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(qū)域總部項(xiàng)目作為一座山地混凝土結(jié)構(gòu)建筑，其在設(shè)計(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)等各階段，貫徹了綠色建筑理念，實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的環(huán)境友好和可持續(xù)性。本文主要分析華為廣西區(qū)域總部項(xiàng)目在基于綠色理念的山地建筑裂縫控制方面的實(shí)踐和成效。通過(guò)梳理工程概況，深入探討在設(shè)計(jì)、施工及養(yǎng)護(hù)階段采取的各項(xiàng)措施，揭示措施如何協(xié)同作用，有效控制建筑裂縫，同時(shí)促進(jìn)環(huán)境保護(hù)和資源節(jié)約。

1 工程概況

華為廣西區(qū)域總部項(xiàng)目總建筑面積為6.7 萬(wàn)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(wàn)m2。該項(xiàng)目共建設(shè)3 棟塔樓和2 層地下室。其中：1 號(hào)樓為研發(fā)用房，建筑高度為67.8 m，地上部分共13 層；2 號(hào)樓為值班休息樓，地上部分共10 層；3號(hào)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(qū)域總部項(xiàng)目單位工程情況

在本項(xiàng)目中，出現(xiàn)裂縫的位置為凹凸交接處的樓板、兩端陽(yáng)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(qū)域等。裂縫有著范圍廣、頻率高的特點(diǎn)，需要提出裂縫控制辦法，以此提升建筑的安全性和穩(wěn)定性，應(yīng)對(duì)山地環(huán)境的特點(diǎn)，達(dá)成提高山地土地資源利用率的綠色目標(biāo)[1]。

2 基于綠色理念的山地建筑裂縫控制措施

2.1 設(shè)計(jì)階段

2.1.1 引入綠色補(bǔ)償收縮混凝土技術(shù)

項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段引入綠色補(bǔ)償收縮混凝土技術(shù)，考慮建筑所在地的氣候條件、地質(zhì)特征以及建筑的預(yù)期使用壽命等因素，采用前沿技術(shù)和特殊的添加劑以及材料配方。使用氣候數(shù)據(jù)模擬軟件，分析該地區(qū)的溫度、濕度、降水量等對(duì)混凝土性能的影響。根據(jù)氣候特點(diǎn)選擇合適的混凝土配方。如在高溫多濕地區(qū)，使用能夠抵抗?jié)駳夂蜔崃坑绊懙幕炷令愋蚚2]。

采用地質(zhì)勘探和探地雷達(dá)（Ground Penetrating Rada，GPR）技術(shù)，詳細(xì)了解地下結(jié)構(gòu)和土壤類型。根據(jù)土壤的承載能力和穩(wěn)定性，選擇合適的混凝土強(qiáng)度和骨料類型。結(jié)合建筑物預(yù)期的使用壽命，確定混凝土的耐久性級(jí)別。使用壽命周期評(píng)估工具，評(píng)估不同材料和結(jié)構(gòu)方案的長(zhǎng)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(shí)間和流動(dòng)性，以適應(yīng)特定的環(huán)境條件。引入微粒材料，如硅灰或飛灰，提高混凝土的密實(shí)性和耐久性。使用再生材料和局部材料，降低環(huán)境影響，提升資源循環(huán)利用率。

2.1.2 設(shè)計(jì)混凝土配合比

在華為廣西區(qū)域總部項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)一種滿足綠色建筑理念的混凝土配方。考慮到強(qiáng)風(fēng)化泥巖和中風(fēng)化泥巖層的不同承載力和穩(wěn)定性，進(jìn)行了混凝土在強(qiáng)度和穩(wěn)定性上的差異化設(shè)計(jì)。項(xiàng)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(duì)混凝土的抗?jié)B性和耐久性提出了更高的要求。

