基于綠色理念的山地建筑裂縫控制研究

王 贊 歐祥華 黎桂言 吳 君 李 燚

華為廣西區域總部項目作為一座山地混凝土結構建筑，其在設計、施工和養護等各階段，貫徹了綠色建筑理念，實現建筑結構的環境友好和可持續性。本文主要分析華為廣西區域總部項目在基于綠色理念的山地建筑裂縫控制方面的實踐和成效。通過梳理工程概況，深入探討在設計、施工及養護階段采取的各項措施，揭示措施如何協同作用，有效控制建筑裂縫，同時促進環境保護和資源節約。

1 工程概況

華為廣西區域總部項目總建筑面積為6.7 萬m2，地下室建筑面積為34171.05 m2，地上建筑面積為33250.77m2，占地面積為2 萬m2。該項目共建設3 棟塔樓和2 層地下室。其中：1 號樓為研發用房，建筑高度為67.8 m，地上部分共13 層；2 號樓為值班休息樓，地上部分共10 層；3號樓為多功能展廳，地上部分共3 層。具體工程情況如表1 所示。

表1 華為廣西區域總部項目單位工程情況

在本項目中，出現裂縫的位置為凹凸交接處的樓板、兩端陽角處及山墻處的樓板、頂層縱向和橫向框架梁的截面上部區域等。裂縫有著范圍廣、頻率高的特點，需要提出裂縫控制辦法，以此提升建筑的安全性和穩定性，應對山地環境的特點，達成提高山地土地資源利用率的綠色目標[1]。

2 基于綠色理念的山地建筑裂縫控制措施

2.1 設計階段

2.1.1 引入綠色補償收縮混凝土技術

項目設計階段引入綠色補償收縮混凝土技術，考慮建筑所在地的氣候條件、地質特征以及建筑的預期使用壽命等因素，采用前沿技術和特殊的添加劑以及材料配方。使用氣候數據模擬軟件，分析該地區的溫度、濕度、降水量等對混凝土性能的影響。根據氣候特點選擇合適的混凝土配方。如在高溫多濕地區，使用能夠抵抗濕氣和熱量影響的混凝土類型[2]。

采用地質勘探和探地雷達（Ground Penetrating Rada，GPR）技術，詳細了解地下結構和土壤類型。根據土壤的承載能力和穩定性，選擇合適的混凝土強度和骨料類型。結合建筑物預期的使用壽命，確定混凝土的耐久性級別。使用壽命周期評估工具，評估不同材料和結構方案的長期效益和影響。使用緩凝劑或減水劑等添加劑，控制混凝土固化時間和流動性，以適應特定的環境條件。引入微粒材料，如硅灰或飛灰，提高混凝土的密實性和耐久性。使用再生材料和局部材料，降低環境影響，提升資源循環利用率。

2.1.2 設計混凝土配合比

在華為廣西區域總部項目中，設計一種滿足綠色建筑理念的混凝土配方。考慮到強風化泥巖和中風化泥巖層的不同承載力和穩定性，進行了混凝土在強度和穩定性上的差異化設計。項目的地下室面臨著不同持力層深度和地下水位的變化，這對混凝土的抗滲性和耐久性提出了更高的要求。

為了達成項目目標，設定混凝土的28 d 抗壓強度為C40 級，確保混凝土在28 d 時，達到或超過40 MPa 的抗壓強度[3]。選用P.O42.5R 型普通硅酸鹽水泥。高品質水泥有利于提高混凝土的早期和后期強度，保證結構的長期穩定性。同時，采用聚羧酸系高效減水劑，不僅能大幅提高混凝土的流動性，還能在保持較低水膠比的前提下，進一步增強混凝土的強度和耐久性。減水劑的使用是實現綠色建筑目標的關鍵一步，它有助于減少水泥的使用量，從而降低建筑的碳足跡。

在實際施工前，對設計的混凝土配合比進行了一系列試驗，以確保其性能滿足項目要求。試驗包括抗壓強度測試、坍落度測試和抗滲性測試，以檢驗混凝土的各項性能是否達標，具體測試內容包括：第1，抗壓強度測試。通過抗壓強度測試，確保混凝土能夠達到預定的C40 標準。第2，坍落度測試。通過坍落度測試，檢測混凝土的工作性，確保其易于施工。第3，抗滲性測試。考慮到地下水位的影響，進行必要的抗滲性能測試。最終的混凝土配合比，如表2 所示。

