超長超厚醫(yī)院地下室外墻結(jié)構(gòu)裂縫控制技術(shù)研究

田昆鵬 楊海軍 何 梁 董 青 鐘承剛

醫(yī)院作為公共建筑，其地下室外墻結(jié)構(gòu)必須具備足夠的安全性和穩(wěn)定性。研究超長超厚地下室外墻結(jié)構(gòu)裂縫控制技術(shù)有助于提高結(jié)構(gòu)的整體抗震性能和抗風性能，確保地下室外墻結(jié)構(gòu)安全。

在此背景下，很多學者針對地下室外墻結(jié)構(gòu)裂縫進行了深入研究，并且提出了裂縫控制技術(shù)。李曉峰等[1]提出采用膨脹加強帶、科學摻加氧化鎂等方式，加固混凝土結(jié)構(gòu)，從而控制裂縫發(fā)生。但是，該技術(shù)的應(yīng)用效果不佳，裂縫仍較多。

李超[2]提出超長地下室外墻結(jié)構(gòu)的裂縫控制施工技術(shù)，通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計、選擇合適的材料，以及增強結(jié)構(gòu)的承載能力和抗震能力，確保墻體在承受外部荷載和地殼運動時的穩(wěn)定性，以保證超長超厚醫(yī)院地下室外墻結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和穩(wěn)定性。但應(yīng)用該技術(shù)后產(chǎn)生的裂縫仍較大。

鄭曉芬等[3]提出采用水平分層間歇等技術(shù)控制裂縫，通過對不同材料和結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化進行定量分析，研究其對裂縫形成和擴展的影響，并確定實驗中需要考慮的因素，建立數(shù)值模型來模擬超長超厚醫(yī)院地下室外墻結(jié)構(gòu)的裂縫行為。使用有限元法將結(jié)構(gòu)的物理特性和力學行為納入模型，以預(yù)測裂縫的影響因素，提高對裂縫的控制效果。但應(yīng)用該技術(shù)后存在收縮量較大的問題。基于此，本文提出一種新的超長超厚醫(yī)院地下室外墻結(jié)構(gòu)裂縫控制技術(shù)。

1 超長超厚醫(yī)院地下室外墻結(jié)構(gòu)裂縫的成因

超長超厚醫(yī)院地下室外墻結(jié)構(gòu)裂縫的成因如下：

1）地基問題。由于不穩(wěn)定的地基或者地基沉降的發(fā)生，可能會導致地下室外墻承受不均勻的力量，從而產(chǎn)生裂縫。

2）建筑質(zhì)量問題。施工中可能存在建筑質(zhì)量問題，如混凝土澆筑不均勻、鋼筋綁扎不規(guī)范等，導致地下室外墻結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性受到影響，進而出現(xiàn)裂縫[4]。

3）變形和收縮。建筑材料在長期使用過程中會發(fā)生變形和收縮，如果沒有充分考慮這些變形和收縮因素，在地下室外墻結(jié)構(gòu)中可能會出現(xiàn)應(yīng)力積累，進而引發(fā)裂縫。

4）外力作用。地震、暴雨等外界環(huán)境因素也可能破壞地下室外墻結(jié)構(gòu)，進而引發(fā)裂縫。

5）溫差效應(yīng)。溫度變化會導致建筑材料的膨脹和收縮，如果沒有及時采取合理的措施，地下室外墻結(jié)構(gòu)可能會出現(xiàn)裂縫。

2 超長超厚醫(yī)院地下室外墻結(jié)構(gòu)裂縫控制技術(shù)概述

2.1 設(shè)置伸縮縫

在施工過程中，可以通過設(shè)置結(jié)構(gòu)伸縮縫控制混凝土收縮變形和溫度變形引起的裂縫。將地下室劃分成長度相對較短的區(qū)塊，有助于控制混凝土裂縫的發(fā)生。地下室外墻、底板等伸縮縫節(jié)點結(jié)構(gòu)復雜，施工過程困難，對施工質(zhì)量的控制具有一定的難度。尤其在超長超厚地下室施工中，僅在施工階段進行簡單的伸縮縫處理無法完全解決混凝土收縮問題[5]。

