砌體裂縫原因分析及預(yù)防措施

陳保國,呂知鑫

(長江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院,武漢 430212)

砌體結(jié)構(gòu)是把塊狀材用砂漿通過人工砌筑而形成的一種建筑結(jié)構(gòu),以磚、石作為塊材的砌體結(jié)構(gòu)在我國已有兩千多年的歷史,至今還在廣泛應(yīng)用。然而砌體的抗拉強(qiáng)度低、自重大、抗震性差,砌體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的情況很普遍。砌體一旦出現(xiàn)裂縫可能對整座建筑物產(chǎn)生重大影響,不僅影響美觀、降低房屋整體剛度,且給人以不安全感。有的裂縫是造成墻面滲漏的主要原因,甚至還危及結(jié)構(gòu)安全。

筆者以工程實(shí)踐為基礎(chǔ),結(jié)合理論分析,探討砌體裂縫的主要原因、不同砌體裂縫的危害性等問題,并提出了砌體裂縫的預(yù)防措施。

1 砌體裂縫的常見原因

通過大量的調(diào)查資料分析,砌體裂縫的主要原因有:地基的不均勻沉降、溫度變形、設(shè)計(jì)構(gòu)造不當(dāng)、材料質(zhì)量差、施工質(zhì)量低劣等方面。

1.1 地基的不均勻沉降

地基的不均勻變形引起的裂縫主要有以下幾種原因:

(1)地基的沉降差大。長高比較大的磚混結(jié)構(gòu)房屋中,兩端與中部的沉降差較大時(shí),在房屋底層、縱橫墻兩端產(chǎn)生斜裂縫。

(2)地基硬度突變又未采取適當(dāng)措施。丘陵地區(qū)房屋一部分建造在巖石上,另一部分建在土層或填土上;改造房屋基礎(chǔ)沒完全拆除作為基礎(chǔ)持力層、另一部分建在土層上,不均勻沉降導(dǎo)致房屋折斷,出現(xiàn)豎向裂縫。

(3)地基的局部塌陷。位于防空洞、古井上的砌體,因地基局部塌陷而產(chǎn)生水平裂縫、斜裂縫。

(4)地基的凍脹。北方地區(qū)房屋基礎(chǔ)埋深不足,地基土又具有凍脹性,導(dǎo)致砌體產(chǎn)生斜裂縫或豎向裂縫。

(5)地基浸水。填土地基或濕陷黃土地基局部浸水后產(chǎn)生不均勻沉降而產(chǎn)生斜裂縫。

(6)相鄰建筑物的影響。新建高大建筑物造成鄰近的原有建筑物產(chǎn)生附加沉降而裂縫,常見為斜裂縫。

(7)地基處理的材料性能不穩(wěn)定。如武鋼在上世紀(jì)八十年代為了處理工業(yè)礦渣,廣泛用于地基換填和場坪、路基回填,由于對工業(yè)礦渣的活性沒有充分認(rèn)識、部分活性礦渣在地下被水浸泡以后產(chǎn)生不均勻膨脹,導(dǎo)致房屋產(chǎn)生大量不規(guī)則裂縫。三煉鋼廢鋼堆存間辦公樓最大裂縫達(dá)到50mm,影響房屋的正常使用,最后不得不拆除;硅鋼水泵房耗資30萬元進(jìn)行整體加固。

地基不均勻沉降造成的裂縫多出現(xiàn)房屋的下部,少數(shù)可發(fā)展到2～3層;對長條形房屋,裂縫大多出現(xiàn)兩端附近;其它形狀的房屋裂縫多在沉降變化劇烈處附近;一般出現(xiàn)在縱墻上。

1.2 溫度變形

(1)因日照及氣溫變化,不同材料及不同結(jié)構(gòu)部位的變形不一致,同時(shí)又存在較強(qiáng)大的約束,由此產(chǎn)生較高的溫度應(yīng)力。磚混結(jié)構(gòu)頂層磚墻因日照氣溫變化,以及兩種材料的溫度膨脹系數(shù)不同,鋼筋混凝土的線膨脹系數(shù)為(1～1.4)×10-5/℃,磚砌體的線膨脹系數(shù)為(0.5～0.8)×10-5/℃。當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí),兩種材料將產(chǎn)生各自不同的變形,必然在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力。當(dāng)溫度升高時(shí),鋼筋混凝土變形大于磚,磚墻阻礙屋蓋伸長,因此在屋蓋中產(chǎn)生壓應(yīng)力,在墻體中引起拉應(yīng)力和剪應(yīng)力。當(dāng)墻體中主拉應(yīng)力超過砌體的抗拉強(qiáng)度時(shí),墻體中產(chǎn)生斜裂縫和水平裂縫。

(2)氣溫和環(huán)境溫度的溫差太大。房屋的長度大,又不按規(guī)定設(shè)置伸縮縫造成貫穿房屋全高的豎向裂縫。

(3)房屋結(jié)構(gòu)溫度變形擠壓墻體,在墻體內(nèi)產(chǎn)生較高的剪應(yīng)力或彎曲拉應(yīng)力。單層工業(yè)廠房的房蓋因日照而產(chǎn)生溫度膨脹,擠壓廠房端部的墻體,而產(chǎn)生接近水平的裂縫。

