地下工程混凝土側墻裂縫控制及相關標準分析

趙 建，姜國慶，黃 銳

（南京建工集團有限公司，江蘇 南京 210012）

近年來，地下工程混凝土側墻日益向超長、超厚、大體積方向發展，側墻混凝土的抗裂成為困擾工程界的難題，開裂使得混凝土內部更容易受到環境中的有害物質和水分的滲透，進而引發侵蝕環境下鋼筋銹蝕、高寒環境下凍融破壞，導致混凝土的耐久性以及抗震性能下降，縮短結構的使用壽命。墻板開裂可能導致地下室結構的穩定性受損，降低建筑整體的承載能力。開裂的墻板可能會使墻體失去原有的強度和剛度，從而影響地下室的整體結構完整性。在地下室作為房屋的基礎部分，這種結構性的問題可能會對整個建筑的安全性產生潛在威脅。

針對超長、超厚混凝土側墻的開裂問題，從結構設計、混凝土材料、施工方面研發出了多種抗裂的方法，國家出臺了相關標準如《超長混凝土結構無縫施工標準》（JGJ/T492-2023），在施工過程中采用跳倉法澆筑混凝土，即把超長混凝土結構劃分為一定尺度的多個單元，間隔澆筑混凝土的方法。還可以設置膨脹加強帶，即在后澆的條形區域部位，澆筑補償性混凝土。另外，利用滑動構造（支座）原理減少約束、降低混凝土內應力、采用微膨脹混凝土也可以降低開裂的可能性。結構設計方面參照現行的有關混凝土墻板的標準條文優化配筋及混凝土性能，都對地下室混凝土墻板抗裂性能的研究與應用有重要意義。

1 項目背景

某建筑地下總建筑面積36 698.1 m2，其中地下二層停車場共30 417.4 m2，地下商業6 561.3 m2。地上地下總建筑面積共93 890 m2。地下室3層，公寓建筑層數18層，辦公樓建筑層數14層，建筑耐火等級地上一級地下一級，側墻混凝土設計等級C50/P10，墻板厚度500 mm，地上建筑均采用框架剪力墻結構體系，工程設計使用年限50年，機動車停車位480輛，非機動車停車位1 250輛。

地下室混凝土在試澆筑時，側墻出現一定數量的裂縫。裂縫呈現四個特點：一是寬度大，裂縫最大寬度達1 mm；二是貫穿性，部分裂縫貫穿整個側墻厚度；三是間距小，裂縫最小間距為2 m；四是垂直分布，裂縫沿整個墻體高度分布。在拆模后即發現多條裂縫，后期裂縫數量進一步增多，寬度進一步增大。

文章摻用氧化鎂膨脹劑提高混凝土側墻的抗裂性能，并進行溫度和應變監測。

2 配合比優化

混凝土早齡期自收縮和溫度收縮顯著，硫鋁酸鹽、氧化鈣、氧化鎂等膨脹劑的水化作用可引起膨脹，用于補償混凝土的自收縮或溫度收縮。氧化鈣基膨脹劑由于水化速度快，膨脹通常發生在早期，后期不能很好地補償混凝土的溫度收縮。氧化鎂型膨脹劑因其相對較低的需水量、水化產物化學性質穩定以及可設計的膨脹性能（即膨脹過程可以設計的與大體積混凝土的冷卻階段很好地匹配并準確補償溫度收縮）等良好的性能而受到廣泛關注。氧化鈣和氧化鎂分別可以很好地補償混凝土水化初期的自收縮和后期的溫度收縮。因此，由不同反應性的氧化鎂與其他類型的膨脹劑（如氧化鈣或硫鋁酸鈣基膨脹劑）組成的復合膨脹劑可以很好地補償混凝土在水化早期和后期的收縮。為了補償收縮，文章選用的氧化鎂復合膨脹劑為某公司生產的高性能混凝土氧化鎂復合膨脹劑。此型號氧化鎂復合膨脹劑，是復合不同煅燒溫度的輕燒氧化鎂制備而成的新型高效減縮、抗裂產品。此品貼合高性能混凝土組成結構的特征，在滿足安定性的前提下，依據高性能混凝土收縮開裂的特點，能夠分階段、全過程補償混凝土的收縮，提高混凝土的抗裂性能。

《混凝土用氧化鎂膨脹劑應用技術規程》中，將氧化鎂膨脹劑根據反應時間分為快速型、中速型和慢速型。并且指出了快型氧化鎂膨脹劑摻量不宜大于8%、中型氧化鎂膨脹劑摻量不宜大于8%以及慢型氧化鎂膨脹劑摻量不宜大于6%。文章采取外摻氧化鎂復合膨脹劑的方式，摻量為6%。

