超长超厚医院地下室外墙结构裂缝控制技术研究

2023-12-27田昆鹏杨海军钟承刚

中国建筑装饰装修 2023年23期

田昆鹏杨海军何梁董青钟承刚

医院作为公共建筑，其地下室外墙结构必须具备足够的安全性和稳定性。研究超长超厚地下室外墙结构裂缝控制技术有助于提高结构的整体抗震性能和抗风性能，确保地下室外墙结构安全。

在此背景下，很多学者针对地下室外墙结构裂缝进行了深入研究，并且提出了裂缝控制技术。李晓峰等[1]提出采用膨胀加强带、科学掺加氧化镁等方式，加固混凝土结构，从而控制裂缝发生。但是，该技术的应用效果不佳，裂缝仍较多。

李超[2]提出超长地下室外墙结构的裂缝控制施工技术，通过优化结构设计、选择合适的材料，以及增强结构的承载能力和抗震能力，确保墙体在承受外部荷载和地壳运动时的稳定性，以保证超长超厚医院地下室外墙结构的质量和稳定性。但应用该技术后产生的裂缝仍较大。

郑晓芬等[3]提出采用水平分层间歇等技术控制裂缝，通过对不同材料和结构参数的变化进行定量分析，研究其对裂缝形成和扩展的影响，并确定实验中需要考虑的因素，建立数值模型来模拟超长超厚医院地下室外墙结构的裂缝行为。使用有限元法将结构的物理特性和力学行为纳入模型，以预测裂缝的影响因素，提高对裂缝的控制效果。但应用该技术后存在收缩量较大的问题。基于此，本文提出一种新的超长超厚医院地下室外墙结构裂缝控制技术。

1 超长超厚医院地下室外墙结构裂缝的成因

超长超厚医院地下室外墙结构裂缝的成因如下：

1）地基问题。由于不稳定的地基或者地基沉降的发生，可能会导致地下室外墙承受不均匀的力量，从而产生裂缝。

2）建筑质量问题。施工中可能存在建筑质量问题，如混凝土浇筑不均匀、钢筋绑扎不规范等，导致地下室外墙结构的强度和稳定性受到影响，进而出现裂缝[4]。

3）变形和收缩。建筑材料在长期使用过程中会发生变形和收缩，如果没有充分考虑这些变形和收缩因素，在地下室外墙结构中可能会出现应力积累，进而引发裂缝。

4）外力作用。地震、暴雨等外界环境因素也可能破坏地下室外墙结构，进而引发裂缝。

5）温差效应。温度变化会导致建筑材料的膨胀和收缩，如果没有及时采取合理的措施，地下室外墙结构可能会出现裂缝。

2 超长超厚医院地下室外墙结构裂缝控制技术概述

2.1 设置伸缩缝

在施工过程中，可以通过设置结构伸缩缝控制混凝土收缩变形和温度变形引起的裂缝。将地下室划分成长度相对较短的区块，有助于控制混凝土裂缝的发生。地下室外墙、底板等伸缩缝节点结构复杂，施工过程困难，对施工质量的控制具有一定的难度。尤其在超长超厚地下室施工中，仅在施工阶段进行简单的伸缩缝处理无法完全解决混凝土收缩问题[5]。

地下室施工中设置伸缩缝的步骤如下：第1，施工准备。正式施工前，在施工图纸中标明伸缩缝的位置，并确保相关的施工人员了解相关要求。第2，构建伸缩缝。按照设计要求，在适当的位置设置伸缩缝。第3，完成涂装和打磨。地下室结构完成后，对伸缩缝进行涂装和打磨处理，以使其与周围结构融为一体[6]。

2.2 减少差异沉降形成的裂缝

为减少差异沉降形成的裂缝，可以采取以下措施：第1，合理选择桩型。采用桩长较短、持力层较浅、桩间距较疏的桩型，使得地下室部分的地基刚度较低，以平衡两侧的荷载差值，减小沉降差异。第2，采用不同容重的建筑材料。主楼采用容重较小的建筑材料，如加气混凝土彻块等，以降低主楼的自重和荷载；副楼采用容重较大的建筑材料，比如页岩多孔砖等，以增加副楼的自重和荷载，对两侧荷载差进行平衡，降低沉降差。第3，设置沉降后浇带。在两侧交界处设置沉降后浇带，等到两侧沉降稳定后再开始浇筑混凝土[7]。