表2 混凝土配合比

2.2 施工階段

2.2.1 編制施工方案

在項目施工階段，采取了一系列精細化管理措施，在確保裂縫控制同時，遵循綠色建筑原則。在項目實施前期，通過深入勘查地形和地質，識別地形坡度約15°，土壤類型為黏土，地下水位4 m。這些關鍵參數為施工計劃的確定和材料的選擇提供了科學依據[4]。通過測試水泥、骨料和添加劑的環保性能與物理特性，確保材料符合綠色建筑標準，其中水泥的28 d抗壓強度為42 MPa。

本項目特別強調多學科技術團隊合作的重要性。通過多次跨專業團隊會議，確保了各方明確理解項目的關鍵環節。針對季節性暴雨和材料供應不穩定等潛在風險，項目團隊制定了周密的應急預案。

在施工流程設計上，提出了一套高效作業流程，包括覆蓋地面平整、模板搭建和混凝土澆筑等關鍵階段，確保工序的連續性和施工效率。針對山地的地形特點，選用泵送澆筑法，有效適應了復雜地形。同時，精選施工機械，如小型挖掘機和混凝土泵車，使對環境的影響最小化。為保證施工質量，本項目設定混凝土28 d 的抗壓強度目標值為35 MPa，并進行定期強度測試。此外，還引入數學模型，輔助監控施工進度和混凝土強度。采用施工進度預測模型，預測施工進度。施工進度預測模型：

式中：P(t)為施工完成程度；t為施工時間；100 為項目完成的最大百分比；e為施工進度隨時間的增長速率。這個指數函數形式意味著隨著時間的增加，施工進度逐漸接近100%，但增長速率逐漸減慢，即工程初期進度增長緩慢，但隨著工期的延長，進度逐步加快。

采用混凝土強度預測模型，預測混凝土強度。混凝土強度預測模型：

式中：S(x)為時間為x時的混凝土強度；x為混凝土凝固時間；42 為混凝土強度的最大值；a為混凝土強度隨時間的增長速率。這個指數函數形式意味著隨著時間的增加，混凝土強度逐漸接近其最大值，但增長速率逐漸減慢。

項目團隊詳細制定了材料清單和施工進度表，以確保項目管理的透明化和效率。材料清單詳細列明了各類材料的類型、數量和價格。而施工進度表則具體記錄了每個施工階段的預計開始和結束日期[5]。

2.2.2 控制模板設計與安裝質量

使用強度等級不低于C30 的混凝土進行模板支撐結構制作。模板安裝時，確保連接縫隙不大于2 mm，以減少漏漿現象。對于高度超過5 m 的墻體模板，應采用加固措施進行加固，如設置橫向和縱向支撐。底模拆除時的混凝土強度要求，如表3 所示。

表3 底模拆除時的混凝土強度要求

2.2.3 控制混凝土澆筑過程

在混凝土制備與運輸階段，選擇強度等級為C40 的預拌混凝土，以適應山地地形的復雜性。在混凝土運輸過程中，確保攪拌車每3 min 進行1次全車攪拌，以保持混凝土均勻。運輸時間應控制在60 min 內，避免混凝土初凝，過程為：

1）澆筑準備階段，細致檢查模板和鋼筋，確保鋼筋間距不超過20 cm。檢查保護層，確保保護層厚度為3 cm，以防鋼筋銹蝕，保證混凝土覆蓋。

2）在混凝土澆筑階段，應控制混凝土澆筑速度，1 h 澆筑量不應超過50 m3。澆筑完成后，使用振搗棒對混凝土進行振搗，振搗時間應控制在15 ～30 s。在澆筑過程中，若遇高溫天氣，應采取遮陽措施或噴水降溫，確保混凝土的品質不受天氣影響。

澆筑完成后，應立即進行表面覆蓋，使用濕潤的麻袋或塑料薄膜覆蓋其表面，以保持混凝土的濕度。養護期不得少于7 d，期間應定期檢查和維護覆蓋材料，確保混凝土均勻養護。

在施工過程中，應定期進行混凝土抗壓強度測試，確保其達到設計要求的強度。同時要對施工人員定期進行安全教育和技術培訓，確保操作規范，提高他們的安全意識。在施工現場應設置專用的廢物處理區，確保廢料及時清理，減少環境污染。使用低噪聲施工設備，以減少噪聲干擾。