溫度裂縫多出現(xiàn)在房屋的頂端附近,以兩端為最常見;裂縫在縱墻、橫墻上都可能出現(xiàn)。

1.3 建筑設(shè)計(jì)構(gòu)造不當(dāng)

(1)沉降縫設(shè)置不當(dāng)。當(dāng)房屋長度較大,沉降縫沒有設(shè)在沉降最大處。另外沉降縫寬度不夠,沉降變形后縫兩側(cè)的砌體受擠壓而開裂。

(2)新舊建筑連接不當(dāng)。在原有建筑擴(kuò)建時(shí),基礎(chǔ)未分離,新舊砌體砌成整體,在結(jié)合處產(chǎn)生裂縫。

(3)不同結(jié)構(gòu)材料混用,又未采取適當(dāng)措施。當(dāng)鋼筋混凝土梁出現(xiàn)過大變形(但在梁的允許范圍內(nèi)),引起梁上砌體產(chǎn)生裂縫。

(4)建筑結(jié)構(gòu)整體性差。磚混結(jié)構(gòu)房屋中混凝土圈梁不交圈而引起墻面出現(xiàn)裂縫。

(5)大洞口墻體構(gòu)造不當(dāng)。大窗臺下墻體出現(xiàn)上寬下窄的豎向裂縫。

1.4 材料質(zhì)量差

(1)砂漿體積不穩(wěn)定。水泥安定性不合格,引起砂漿體積不斷膨脹造成砌體開裂。

(2)磚體積不穩(wěn)定。采用出廠不久的灰砂磚砌墻,因磚體積收縮而產(chǎn)生裂縫。

1.5 施工質(zhì)量低劣

(1)磚體中通縫、重縫多。砌墻時(shí),集中使用斷磚,通縫、重縫多而出現(xiàn)不規(guī)則的裂縫。

(2)組砌方法不合理,漏放構(gòu)造鋼筋。內(nèi)外墻連接處沒按要求留置斜槎而留成直槎,直槎又沒按要求放置拉結(jié)鋼筋,導(dǎo)致內(nèi)、外墻連結(jié)處產(chǎn)生豎向裂縫。

(3)留洞不當(dāng)。在不該留腳手眼的墻體上留腳手眼,導(dǎo)致墻體開裂。

1.6 粉煤灰磚的收縮變形引起裂縫

從粉煤灰磚建筑墻體裂縫特征分析,主要是由于砌體的收縮變形引起的。粉煤灰磚其自然含水狀態(tài)的收縮率為0.23～0.4mm/m,出釜5～7天的收縮率約占總收縮率的50%,因此出釜磚包括在工廠時(shí)間及在工地存放時(shí)間宜在2周以上才能用于砌墻。

2 裂縫的預(yù)防

從磚砌體裂縫產(chǎn)生的原因分析中不難看出,預(yù)防砌體裂縫可以從建筑構(gòu)造和施工兩方面來著手。

2.1 建筑構(gòu)造方面

(1)建筑平面造形在滿足使用要求的前提下力求簡單,高度差異、荷載差異不宜過大。因?yàn)椤肮ぁ薄癓”“山”字形等平面形狀復(fù)雜的建筑物,在其縱、橫單元相交處基礎(chǔ)密集,地基應(yīng)力重疊,在軟弱地基上容易出現(xiàn)較大的不均勻沉降。實(shí)踐證明,建筑體型復(fù)雜的建筑物,不均勻沉降是造成墻身開裂的主要原因。

(2)合理設(shè)置沉降縫,將建筑物劃分為幾個剛度較好的部分。建筑體型較復(fù)雜時(shí),應(yīng)根據(jù)其平面形狀、高度差異(或荷載差異)、地質(zhì)情況相差在建筑物適當(dāng)部位設(shè)置沉降縫將其劃分成幾個剛度好,即長高比較小的單元。這樣可以減少因地基不均勻沉降在墻體內(nèi)引起的應(yīng)力,避免墻身開裂。

沉降縫的設(shè)置應(yīng)優(yōu)先考慮以下部位:

①建筑平面的轉(zhuǎn)折處;

②高度相差(或荷載差異)較大處;

③長高比過大的砌體承重結(jié)構(gòu)的適當(dāng)部位;

④建筑結(jié)構(gòu)(或地基)類型不同處;

⑤分期建造的房屋的交界處。

(3)合理設(shè)置伸縮縫。為了防止房屋在正常使用條件下,由溫度變化或墻體干縮引起的墻體豎向裂縫,應(yīng)在墻體中設(shè)置伸縮縫。伸縮縫應(yīng)設(shè)在因溫度和收縮變形引起應(yīng)力集中,砌體產(chǎn)生裂縫較大的地方。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范明確規(guī)定了伸縮縫的最大間距。伸縮縫的寬度一般為20～30mm。

(4)調(diào)整各部分的荷載分布、基礎(chǔ)寬度或埋置深度。當(dāng)?shù)鼗痪鶆虺两党^容許值時(shí),可適當(dāng)調(diào)整房屋各部分的荷載分布或采用不同的基礎(chǔ)寬度和埋深,以達(dá)到均勻沉降的目的。

