束、建筑体型变化等。

3.3.1 混凝土收缩

在混凝土的制备过程中，水泥和掺合料在拌合后体积会逐渐增大，待入模成型后，混凝土中的部分水分会在混凝土水化作用的影响下被蒸发掉，混凝土的体积就会逐渐缩小，就是发生干缩。混凝土的干缩量与水泥用量和水灰比有关，一般来讲，混凝土的水泥用量越多，水灰比越小，混凝土干缩率就越大。除了干缩外，混凝土内部温度变化也会导致裂缝的产生，通过实际测定得知，混凝土在搅拌机中出斗之后就会产生水化热，成型之后的3～4d水化热达到高峰，温度也升到最高，半个月之后混凝土的温度逐渐下降直至接近外界环境温度。连接地下室剪力墙的框架柱断面长度一般在1m以上，属于大体积混凝土，水化热更高，混凝土内部的热量无法散发就会导致内外温差加大，直至混凝土表面产生裂缝。

3.3.2 强约束

强约束指对混凝土结构和变形产生的制约，分为内部约束和外部约束两种形式，该建筑地下室连续剪力墙属于超静定结构，内部约束包括混凝土墙内配筋对混凝土构件收缩变形产生的约束，墙内暗柱、暗梁对墙板收缩变形产生的约束、墙端与墙中产生的相互约束等。

3.3.3 建筑体型变化

当建筑的体型复杂、地基不均匀或结构不合理时，建筑物会产生不均匀沉降，从而使建筑物发生整体变形，墙体出现附加的应力，一般为弯曲应力和剪应力，当这些附加应力大于墙体自身抵抗强度时，就容易产生裂缝。

3.4 竖向裂缝的防护措施

1）该工程采用的是C60混凝土，通过上文分析可以看出，该型号的混凝土墙体更易产生竖向裂缝。因此，在结构设计方面，应当采用细密的水平构造钢筋，或在钢筋外侧加挂钢丝网，掺入有机纤维巩固效果，在配合比优化方面，要保证胶凝材料总量不超过550kg／m3，水泥用量不超过400kg／m3，水胶比大于0.3，并尽量提高粉煤灰的加入量。在施工方面，应当尽量采取必要的温控措施，在升温阶段要保证散热，通常待温度达到峰值后采取保温措施，在温度差小于25℃时再进行拆模施工。

2）对于其他等级强度的混凝土剪力墙，要根据外界气候变化确定合理的养护和拆模时间，在昼夜温差较大的地区，应当在浇筑之后的第2天在模板外施加保温毡，并在浇筑之后的3～4d进行拆模，阴雨天气要适当将拆模时间延后，并尽量在白天拆模，拆模后浇水养护一周。

4 结 语

地下室墙面裂缝渗漏已成为地下室工程质量的通病，由于大部分剪力墙都位于地下水位以下，墙体一旦出现开裂现象就会导致地下积水渗透进墙体，加快钢筋锈蚀速度，严重影响建筑结构的安全性。文中结合多年以来的工程实践具体分析了地下室剪力墙竖向裂缝产生的原因，并结合工程案例分析其产生机制及可行性防护措施，以期为地下室墙体的工程勘察、设计施工、后期维护提供参考资料。

［1］ 肖皓.浅谈混凝土地下室剪力墙裂缝产生成因和预防处治措施［J］.建筑监督检测与造价，2013（4）：66－69.

［2］ 黄财源.浅谈某高层建筑地下室剪力墙裂缝的防治措施［J］.江西建材，2015，9：107－112.

［3］ 焦安亮，张鹏，李永辉，等.环筋扣合锚接连接预制剪力墙抗震性能试验研究［J］.建筑结构学报，2015（5）：103－109.

［4］ 初明进，刘继良，崔会趁，等.不同构造竖缝的装配式空心模板剪力墙抗震性能试验研究［J］.建筑结构学报，2014（1）：93－102.

［5］ 蒋贤龙.高层住宅预拌混凝土剪力墙裂缝的原因分析与治理［J］.商品混凝土，2014，11：61－64.

［6］ 周茗如，王东红，于娟，等.高层建筑地下室剪力墙裂缝成因分析与控制措施［J］.中国建材科技，2015（2）：9－11.

［7］ 张微敬，钱稼茹，于检生，等.竖向分布钢筋单排间接搭接的带现浇暗柱预制剪力墙抗震性能试验［J］.土木工程学报，2012，10：89－97.

［8］ 唐杰.预应力技术在地下室剪力墙墙体结构裂缝控制中的应用［J］.中外建筑，2011（6）：155－156.