2.2.4 施工預演

智能化技術顯著提高了施工的效率和安全性。利用虛擬現實（Virtual Reality，VR）技術和建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術，在三維虛擬環境中模擬施工場景，如機械操作、材料運輸路徑及施工步驟等。在預演階段，通過VR 模擬，減少了約30%的預備時間，提高了項目團隊對施工場景的熟悉度。施工模擬減少了20%的現場施工錯誤，降低了安全事故發生率[6]。無人機監測和智能傳感器技術的結合，為施工現場提供了全面的監控和數據分析。通過無人機監測，項目的進度追蹤和安全監控效率提高了約40%。智能傳感器的應用提高了質量控制的精確度，減少了約10%的材料浪費和返工。

2.3 養護階段

2.3.1 細化養護辦法

養護期間應保持恒定的溫濕度環境。在可能的情況下，使用溫控設備和加濕設備，確保混凝土在最適宜的溫濕度條件下進行養護，避免因環境波動引起的裂縫。在混凝土表面覆蓋濕潤麻袋或高效保濕薄膜，使混凝土表面保持持續濕潤狀態。這樣有助于減少水分蒸發，控制混凝土的收縮，有效防止裂縫的產生。對大體積混凝土，應采取適當的水化熱控制措施，如使用低熱水泥或在混凝土中摻入粉煤灰等工業副產品，以減少水化產生的熱量，防止裂縫產生。不僅有助于裂縫控制，也是綠色建筑理念的體現。

養護階段采用分段施工技術，以減少混凝土整體收縮和熱脹冷縮產生的應力。通過分段澆筑和逐段養護，可以更加有效地控制混凝土的應力狀態，從而減少裂縫風險。養護過程中要定期檢測和評估混凝土，監測裂縫的寬度、深度和分布。通過檢測數據，可以及時調整養護方法，確保裂縫控制措施的有效性。引入具有收縮補償功能的養護助劑，如膨脹劑和緩凝劑，以優化混凝土的硬化過程，進一步防止裂縫的形成。要優先選擇環境友好型材料和技術，以減少養護過程中對環境的影響。

2.3.2 監測過程數據

由于溫度和濕度的變化會影響混凝土的收縮與膨脹，應通過溫濕度傳感器，實時監控施工現場的溫度和相對濕度，有助于及時調整養護條件，避免因環境變化引起的裂縫[7]。使用混凝土成熟度計和其他測試設備，定期檢測混凝土的強度發展情況。通過監測混凝土的硬化速率和達到設計強度的時間，合理安排后續的施工步驟，確保混凝土結構的質量。使用裂縫寬度計和顯微鏡等設備，監測混凝土表面的裂縫寬度、深度和分布情況。有助于評估裂縫控制措施的效果，便于及時采取補救措施。監測養護過程中的環境影響，內容包括養護材料的環保性能、養護過程中的能耗和廢物產生情況，有助于評估項目是否符合綠色建筑標準，同時為改進措施的選擇提供依據。通過養護階段的過程監控，有效地實現了裂縫控制，同時確保了建筑的環保和可持續性。

3 基于綠色理念的山地建筑裂縫控制效果

通過使用綠色補償收縮混凝土技術，該項目在原材料方面的成本降低了10%，節約了約200 萬元。長期來看，有效的裂縫控制使項目維修成本比傳統建筑降低了約30%，維護費用減少了約300 萬元。由于建筑質量和耐久性的提高，建筑市場價值提升了15%，約500 萬元。通過減少裂縫，降低了維修頻次，提高了使用者的使用體驗。項目實施后，社區環保活動的參與度提高了25%，體現出人們對綠色建筑和可持續發展認識的提升。通過使用環保材料和優化的施工方法，項目的碳排放量比傳統建筑降低了20%，二氧化碳排放量減少了約500 t。通過優化混凝土配合比和施工方法，節約了約15%的建筑材料，減少了資源浪費。

4 結語

華為廣西區域總部項目通過引入創新綠色補償收縮混凝土技術、科學設計混凝土配合比、優化施工方案及養護辦法，成功實現了山地建筑裂縫的有效控制。不僅提升了建筑的經濟、社會和環境效益，也為綠色建筑理念的推廣和實踐樹立了新的標桿。