地下室施工中設(shè)置伸縮縫的步驟如下：第1，施工準備。正式施工前，在施工圖紙中標明伸縮縫的位置，并確保相關(guān)的施工人員了解相關(guān)要求。第2，構(gòu)建伸縮縫。按照設(shè)計要求，在適當?shù)奈恢迷O(shè)置伸縮縫。第3，完成涂裝和打磨。地下室結(jié)構(gòu)完成后，對伸縮縫進行涂裝和打磨處理，以使其與周圍結(jié)構(gòu)融為一體[6]。

2.2 減少差異沉降形成的裂縫

為減少差異沉降形成的裂縫，可以采取以下措施：第1，合理選擇樁型。采用樁長較短、持力層較淺、樁間距較疏的樁型，使得地下室部分的地基剛度較低，以平衡兩側(cè)的荷載差值，減小沉降差異。第2，采用不同容重的建筑材料。主樓采用容重較小的建筑材料，如加氣混凝土徹塊等，以降低主樓的自重和荷載；副樓采用容重較大的建筑材料，比如頁巖多孔磚等，以增加副樓的自重和荷載，對兩側(cè)荷載差進行平衡，降低沉降差。第3，設(shè)置沉降后澆帶。在兩側(cè)交界處設(shè)置沉降后澆帶，等到兩側(cè)沉降穩(wěn)定后再開始澆筑混凝土[7]。

2.3 地下室外墻結(jié)構(gòu)防水處理

對超長超厚醫(yī)院地下室外墻結(jié)構(gòu)進行防水處理，有效避免裂縫的產(chǎn)生。具體措施如下：

1）選擇彈性、耐候性好的硅酮修補材料，用于填補醫(yī)院地下室外墻結(jié)構(gòu)裂縫，對地下室外墻結(jié)構(gòu)表面進行充分處理，通過混凝土表面修補砂漿修復醫(yī)院地下室外墻結(jié)構(gòu)缺陷，清除表面雜物和灰塵來確保黏結(jié)良好，確保基層平整和粘接性，有效防止水滲透。

2）在醫(yī)院地下室外墻結(jié)構(gòu)表面鋪設(shè)防水層，采用卷材防水方式確保墻體不受水分滲透，形成防水屏障。

3）在地下室外墻結(jié)構(gòu)的拼縫處填充彈性膠填充拼縫，阻止水分進入墻體內(nèi)部。

4）在地下室外墻結(jié)構(gòu)底部設(shè)置地下室外墻基部排水槽，將水分導向合適的排水管道，以減輕墻體的水壓力及時排除積聚的水分。

根據(jù)以上施工內(nèi)容有效避免因施工技術(shù)而產(chǎn)生的裂縫[8]。

2.4 地下室外墻預(yù)應(yīng)力設(shè)計

采用彈性地基上長墻計算模型（圖1）計算水平阻力系數(shù)，公式為：

圖1 彈性地基上長墻計算模型（來源：作者自繪）

式中：C為水平阻力系數(shù)；D為墻體位移；F為剪應(yīng)力。

墻中間部分的預(yù)應(yīng)力值隨著縱橫比的增加而減小，并且墻越長，墻的縱橫比越大，基礎(chǔ)的水平約束越大，預(yù)應(yīng)力值減小得越多。為解決地下室外墻預(yù)應(yīng)力設(shè)計中的墻板約束問題，引入約束程度，公式為：

式中：H為地下室外墻結(jié)構(gòu)高度；L為地下室外墻結(jié)構(gòu)長度；h為變高度。

為進一步提高裂縫控制效果，分割板采用1 mm 厚的薄鋼板（或塑料板）。為避免分割縫處出現(xiàn)輕微滲漏，在墻體中軸線處設(shè)置2 mm 厚的薄鋼扳（塑料板）作為止水板。