為了達(dá)成項(xiàng)目目標(biāo)，設(shè)定混凝土的28 d 抗壓強(qiáng)度為C40 級(jí)，確保混凝土在28 d 時(shí)，達(dá)到或超過(guò)40 MPa 的抗壓強(qiáng)度[3]。選用P.O42.5R 型普通硅酸鹽水泥。高品質(zhì)水泥有利于提高混凝土的早期和后期強(qiáng)度，保證結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。同時(shí)，采用聚羧酸系高效減水劑，不僅能大幅提高混凝土的流動(dòng)性，還能在保持較低水膠比的前提下，進(jìn)一步增強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度和耐久性。減水劑的使用是實(shí)現(xiàn)綠色建筑目標(biāo)的關(guān)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(shí)際施工前，對(duì)設(shè)計(jì)的混凝土配合比進(jìn)行了一系列試驗(yàn)，以確保其性能滿足項(xiàng)目要求。試驗(yàn)包括抗壓強(qiáng)度測(cè)試、坍落度測(cè)試和抗?jié)B性測(cè)試，以檢驗(yàn)混凝土的各項(xiàng)性能是否達(dá)標(biāo)，具體測(cè)試內(nèi)容包括：第1，抗壓強(qiáng)度測(cè)試。通過(guò)抗壓強(qiáng)度測(cè)試，確保混凝土能夠達(dá)到預(yù)定的C40 標(biāo)準(zhǔn)。第2，坍落度測(cè)試。通過(guò)坍落度測(cè)試，檢測(cè)混凝土的工作性，確保其易于施工。第3，抗?jié)B性測(cè)試。考慮到地下水位的影響，進(jìn)行必要的抗?jié)B性能測(cè)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(xiàng)目施工階段，采取了一系列精細(xì)化管理措施，在確保裂縫控制同時(shí)，遵循綠色建筑原則。在項(xiàng)目實(shí)施前期，通過(guò)深入勘查地形和地質(zhì)，識(shí)別地形坡度約15°，土壤類型為黏土，地下水位4 m。這些關(guān)鍵參數(shù)為施工計(jì)劃的確定和材料的選擇提供了科學(xué)依據(jù)[4]。通過(guò)測(cè)試水泥、骨料和添加劑的環(huán)保性能與物理特性，確保材料符合綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)，其中水泥的28 d抗壓強(qiáng)度為42 MPa。

本項(xiàng)目特別強(qiáng)調(diào)多學(xué)科技術(shù)團(tuán)隊(duì)合作的重要性。通過(guò)多次跨專業(yè)團(tuán)隊(duì)會(huì)議，確保了各方明確理解項(xiàng)目的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。針對(duì)季節(jié)性暴雨和材料供應(yīng)不穩(wěn)定等潛在風(fēng)險(xiǎn)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)制定了周密的應(yīng)急預(yù)案。

在施工流程設(shè)計(jì)上，提出了一套高效作業(yè)流程，包括覆蓋地面平整、模板搭建和混凝土澆筑等關(guān)鍵階段，確保工序的連續(xù)性和施工效率。針對(duì)山地的地形特點(diǎn)，選用泵送澆筑法，有效適應(yīng)了復(fù)雜地形。同時(shí)，精選施工機(jī)械，如小型挖掘機(jī)和混凝土泵車，使對(duì)環(huán)境的影響最小化。為保證施工質(zhì)量，本項(xiàng)目設(shè)定混凝土28 d 的抗壓強(qiáng)度目標(biāo)值為35 MPa，并進(jìn)行定期強(qiáng)度測(cè)試。此外，還引入數(shù)學(xué)模型，輔助監(jiān)控施工進(jìn)度和混凝土強(qiáng)度。采用施工進(jìn)度預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)施工進(jìn)度。施工進(jìn)度預(yù)測(cè)模型：

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

采用混凝土強(qiáng)度預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)混凝土強(qiáng)度。混凝土強(qiáng)度預(yù)測(cè)模型：

式中：S(x)為時(shí)間為x時(shí)的混凝土強(qiáng)度；x為混凝土凝固時(shí)間；42 為混凝土強(qiáng)度的最大值；a為混凝土強(qiáng)度隨時(shí)間的增長(zhǎng)速率。這個(gè)指數(shù)函數(shù)形式意味著隨著時(shí)間的增加，混凝土強(qiáng)度逐漸接近其最大值，但增長(zhǎng)速率逐漸減慢。

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)詳細(xì)制定了材料清單和施工進(jìn)度表，以確保項(xiàng)目管理的透明化和效率。材料清單詳細(xì)列明了各類材料的類型、數(shù)量和價(jià)格。而施工進(jìn)度表則具體記錄了每個(gè)施工階段的預(yù)計(jì)開(kāi)始和結(jié)束日期[5]。

2.2.2 控制模板設(shè)計(jì)與安裝質(zhì)量

使用強(qiáng)度等級(jí)不低于C30 的混凝土進(jìn)行模板支撐結(jié)構(gòu)制作。模板安裝時(shí)，確保連接縫隙不大于2 mm，以減少漏漿現(xiàn)象。對(duì)于高度超過(guò)5 m 的墻體模板，應(yīng)采用加固措施進(jìn)行加固，如設(shè)置橫向和縱向支撐。底模拆除時(shí)的混凝土強(qiáng)度要求，如表3 所示。

