分段式装配式围墙裂缝的分析与处理.pdf

97分段式装配式围墙裂缝的分析与处理何壮志/中国水利水电第十二工程局有限公司【摘要】分段式装配式围墙在施工过程中发现自覆土线以下部分出现竖向贯穿裂缝，本文对裂缝的成因进行理论分析，根据分析结果制定相应措施，并通过数值模拟验证其有效性。通过科学的验证后应用于实际工程，有效解决了裂缝问题【关键词】装配式结构混凝土裂缝土压力数值模拟质量控制1引言装配式结构可以更好地控制施工质量，压缩施工工期，降低施工成本，因此在目前的建筑工程市场，尤其是国际项目中应用日趋广泛。中国电建沙特保障房三期项目，作为沙特阿拉伯“2 0 30 愿景”和中国“一带一路”建设两大国家战略的重要组成部分，施工质量要求严格，工期紧张，需求量大，适合采用全预制装配式建筑施工，包括主体结构和围墙在内的全部混凝土结构均采用工厂预制十现场吊装的施工组织形式。其中，围墙主体由独立基础、柱、板构成。其中独立基础现场浇筑完成，围墙柱、板构件均由工厂预制生产，经养护达到规范强度后运输至现场进行组装安装。2发现问题在围墙原设计中，考虑到构件生产流水化要求，墙板均设置成同样高度。因工程体量大，涉及户数多，每一户的高程各有不同，出于外观质量的控制，要求同户围墙顶部高程应大概保持一致，因此设计在围墙下根据高程另行安装尺寸较小的挡土预制板以调整高程。故围墙板采用分段式设计，上部为通用墙板，下部为挡土板。施工工作流程见图1。围墙基础开挖围墙基础浇筑围墙柱安装围墙挡土墙板安装围墙上部墙板安装围墙土体回填围墙油漆图1施工工作流程在施工过程中发现，部分挡土板在安装后一段时间发生裂缝。裂缝分布在分段式围墙下部挡土板上，裂缝从挡土板顶端开始，自上而下竖向分布，且均为贯穿裂缝，宽度按发育程度不同，在15mm之间，且裂缝有持续发育趋势，危及结构的正常使用，围墙挡土墙裂缝见图2。3原因分析根据裂缝发育状态，初步猜测为受弯构件受力过大引起裂缝。根据挡土板受土压力等水平向力作用形式，可简化为简支梁结构，根据均布荷载下简支梁的挠度公式5ql*(1)384EI其中惯性矩为图2围墙挡土墙裂缝bh3I=(2)12由式（1）和式（2）可知，挡土墙的高度和长度是98路桥与市政工程影响程度最大的因素。挡土板高度越小，挡土墙截面惯性矩越小，挡土墙跨中部分变形越大。挡土板长度越大，截面惯性矩不变，挡土墙跨中部分变形越大。4方案制定根据分析，针对竖向裂缝问题，从改变结构形式及构造组成两方面考虑，制定解决方案如下。方案一：取消分段式设计形式，将上部围墙板和下部挡土墙板合并（整板同步受力）。方案二：保留分段式设计形式，增加独立基础及柱个数，减少围墙板的跨度。方案三：围墙尺寸及结构形式保持不变，取用更高标号的钢筋和混凝土。5方案比选分别讨论三个方案的优缺点（见表1）。表1三个方案的优缺点方案原理优点缺点通过增大截面不增加钢筋混改变结构型式，方案一惯性矩减小变形凝土材料增加预制件类型通过减小跨度不改变结构增加基础和柱工方案二减小变形型式程量，增加成本通过增大弹性不改变结构使用更高标号材方案三模量减小变形型式料，增加成本首先根据经济性及施工可行性，方案二、方案三会显著增加施工成本，不利于推进施工。而方案一可在不增加施工成本的前提下进行，故选择方案一。需要验证方案一中通过合并上部围墙板及下部挡土板，以增加受弯构件高度的方案（以下简称“整板方案”），与原设计的分段式围墙（以下简称“原方案”）进行对比，验证方案一是否具有力学可行性，以理论方法进行如下验证。图3为整板方案的受力示意图，图中考虑土压力（E）、风荷载（W）以及附加荷载（A）的水平向力组合，在相邻两独立基础上受力可视为三铰简支梁。