2.3 地下室外墙结构防水处理

对超长超厚医院地下室外墙结构进行防水处理，有效避免裂缝的产生。具体措施如下：

1）选择弹性、耐候性好的硅酮修补材料，用于填补医院地下室外墙结构裂缝，对地下室外墙结构表面进行充分处理，通过混凝土表面修补砂浆修复医院地下室外墙结构缺陷，清除表面杂物和灰尘来确保黏结良好，确保基层平整和粘接性，有效防止水渗透。

2）在医院地下室外墙结构表面铺设防水层，采用卷材防水方式确保墙体不受水分渗透，形成防水屏障。

3）在地下室外墙结构的拼缝处填充弹性胶填充拼缝，阻止水分进入墙体内部。

4）在地下室外墙结构底部设置地下室外墙基部排水槽，将水分导向合适的排水管道，以减轻墙体的水压力及时排除积聚的水分。

根据以上施工内容有效避免因施工技术而产生的裂缝[8]。

2.4 地下室外墙预应力设计

采用弹性地基上长墙计算模型（图1）计算水平阻力系数，公式为：

图1 弹性地基上长墙计算模型（来源：作者自绘）

式中：C为水平阻力系数；D为墙体位移；F为剪应力。

墙中间部分的预应力值随着纵横比的增加而减小，并且墙越长，墙的纵横比越大，基础的水平约束越大，预应力值减小得越多。为解决地下室外墙预应力设计中的墙板约束问题，引入约束程度，公式为：

式中：H为地下室外墙结构高度；L为地下室外墙结构长度；h为变高度。

为进一步提高裂缝控制效果，分割板采用1 mm 厚的薄钢板（或塑料板）。为避免分割缝处出现轻微渗漏，在墙体中轴线处设置2 mm 厚的薄钢扳（塑料板）作为止水板。

3 试验分析

3.1 试验准备

某地超长超厚医院建筑工程项目中的地下室为预应力板柱结构体系，长为120 m，单层净高为4.5 m，建筑面积为6000 m2，采用钢筋混凝土形式构建，梁柱线刚度比为1.977。根据该工程项目的要求进行模拟试验，试验梁段配有15 根预应力筋。试验期间，为防止过快施加预应力导致构件出现较大变形，防止混凝土应变量的迅速增加导致出现裂缝，分阶段张拉预应力筋[9-10]。

3.2 裂缝观测

应用超长超厚医院地下室外墙结构裂缝控制技术之后，对地下室外墙结构裂缝的发生情况进行监测，在施加15 根预应力筋后的结果如图2 以及图3 所示。根据图2 以及图3 可得知，在张拉15 根预应力筋之后，仔细观察梁的侧面、底面以及顶面，发现梁两侧跨度5 m 范围内仅有3 处裂缝，从梁上部（板底）向梁底略垂直。裂缝的最大宽度只有0.18 mm，最小宽度为0.05 mm。

图2 地下室外墙结构裂缝（来源：作者自摄）

图3 地下室外墙结构裂缝（来源：作者自摄）

为了进一步验证超长超厚医院地下室外墙结构裂缝控制技术的应用效果，分析应用该技术之后地下室外墙结构收缩量的变化情况，试验结果如图4 数据所示。根据图4 可知，应用本文提出的地下室外墙结构裂缝控制技术之后，外墙结构的收缩量明显减少了。

图4 地下室外墙结构收缩量变化（来源：作者自绘）

为了进一步验证本文方法下地下室外墙结构裂缝控制效果，通过文献[2]方法、文献[3]方法以及本文方法获取地下室外墙结构防水效果，得到结果见表1。

表1 地下室外墙结构水渗透率

由表1 可知，当外墙结构期龄为14 d 时，文献[2]方法下地下室外墙结构水渗透率为0.2%，文献[3]方法下地下室外墙结构水渗透率为0.5%，本文方法下地下室外墙结构水渗透率为0；当外墙结构期龄为56 d 时，文献[2]方法下地下室外墙结构水渗透率为1.8%，文献[3]方法下地下室外墙结构水渗透率为3.8%，本文方法下地下室外墙结构水渗透率为4.5%；而当外墙结构期龄增加到112 d 时，以上三种方法的地下室外墙结构水渗透率都明显增加，而本文方法最少，水渗透率仅为3.5%，侧面验证了本文方法对地下室外墙结构裂缝控制效果最优。