表3 底模拆除時(shí)的混凝土強(qiáng)度要求

2.2.3 控制混凝土澆筑過(guò)程

在混凝土制備與運(yùn)輸階段，選擇強(qiáng)度等級(jí)為C40 的預(yù)拌混凝土，以適應(yīng)山地地形的復(fù)雜性。在混凝土運(yùn)輸過(guò)程中，確保攪拌車每3 min 進(jìn)行1次全車攪拌，以保持混凝土均勻。運(yùn)輸時(shí)間應(yīng)控制在60 min 內(nèi)，避免混凝土初凝，過(guò)程為：

1）澆筑準(zhǔn)備階段，細(xì)致檢查模板和鋼筋，確保鋼筋間距不超過(guò)20 cm。檢查保護(hù)層，確保保護(hù)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(yīng)控制混凝土澆筑速度，1 h 澆筑量不應(yīng)超過(guò)50 m3。澆筑完成后，使用振搗棒對(duì)混凝土進(jìn)行振搗，振搗時(shí)間應(yīng)控制在15 ～30 s。在澆筑過(guò)程中，若遇高溫天氣，應(yīng)采取遮陽(yáng)措施或噴水降溫，確保混凝土的品質(zhì)不受天氣影響。

澆筑完成后，應(yīng)立即進(jìn)行表面覆蓋，使用濕潤(rùn)的麻袋或塑料薄膜覆蓋其表面，以保持混凝土的濕度。養(yǎng)護(hù)期不得少于7 d，期間應(yīng)定期檢查和維護(hù)覆蓋材料，確保混凝土均勻養(yǎng)護(hù)。

在施工過(guò)程中，應(yīng)定期進(jìn)行混凝土抗壓強(qiáng)度測(cè)試，確保其達(dá)到設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度。同時(shí)要對(duì)施工人員定期進(jìn)行安全教育和技術(shù)培訓(xùn)，確保操作規(guī)范，提高他們的安全意識(shí)。在施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)設(shè)置專用的廢物處理區(qū)，確保廢料及時(shí)清理，減少環(huán)境污染。使用低噪聲施工設(shè)備，以減少噪聲干擾。

2.2.4 施工預(yù)演

智能化技術(shù)顯著提高了施工的效率和安全性。利用虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）技術(shù)和建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)，在三維虛擬環(huán)境中模擬施工場(chǎng)景，如機(jī)械操作、材料運(yùn)輸路徑及施工步驟等。在預(yù)演階段，通過(guò)VR 模擬，減少了約30%的預(yù)備時(shí)間，提高了項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對(duì)施工場(chǎng)景的熟悉度。施工模擬減少了20%的現(xiàn)場(chǎng)施工錯(cuò)誤，降低了安全事故發(fā)生率[6]。無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)和智能傳感器技術(shù)的結(jié)合，為施工現(xiàn)場(chǎng)提供了全面的監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析。通過(guò)無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)，項(xiàng)目的進(jìn)度追蹤和安全監(jiān)控效率提高了約40%。智能傳感器的應(yīng)用提高了質(zhì)量控制的精確度，減少了約10%的材料浪費(fèi)和返工。

2.3 養(yǎng)護(hù)階段

2.3.1 細(xì)化養(yǎng)護(hù)辦法

養(yǎng)護(hù)期間應(yīng)保持恒定的溫濕度環(huán)境。在可能的情況下，使用溫控設(shè)備和加濕設(shè)備，確保混凝土在最適宜的溫濕度條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，避免因環(huán)境波動(dòng)引起的裂縫。在混凝土表面覆蓋濕潤(rùn)麻袋或高效保濕薄膜，使混凝土表面保持持續(xù)濕潤(rùn)狀態(tài)。這樣有助于減少水分蒸發(fā)，控制混凝土的收縮，有效防止裂縫的產(chǎn)生。對(duì)大體積混凝土，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)乃療峥刂拼胧缡褂玫蜔崴嗷蛟诨炷林袚饺敕勖夯业裙I(yè)副產(chǎn)品，以減少水化產(chǎn)生的熱量，防止裂縫產(chǎn)生。不僅有助于裂縫控制，也是綠色建筑理念的體現(xiàn)。