所受最大土压力E=0.33kN/mX18mX1=5.94kN/m(3)所受最大附加荷载A=0.33kN/mX5mX1=1.65kN/m(4)所受最大风荷载W=1.06kN/m（根据沙特当地风速风压表查阅）(5)综合受力图，由图乘法可求得等价均布荷载q=2.11kN/m，弹性模量E按C20配筋混凝土常用值2 X104取值。3600W000TAE图3整板方案的受力示意图图（单位：mm）因此，最大挠度5ql5ql5X2.113.64384EI32Ebh332X2X10*X0.1X3.43=0.704(mm)图4为原方案的受力示意图。因挡土墙段较矮，不考虑风荷载，仅考虑土压力（E）、附加荷载（A）的水平向力组合，在相邻两独立基础上受力可视为三铰简支梁。3600000T图4原方案的受力示意图(单位：mm)所受最大土压力、最大附加荷载同式（3）、式（4)。综合受力图，由图乘法可求得等价均布荷载q=4.62kN/m2因此，最大挠度5ql45ql5X4.62X3.64384EI32Ebh332X2100.113=60.62(mm)可见采用整板方案较原方案可以大大降低挠度，从而可避免受弯裂缝的出现。6数值模拟通过数值软件模拟建模，得到原方案和整板方案下围墙板受水平向力荷载作用下的变形见图5和图6。由图5和图6 明显可知：（1）采用原方案分段式设计时，上部围墙板和下部挡土墙板均发生变形。上部围墙板主要受风荷载作用，下部挡土墙板主要受土压力和附加荷载影响。分段式设99分段式装配式围墙裂缝的分析与处理图5原方案变形图6整板方案变形计使上下两部分均发生变形且缺乏整体性，进一步加重裂缝的发育。（2）采用整板方案整体式设计时，整板受土压力、附加荷载和风荷载共同作用，在竖向力作用下变形规律与简支梁一致，跨中部变形最大；在横向力作用下变形规律与悬臂梁一致，顶部自由端变形最大；因此最大变形在整块板的跨中顶部，最大变形量约为2.3 8 mm，比理论计算结果略大，但基本在可控范围内。（3）对比图5 和图6，整板方案相较原方案整体性更强，变形尤其是底部挡土部分变形大幅度减少，基本满足挠度验算要求，可有效避免受弯裂缝出现。7工程应用通过理论计算及数值模拟计算，验证了整板方案的可行性，决定应用于实际工程中。将原有出现裂缝的挡土墙板及对应的上部围墙板进行替换，不改变混凝土构件的强度标号及钢筋等级，即仍使用C20预拌混凝土及$5mm150mm150mm双层钢筋网片，预制成型并蒸汽养护至合格强度后，根据图纸要求运输安装。观察一周后未出现裂缝，周围施工活动正常进行，2 8 d再度进行观察，仍未出现裂缝。此时各项施工活动已结束，包括活荷载在内的各项荷载加载已结束。因此可认定，采用整板方案可有效防治墙面裂缝。8结语综上所述，从发现问题，到分析原因，再到提出方案，理论验证，最终实际应用并检查反馈，遵循严谨的质量控制程序，运用理论计算及数值模拟等验证手段，最终提出有效方案，通过不断的研究和设计优化，最终顺利解决了工程现场遇到的质量难题。对工程项目质量控制，尤其是在管理理念复杂、管理水平各有差异的不同国别国际工程项目质量控制工作中，起到了很好的启示作用。参考文献1王炜装配式围墙在实际工程中的应用J贵州电力技术，2 0 15，18（6）：6 1-6 3，5 3.2谷中甲。装配式建筑后浇竖缝剪力墙拟静力试验研究 D.郑州：华北水利水电大学，2 0 2 1.3岑惠敏，邹贵通，林雨桥，等装配式建筑预制混凝土板裂缝预防及控制措施J居舍，2 0 2 0(16):47-48.4张正伟装配式混凝土构件裂缝质量控制研究J.中华建设，2 0 2 0（9）：4 0-4 1.5王志兵，俞荫洲预制混凝土装配式围墙的应用J住宅与房地产，2 0 2 0（4)：2 4 0.6张宇，李潇，刘远良，等分段式构造柱装配施工技术J.重庆建筑，2 0 2 2，2 1（5）：5 3-5 5.