叠合式地下室外墙裂缝成因及防治对策

王金飞，袁新露，吴哲元（上海建浩工程顾问有限公司， 上海 200030）

0 引 言

叠合式地下室外墙利用混凝土自防水性能，在节约工程投资方面效果明显，目前越来越多地被应用于地下室结构外墙中。不过，该体系一般通过接驳器将围护结构和外墙连接，且施工中受到设计、施工、材料及管理等众多不确定因素的影响，容易造成叠合式外墙结构出现裂缝。尽管部分裂缝的存在并不会影响建筑物的使用，但久而久之会影响到结构的耐久性和整体性，特别是有害结构裂缝的出现对地下室结构防水会造成较大的影响，甚至影响到地下室的使用功能。本文结合地下室底板、楼板及外墙等多个部位的裂缝情况，从设计、施工、管理等方面对混凝土结构裂缝的成因进行分析，并探讨了防治措施，对有效控制裂缝具有指导意义。

1 工程概况

某工程位于上海市西虹桥商务区，总建筑面积约 8.8 万 m2，由 3 栋 11 层塔楼和 7 栋 2～3 层单体商业组成。地下 2 层，局部基坑开挖深度约 19 m，其中地下 1 和地下 2 层为地下商业。地下室结构外墙和地下连续墙间通过接驳器连接形成叠合式外墙，防水等级为一级；同时要求结构不允许渗水，防水混凝土抗渗等级均为 P8；采用钢筋混凝土结构自防水，不设内防水。

从工程地质勘察揭示土层来看，基坑开挖区域3 层砂质黏土层较厚，局部超挖区域尚存在承压水影响，基坑安全等级一级，环境保护等级一级。

2 外墙裂缝情况及成因

2.1 裂缝情况

本项目于 2016 年 10 月份开始拆除地下室外墙模板支撑，拆除完成后经检查发现，外墙出现大量肉眼可见且伴有渗水现象的竖向规则状裂缝。现场检查发现，裂缝自底板以上向上发展，2 层及地下 3 层居多，地下 1 层较少，部分裂缝延伸到地库顶板位置，其中大部分裂缝与墙同高，由上而下贯通，两端逐渐变细直至消失。经现场调查统计，每跨约 3～4 条裂缝，宽约 0.3 mm～2.0 mm，个别超过 2.0 mm。沿墙长度方向两端裂缝数量比中间少；特别是横向裂缝相对较少，仅少量出现在混凝土浇筑冷缝处。穿墙螺杆及伸缩缝处也存在少量长度小于墙长的裂缝现象，宽度≤2.0 mm。

根据现场调查分析，裂缝大致分为两类：一类是混凝土拆模前形成的，多为贯穿裂缝（见图 1），该类裂缝在被发现并做好标记半年后复查时未发现继续发展；另一类是混凝土拆模几天后形成的表面裂缝，宽约 0.5 mm～ 1.0 mm （见图 2），经后期观察，也没有呈现继续发展的趋势。

图 1 裂缝情况一（贯穿裂缝）

图 2 裂缝情况二（表面裂缝）

2.2 裂缝成因分析

2.2.1 构造原因

地下连续墙先施工于地下室结构外墙，且两墙间仅通过接驳器、锚筋等连接形成整体。本工程地下连续墙厚度为 1.0 m，结构外墙厚度为 0.5 m，地下连续墙厚度远大于结构外墙，刚度也远超外墙。地下连续墙于 2016 年 4 月前完成浇筑，而结构外墙于同年 7 月中旬才开始施工，地下连续墙变形已基本完成，而地下连续墙对新浇筑的结构外墙的龄期的变形有约束，形成了外墙上的裂缝，这是结构外墙产生纵向裂缝的原因之一。此外，叠合式墙体的施工缝、后浇带、穿墙螺杆处等部位新旧混凝土在施工过程中处理不到位，也易产生裂缝。至于穿墙螺杆处的裂缝，是施工过程中穿墙螺杆的止水片焊接处理不到位，加之后期螺杆洞封堵时不到位所致。

2.2.2 材料的因素

混凝土的重要组成成分是水和水泥，通过胶凝材料形成。水越多，水泥含量越大，混凝土的收缩变形越大。本工程结构外墙水泥用量较大，且商拌混凝土距离工程较远，坍落度设计较大，使混凝土的抗裂能力较低，导致在混凝土浇筑完成后产生水平裂缝。

2.2.3 设计原因

本工程地下室外墙长 120 m，宽 80 m，因混凝土的收缩应力过大而产生裂缝，这类裂缝多为表面裂缝，经过一段时间可以自愈。暗柱之间未设混凝土墙体，减弱了墙体间的整体刚度，产生了部分的纵向裂缝。此外，本工程结构外墙厚度为 500 mm，但设计配筋仅两层，墙体中间约 400 mm 为素混凝土，与规范要求存在差距。众所周知，钢筋对提升钢筋混凝土结构的抗裂性能意义重大，但本工程结构外墙内部约 400 mm 为素混凝土，内部变形远超过结构外墙表侧变形，内外变形交接处应力集中，这是导致外墙裂缝的重要原因之一。

2.2.4 施工原因

施工工序安排未尽合理，没有配备充分的机具和检查人员。首先，在混凝土浇筑过程中，曾出现材料供应中断现象，导致部分混凝土浇筑间隔时间较长，接茬处处理不当，形成冷缝。其次，部分钢筋保护层厚度不足及混凝土的养护未到龄期，是裂缝产生的重要原因之一。再次，由于施工较快，部分外墙混凝土养护龄期未到便拆除模板，外墙表面直接暴露在外，外墙变形尚未稳定，内外应力差异，导致表面出现裂缝。