(5)鋼筋混凝土屋蓋宜設(shè)置保溫、隔熱層,減少屋蓋的溫度變形。為了適應(yīng)剛性防水屋面的變形,結(jié)構(gòu)層屋面板的支座處最好做成活動支座。

(6)增加基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的整體剛度和強(qiáng)度。對于多層磚混結(jié)構(gòu)的承重墻,由于可能承受上部集中荷載、開洞以及其它因素,會造成墻體的強(qiáng)度及穩(wěn)定性有所降低,因此要考慮對墻身采取加固措施。

①墻體內(nèi)設(shè)置鋼筋混凝土圈梁。圈梁應(yīng)形成封閉,當(dāng)圈梁遇洞口不能封閉時(shí)應(yīng)設(shè)置附加圈梁?；A(chǔ)頂部應(yīng)設(shè)置地圈梁一道;

②在內(nèi)、外墻交界處及墻體轉(zhuǎn)角處設(shè)置構(gòu)造柱,構(gòu)造柱應(yīng)留馬牙槎和拉結(jié)鋼筋;

③在大洞口窗臺墻設(shè)置鋼筋磚。窗臺下設(shè)3Φ6的鋼筋或鋼筋網(wǎng)片,每邊伸入墻內(nèi)不少于500mm;

④鑲?cè)雺?nèi)的表箱是墻體薄弱部位,也應(yīng)在箱洞口上下砌體內(nèi)加配水平縫鋼筋。

2.2 施工方面

(1)加強(qiáng)地基的檢查與驗(yàn)收工作。待基槽挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后,應(yīng)由勘察和設(shè)計(jì)部門會同驗(yàn)槽后,方可進(jìn)行基礎(chǔ)工程施工。因?yàn)榻ㄖ牡鼗突A(chǔ)設(shè)計(jì)主要是以工程地質(zhì)勘察資料為依據(jù)的,而工程地質(zhì)勘察的鉆探工作又只能在一棟建筑物周圍地基的幾個點(diǎn)上進(jìn)行,所以兩鉆孔間的地層變化規(guī)律是無法準(zhǔn)確無誤地加以描述的。有的工程甚至無地質(zhì)資料,只能參考原建房屋的地基承載力值來進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。

(2)合理安排施工順序。在基礎(chǔ)施工中,當(dāng)相鄰建筑物間距較近時(shí),一般應(yīng)先施工較深的基礎(chǔ),以防止深基坑開挖破壞已建基礎(chǔ)的地基。當(dāng)建筑物各部分荷載相差較大時(shí),為減少其不均勻沉降,一般應(yīng)先施工重、高部分,后施工輕、低部分。上部結(jié)構(gòu)的構(gòu)造柱施工,應(yīng)先砌墻后澆柱,同時(shí)墻柱之間應(yīng)用拉結(jié)鋼筋聯(lián)結(jié)。

(3)材料的強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。磚墻是用砂漿將磚按照一定的方式組砌而成的。砂漿和磚的強(qiáng)度直接影響砌體的質(zhì)量。從大量的磚砌體裂縫實(shí)例中可以看到,大多數(shù)裂縫都出現(xiàn)在砂漿層中,因此尤應(yīng)防止砂漿強(qiáng)度不足。故要十分重視砌筑砂漿中的原材料使用、配合比計(jì)量及拌和等常見問題的糾正,禁止使用已凝結(jié)的砂漿。

(4)保證砌筑質(zhì)量。砌筑時(shí),組砌方法要合理,磚縫必須橫平豎直,錯縫搭連,避免通縫。同時(shí)磚縫砂漿必須飽滿,厚薄均勻,使磚均勻受壓。

磚墻的轉(zhuǎn)角處和交接處應(yīng)同時(shí)砌筑,對不能同時(shí)砌筑而又必須留置的臨時(shí)間斷處,應(yīng)砌斜槎,斜槎的水平投影長度不應(yīng)小于高度的2/3。如留斜槎有困難時(shí),除轉(zhuǎn)角處外,也可留直槎,但必須做成陽槎,并加設(shè)拉接鋼筋。

施工時(shí)下列部位不應(yīng)留腳手眼:半磚墻、獨(dú)立磚柱、寬度小于1 000mm的窗間墻、砌體門窗洞口兩側(cè)200mm和轉(zhuǎn)角450mm范圍內(nèi)、梁下及左右500mm。腳手眼補(bǔ)砌時(shí),砂漿應(yīng)飽滿,不應(yīng)用干磚填塞。

磚在使用前應(yīng)澆水,碎磚不集中使用。

(5)對干蒸壓粉煤灰磚應(yīng)注意的問題。出釜磚存放時(shí)間不應(yīng)少于2周,最少不得少于10天才能用于砌墻,以減少砌上墻后砌體的干縮值。

工程質(zhì)量是基本建設(shè)各方面工作的綜合反映,只有從設(shè)計(jì)到施工堅(jiān)持搞好全面質(zhì)量管理,才能確保工程質(zhì)量,防止事故的發(fā)生。