養(yǎng)護(hù)階段采用分段施工技術(shù)，以減少混凝土整體收縮和熱脹冷縮產(chǎn)生的應(yīng)力。通過(guò)分段澆筑和逐段養(yǎng)護(hù)，可以更加有效地控制混凝土的應(yīng)力狀態(tài)，從而減少裂縫風(fēng)險(xiǎn)。養(yǎng)護(hù)過(guò)程中要定期檢測(cè)和評(píng)估混凝土，監(jiān)測(cè)裂縫的寬度、深度和分布。通過(guò)檢測(cè)數(shù)據(jù)，可以及時(shí)調(diào)整養(yǎng)護(hù)方法，確保裂縫控制措施的有效性。引入具有收縮補(bǔ)償功能的養(yǎng)護(hù)助劑，如膨脹劑和緩凝劑，以優(yōu)化混凝土的硬化過(guò)程，進(jìn)一步防止裂縫的形成。要優(yōu)先選擇環(huán)境友好型材料和技術(shù)，以減少養(yǎng)護(hù)過(guò)程中對(duì)環(huán)境的影響。

2.3.2 監(jiān)測(cè)過(guò)程數(shù)據(jù)

由于溫度和濕度的變化會(huì)影響混凝土的收縮與膨脹，應(yīng)通過(guò)溫濕度傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)控施工現(xiàn)場(chǎng)的溫度和相對(duì)濕度，有助于及時(shí)調(diào)整養(yǎng)護(hù)條件，避免因環(huán)境變化引起的裂縫[7]。使用混凝土成熟度計(jì)和其他測(cè)試設(shè)備，定期檢測(cè)混凝土的強(qiáng)度發(fā)展情況。通過(guò)監(jiān)測(cè)混凝土的硬化速率和達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的時(shí)間，合理安排后續(xù)的施工步驟，確保混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。使用裂縫寬度計(jì)和顯微鏡等設(shè)備，監(jiān)測(cè)混凝土表面的裂縫寬度、深度和分布情況。有助于評(píng)估裂縫控制措施的效果，便于及時(shí)采取補(bǔ)救措施。監(jiān)測(cè)養(yǎng)護(hù)過(guò)程中的環(huán)境影響，內(nèi)容包括養(yǎng)護(hù)材料的環(huán)保性能、養(yǎng)護(hù)過(guò)程中的能耗和廢物產(chǎn)生情況，有助于評(píng)估項(xiàng)目是否符合綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)為改進(jìn)措施的選擇提供依據(jù)。通過(guò)養(yǎng)護(hù)階段的過(guò)程監(jiān)控，有效地實(shí)現(xiàn)了裂縫控制，同時(shí)確保了建筑的環(huán)保和可持續(xù)性。

3 基于綠色理念的山地建筑裂縫控制效果

通過(guò)使用綠色補(bǔ)償收縮混凝土技術(shù)，該項(xiàng)目在原材料方面的成本降低了10%，節(jié)約了約200 萬(wàn)元。長(zhǎng)期來(lái)看，有效的裂縫控制使項(xiàng)目維修成本比傳統(tǒng)建筑降低了約30%，維護(hù)費(fèi)用減少了約300 萬(wàn)元。由于建筑質(zhì)量和耐久性的提高，建筑市場(chǎng)價(jià)值提升了15%，約500 萬(wàn)元。通過(guò)減少裂縫，降低了維修頻次，提高了使用者的使用體驗(yàn)。項(xiàng)目實(shí)施后，社區(qū)環(huán)保活動(dòng)的參與度提高了25%，體現(xiàn)出人們對(duì)綠色建筑和可持續(xù)發(fā)展認(rèn)識(shí)的提升。通過(guò)使用環(huán)保材料和優(yōu)化的施工方法，項(xiàng)目的碳排放量比傳統(tǒng)建筑降低了20%，二氧化碳排放量減少了約500 t。通過(guò)優(yōu)化混凝土配合比和施工方法，節(jié)約了約15%的建筑材料，減少了資源浪費(fèi)。

4 結(jié)語(yǔ)

華為廣西區(qū)域總部項(xiàng)目通過(guò)引入創(chuàng)新綠色補(bǔ)償收縮混凝土技術(shù)、科學(xué)設(shè)計(jì)混凝土配合比、優(yōu)化施工方案及養(yǎng)護(hù)辦法，成功實(shí)現(xiàn)了山地建筑裂縫的有效控制。不僅提升了建筑的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益，也為綠色建筑理念的推廣和實(shí)踐樹(shù)立了新的標(biāo)桿。