2.2.5 其他原因

地下室结构外墙出现裂缝的原因还包括外墙与地下连续墙沉降差异等。由于地下室结构外墙施工于 2016 年 7 月中旬才开始，而围护结构的地下连续墙早在同年 4 月前完成，地下连续墙的变形沉降已趋于稳定，而地下室结构外墙仍处于变形状态，极易导致裂缝的产生。

3 裂缝防治对策

混凝土结构出现裂缝在一定程度上是无法避免的，但将裂缝控制在无害范围内的可行性还是很大的。王铁梦专家在混凝土裂缝控制方面提出了“抗放兼施，以抗为主”的应对措施[1]。所谓“抗”，就是对地下室外墙提前施加预应力，施加的预应力与内部的混凝土的应力变形相互抵消，从而增强混凝土的抗裂性能，减少混凝土裂缝的发生概率。所谓“放”，就是将施工区域分成若干仓块，实施分区施工，以释放混凝土前期收缩等应力，取消全部或部分后浇带，减少因后浇带而产生的裂缝问题。可以说，“抗放兼施，以抗为主”对裂缝的控制起到了积极作用。混凝土结构是带缝工作的结构，引起裂缝的外因有两种，一种是外荷载，另一种是约束变形[2]。笔者结合本工程的特点，从设计、施工及管理等方面提出以下裂缝防治对策。

3.1 优化设计

（1）加强钢筋配置构造。混凝土的抗拉性能主要来自于钢筋的配置，控制一定的适筋率能有效减少裂缝的产生。对于本工程而言，外墙厚 500 mm，设计仅设双排构造筋，内部 400 mm 为素混凝土，混凝土内部收缩等应力远大于外部，建议在地下室外墙的表面加上抗裂钢筋网片，以提高外表面的抗裂性能。此外，在结构的预留洞口、截面突变部位增加附加筋，如预留洞口在墙、板位置，应在洞口角部加抗裂筋，以增加混凝土的抗裂性能，减少裂缝发生的可能性。

（2）补偿混凝土。混凝土裂缝大多来源于混凝土自身的收缩裂缝，利用等效荷载的概念，对于收缩裂缝可在混凝土中加入适量的膨胀剂来补偿初期混凝土的收缩带来的变化。经过大量的工程实践发现，补偿法对工程实际效果较好，尤其对楼板、外墙中的应用效果极好。补偿混凝土的指标如表 1 所示。

表 1 补偿混凝土性能指标

（3）实施分仓技术。依据专家王铁梦“抗放兼施，以抗为主”的原则，将结构外墙分为若干区块，取消大部分后浇带，采取“隔一跳一”措施，即至少隔一个仓块跳仓或封仓施工，将分仓缝适当错开，最大块尺寸应≤40 m，以减少因后浇带而产生的裂缝情况。

（4）使用防水材料（膨润土防水毯）。在结构外墙与地连墙两墙之间使用膨润土防水毯。膨润土防水毯相比于普通防水材料，防水变形能力更强，对适应外墙与地连墙不均匀沉降的效果更好，在减少因不均匀沉降带来的部分裂缝的同时，可减少地下连续墙对结构外墙变形的影响。

3.2 施工措施

（1）对于叠合墙体来说，外墙施工时可采用外贴碳纤维布的方式加固[3]，以提高外墙的抗裂性能。另外，现场施工时在满足设计及现场施工需要的前提下，优化施工工艺，尽量避免使用早强混凝土。在混凝土浇筑成型初期，早强混凝土水化热较大，容易造成混凝土结构内外部温差较大，一定程度上对混凝土的表面造成太大的应力差，继而产生裂缝。

（2）由于含泥量较高的混凝土和易性较差，因而要优选含泥量较少的砂、石等原材料。

（3）选择适宜的外加剂可降低混凝土的水化热，减少水泥用量，在一定程度上还能降低材料成本。对于抗裂要求较高的混凝土，还应按抗裂性试验和评价方法选择材料[4]。

3.3 加强施工管理

精细化管理对工程质量具有重要作用。在现场施工中，应针对裂缝问题制定合理的施工方案，合理安排施工进度，避免施工过程中因过量追求进度而忽略质量问题。后期若在现场施工中发现有少量裂痕，应分阶段采取注浆等措施予以封堵。现场施工过程中不难发现，哪怕设计单位和材料供应单位都相同，只要施工单位不同，裂缝情况就会有所差异。由于裂缝的出现具有典型的离散性和随机性，因此在施工前，施工单位应针对裂缝制订相应计划及方案，后期现场施工必须严格按方案实施，并做好施工后的现场养护工作，以减少因施工不当而产生的工程裂缝。

4 结 语

裂缝问题作为建设工程的一项质量通病，长期困扰着工程师们。特别对于有害裂缝，一旦处理不当会直接影响建筑物的使用功能，甚至对工程的安全造成巨大影响。开展裂缝成因分析和研究并提出防治对策，对于提升工程质量具有重大意义。

叠合式外墙结构能充分发挥围护作用，与地下连续墙一起共同承受水、土压力及抗浮力；利用混凝土自防水能力，减少外墙防水层，在节约投资上效果明显。不过，叠合式地下室外墙质量受到设计、施工、材料、管理等因素的综合影响，容易出现较多有害的裂缝，严重影响地下室的使用功能，且后期运营维保成本较高。本文从设计缺陷、粗放的施工管理等角度，探讨了叠合式地下室外墙裂缝产生的原因；进而结合实际工程案例，从设计、混凝土原材料选用以及施工管理等方面提出了裂缝的防治对策。