3 試驗分析

3.1 試驗準備

某地超長超厚醫(yī)院建筑工程項目中的地下室為預(yù)應(yīng)力板柱結(jié)構(gòu)體系，長為120 m，單層凈高為4.5 m，建筑面積為6000 m2，采用鋼筋混凝土形式構(gòu)建，梁柱線剛度比為1.977。根據(jù)該工程項目的要求進行模擬試驗，試驗梁段配有15 根預(yù)應(yīng)力筋。試驗期間，為防止過快施加預(yù)應(yīng)力導致構(gòu)件出現(xiàn)較大變形，防止混凝土應(yīng)變量的迅速增加導致出現(xiàn)裂縫，分階段張拉預(yù)應(yīng)力筋[9-10]。

3.2 裂縫觀測

應(yīng)用超長超厚醫(yī)院地下室外墻結(jié)構(gòu)裂縫控制技術(shù)之后，對地下室外墻結(jié)構(gòu)裂縫的發(fā)生情況進行監(jiān)測，在施加15 根預(yù)應(yīng)力筋后的結(jié)果如圖2 以及圖3 所示。根據(jù)圖2 以及圖3 可得知，在張拉15 根預(yù)應(yīng)力筋之后，仔細觀察梁的側(cè)面、底面以及頂面，發(fā)現(xiàn)梁兩側(cè)跨度5 m 范圍內(nèi)僅有3 處裂縫，從梁上部（板底）向梁底略垂直。裂縫的最大寬度只有0.18 mm，最小寬度為0.05 mm。

圖2 地下室外墻結(jié)構(gòu)裂縫（來源：作者自攝）

圖3 地下室外墻結(jié)構(gòu)裂縫（來源：作者自攝）

為了進一步驗證超長超厚醫(yī)院地下室外墻結(jié)構(gòu)裂縫控制技術(shù)的應(yīng)用效果，分析應(yīng)用該技術(shù)之后地下室外墻結(jié)構(gòu)收縮量的變化情況，試驗結(jié)果如圖4 數(shù)據(jù)所示。根據(jù)圖4 可知，應(yīng)用本文提出的地下室外墻結(jié)構(gòu)裂縫控制技術(shù)之后，外墻結(jié)構(gòu)的收縮量明顯減少了。

圖4 地下室外墻結(jié)構(gòu)收縮量變化（來源：作者自繪）

為了進一步驗證本文方法下地下室外墻結(jié)構(gòu)裂縫控制效果，通過文獻[2]方法、文獻[3]方法以及本文方法獲取地下室外墻結(jié)構(gòu)防水效果，得到結(jié)果見表1。

表1 地下室外墻結(jié)構(gòu)水滲透率

由表1 可知，當外墻結(jié)構(gòu)期齡為14 d 時，文獻[2]方法下地下室外墻結(jié)構(gòu)水滲透率為0.2%，文獻[3]方法下地下室外墻結(jié)構(gòu)水滲透率為0.5%，本文方法下地下室外墻結(jié)構(gòu)水滲透率為0；當外墻結(jié)構(gòu)期齡為56 d 時，文獻[2]方法下地下室外墻結(jié)構(gòu)水滲透率為1.8%，文獻[3]方法下地下室外墻結(jié)構(gòu)水滲透率為3.8%，本文方法下地下室外墻結(jié)構(gòu)水滲透率為4.5%；而當外墻結(jié)構(gòu)期齡增加到112 d 時，以上三種方法的地下室外墻結(jié)構(gòu)水滲透率都明顯增加，而本文方法最少，水滲透率僅為3.5%，側(cè)面驗證了本文方法對地下室外墻結(jié)構(gòu)裂縫控制效果最優(yōu)。

4 結(jié)語

地下室建筑外墻結(jié)構(gòu)一旦出現(xiàn)裂縫，會影響地下室結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。對此，本文提出超長超厚醫(yī)院地下室外墻結(jié)構(gòu)裂縫控制技術(shù)，并采用試驗分析的形式驗證了該控制技術(shù)的有效性。應(yīng)用該技術(shù)后地下室外墻結(jié)構(gòu)的裂縫得到控制，并降低了收縮量。