3 裂縫控制效果監測

3.1 測試方案

外墻板在養護5 d后拆模。為有效監測其抗裂性能情況，在現場共布置應變傳感器7個，溫度傳感器9個，如圖1所示。其中S代表應變傳感器，T代表溫度傳感器。除M2應變測點，其余埋在墻體中的傳感器，均布置在墻體厚度及墻體高度中間的位置。澆筑的墻體測試傳感器布置如下圖1所示。

圖1 澆筑測點平面布置圖及1-1 剖面圖

3.2 結果分析

3.2.1 混凝土內外溫度

采用溫度和應變傳感器對澆筑的側墻進行實時監測，結果如圖2所示。在澆筑完成后南墻東部測區溫度先小幅度下降，隨后由于水泥水化放熱溫度迅速升高，在5月20日時達到最高溫度48.9 ℃。南墻東側中點、靠內和靠外的墻體溫度分別是48.8 ℃、48.9℃和46.9 ℃，墻體外側溫度低于墻體內側。在達到最高溫度后溫度緩慢下降，隨后下降到室溫。

圖2 西墻南部測區溫度

南墻中部在澆筑后溫度迅速升高，在5月21日時達到最高溫度，南墻中部的上部、中部和下部的墻體溫度分別是46.7 ℃、55.0 ℃和56.2 ℃。墻體的上部溫度要顯著低于中部和下部，在達到最高溫度后墻體溫度緩慢下降，直至降到室溫。

西墻南部在澆筑后溫度迅速升高，在5月20日上午九點時達到最高溫度52.8 ℃，西墻南側中心點的墻體最高溫度為50.0 ℃。隨后側墻溫度逐漸下降，在5月26日時下降到室溫。

3.2.2 混凝應變及裂縫

采用氧化鎂膨脹劑的澆筑墻體應變相關結果如圖3所示。在本次測試中，正應變代表膨脹，負應變代表收縮。5月19日10點作為應變0點，5月20日23點南墻中部上、下應變收縮達到最大值，分別為-75.4 με、-7.2 με。6月1日2點南墻中部上、下、中應變分別為14.7 με、53.6 με和-162.3 με。其中，南墻中部測區墻體中心的收縮表現為最大。

圖3 南墻中部上、下、中位置墻體應變

5月20日2 點南墻東部達到收縮最大值-79.3 με。5月20日7點，西墻中部及西墻南部收縮達到最大值，分別為-43.7 με、-7.3 με。5月19日16點西墻北部收縮達到最大值-261.3 με。6月1日2點，南墻東部、南墻中部、西墻中部、西墻北部和西墻南部測區的墻體中間位置應變分別為77.8 με、-162.3 με、98.0 με、-168.7 με和167.9 με。6月5日10點，南墻東部、西墻中部、西墻北部和西墻南部測區的墻體中間位置應變分別為62.3 με、74.7 με、-171.8 με、130.1 με。其中，南墻中部和西墻北部收縮最為嚴重。

4 相關標準淺析

根據《超長混凝土結構無縫施工標準》（JGJ/T492-2023）中的5.3.1規定，地下室外墻混凝土強度等級不宜超過C40，本工程強度等級C50，相比較而言，收縮加大，水化放熱大，抗裂難度加大，經與設計單位溝通協調后，后續側墻改為C40，同時根據工程具體情況選用膨脹加強帶。

根據《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）中7.2.3的規定，墻板厚度大于400 mm，但小于700 mm，可采用三排配筋，本工程墻板厚度500 mm，在后續側墻澆筑中采用三排配筋，同時各排分布鋼筋之間拉筋的間距不應大于600 mm，直徑不應小于6 mm。地下室至少一層與上部對應的剪力墻墻肢端部邊緣構件的縱向鋼筋截面面積不應小于地上一層對應的剪力墻墻肢邊緣構件的縱向鋼筋截面面積。

5 結論及建議

文章通過摻用膨脹劑提高墻板混凝土的抗裂性能，并實時監測溫度和變形情況，分析裂縫成因，得到結論主要如下。

（1）添加膨脹劑有效地補償了混凝土早齡期收縮，降低了收縮應變最大值，很好地控制了地下室混凝土側墻開裂。

（2）通過現場實時監測可以了解混凝土內部溫度變化和應變發展，預測混凝土強度發展，為制定合理的裂縫控制措施提供技術支持。

（3）在后續的工程嚴格依據混凝土裂縫控制相關標準，包括結構設計、混凝土材料的相關行業規程、國家標準優化配筋、優化配合比，研發新材料、新技術，從微觀、細觀多尺度、多維度采取措施，以達到更好的抗裂效果。