探究大跨度廠房樓板規(guī)律性裂縫原因

嚴(yán) 良

(福建發(fā)展集團(tuán)有限公司，福建 福州 350000)

1 工程概況

某工業(yè)廠區(qū)12 號(hào)廠房為四層兩跨鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，總建筑面積6 000 m2，跨度分別為7.4 m 和8.4 m，主體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)采用強(qiáng)度等級(jí)為C30 的商品混凝土澆筑，板厚度120 mm～130 mm，現(xiàn)澆板底筋為雙向單層Φ8@200 配筋，沿板四周布置附加筋Φ8@110 mm～140 mm;廠房2 層～4 層現(xiàn)澆樓面板在澆筑完成2 個(gè)月后發(fā)現(xiàn)了大面積的貫通性裂縫，寬度約為0.3 mm～1 mm，其中2 層約44%梁存在開(kāi)裂，3 層、4 層尤為嚴(yán)重，約50%梁存在寬度大于0.3 mm 貫穿性裂縫;板裂縫順著主次梁寬度與梁平行有規(guī)律分布，且開(kāi)裂位置均沿梁兩側(cè)同等寬度并與梁同長(zhǎng)，屋面、墻體未見(jiàn)開(kāi)裂。

2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)及施工情況

2.1 樓板實(shí)體檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)人員利用樓板測(cè)厚儀對(duì)廠房1 層～3 層樓板進(jìn)行了抽樣檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果為:樓板厚度為120 mm(設(shè)計(jì)值)，實(shí)測(cè)值在117～123 之間;樓板厚度為130 mm(設(shè)計(jì)值)，樓板厚度實(shí)測(cè)值在128～133 之間;檢測(cè)結(jié)果表明樓板的實(shí)際厚度均勻一致，符合要求。負(fù)筋間距數(shù)據(jù)符合要求。

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)人員用全自動(dòng)混凝土數(shù)顯回彈儀對(duì)1 層～3 層樓板進(jìn)行了強(qiáng)度測(cè)試，檢測(cè)結(jié)果范圍在31.6～34.8 之間，依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50009—2001 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范、GB 50010—2002 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，該結(jié)果在設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度C30 強(qiáng)度允許偏差值范圍內(nèi)，對(duì)該廠房三層樓板鉆取芯樣進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，結(jié)果也同樣表明樓板強(qiáng)度在原設(shè)計(jì)允許偏差值范圍內(nèi)，符合規(guī)范要求。

2.2 樓板裂縫檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)人員利用裂縫測(cè)寬儀和深度尺對(duì)廠房的2 層～4 層樓板裂縫進(jìn)行了普遍檢查。檢查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，3 層～4 層樓板裂縫多為貫穿裂縫，且裂縫均沿梁頂板兩側(cè)同梁寬，走向規(guī)則，裂縫最大寬度達(dá)到1.2 mm;柱、梁、墻體及屋面上未發(fā)現(xiàn)裂縫，同時(shí)在兩處開(kāi)裂處做灰餅拉裂試驗(yàn)，1 個(gè)月后觀察均未見(jiàn)有拉裂，說(shuō)明該樓裂縫已穩(wěn)定，裂縫沒(méi)有繼續(xù)擴(kuò)大趨勢(shì)。

2.3 拆模時(shí)間

1 層～3 層拆模時(shí)間平均為12 d～15 d;4 層屋面平均為20 d;拆模順序次梁、連梁、主梁模板支撐為同時(shí)拆除，未保留梁底支撐，且沒(méi)有拆模報(bào)告，拆模時(shí)強(qiáng)度均是否達(dá)到100%不得而知。

2.4 施工過(guò)程

該混凝土施工期間為冬季，1 層～3 層混凝土澆筑時(shí)間為11月份，當(dāng)時(shí)平均氣溫為10 ℃;4 層為12月份澆筑，當(dāng)時(shí)平均氣溫為4 ℃;澆筑過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)混凝土構(gòu)件均未覆蓋，采用自然養(yǎng)護(hù)。

2.5 現(xiàn)場(chǎng)剝離試驗(yàn)

根據(jù)GB 50204—2002 混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范要求梁±5 mm、板±3 mm;鋼筋間距±10 mm;現(xiàn)場(chǎng)抽取四處做實(shí)體破壞開(kāi)洞試驗(yàn)，結(jié)果如下:

1)二層⑤軸?軸段～?軸段(附加筋Φ8@140，底筋Φ8@200 雙向，保護(hù)層20 mm)梁及板上層筋保護(hù)層過(guò)大，達(dá)到80 mm，且該處梁兩側(cè)樓板均開(kāi)裂嚴(yán)重，裂縫寬度大于0.3 mm。

2)二層?軸①軸段～②軸段附加筋處保護(hù)層約4 cm，梁兩側(cè)未見(jiàn)開(kāi)裂。

3)二層②軸?軸段～?軸段(附加筋Φ8@170，底筋Φ8@190 雙向、板厚120)附加筋處保護(hù)層約7.5 cm，且梁兩側(cè)板均有開(kāi)裂現(xiàn)象。

4)三層?軸①軸段～②軸段(附加筋Φ8@100，板底筋Φ8@170 雙向、板厚140)附加筋處保護(hù)層約8 cm，且梁兩側(cè)板均有開(kāi)裂現(xiàn)象。

2.6 商品混凝土原材料

1)石子。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)鉆洞取樣，該批混凝土所用粗集料含風(fēng)化石、針片狀碎石、卵石超過(guò)GB/T 14685—2011 建設(shè)用石子C55～C30 混凝土含量不大于15%要求，經(jīng)檢測(cè)其含量達(dá)到50%以上。

2)根據(jù)商品混凝土原材料檢查報(bào)告顯示，本批混凝土所用砂的細(xì)度模數(shù)為2.0 級(jí)，小于一般商混站2.2，屬于Ⅲ區(qū)細(xì)砂。

3)鋼筋。

目前鋼筋市場(chǎng)質(zhì)量良莠不齊，以及不良商家偷工減料的花樣層出不窮，生產(chǎn)企業(yè)為了節(jié)約成本，按內(nèi)徑負(fù)偏差組織生產(chǎn)，造成內(nèi)徑、橫肋高偏小，肋間距偏大;經(jīng)查該廠房樓板鋼筋使用的Φ8，Φ10 三級(jí)鋼筋盤(pán)螺為小廠生產(chǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)鋼筋復(fù)試報(bào)告結(jié)果顯示鋼筋力學(xué)性能各項(xiàng)指標(biāo)均合格，但其負(fù)偏差鋼筋內(nèi)徑(±4)、肋高(+4，－3)、重量偏差(±7)均都在規(guī)定的臨界點(diǎn)上，如Φ8 鋼筋內(nèi)徑只有7.6 mm。這樣鋼筋在施工中經(jīng)過(guò)加工處理后直徑比原來(lái)要細(xì)，承載力降低，也就是說(shuō)負(fù)偏差的鋼筋受力性能變小。

3 裂縫產(chǎn)生原因分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工和各項(xiàng)檢測(cè)情況，首先可以排除以下幾方面原因:

1)排除外來(lái)荷載作用，因?yàn)閺S房建成尚未投入使用，該廠房樓板未曾堆放過(guò)任何東西，只有結(jié)構(gòu)自重。

2)排除地基沉降因素，因?yàn)榻?jīng)過(guò)復(fù)核勘察報(bào)告，地基承載力滿(mǎn)足設(shè)計(jì)圖紙要求，現(xiàn)場(chǎng)樓板開(kāi)裂處做灰餅拉裂試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)近30 d 觀察，未發(fā)現(xiàn)灰餅有開(kāi)裂現(xiàn)象，且墻體和屋面均未出現(xiàn)裂縫。

3)排除溫度和收縮裂縫因素，本工程所發(fā)現(xiàn)的裂縫分布非常規(guī)律，與混凝土溫度與收縮引起的裂縫不規(guī)則完全不同，多為貫穿裂縫，縱橫交錯(cuò)，裂縫寬度沿結(jié)構(gòu)長(zhǎng)向變化不大，受溫度影響明顯，冬寬夏細(xì)，一般為混凝土施工后半年左右出現(xiàn)。收縮裂縫:在混凝土凝固過(guò)程中，產(chǎn)生干縮和凝縮，其中以干縮為主，多發(fā)生在混凝土構(gòu)件面層上，裂縫淺而細(xì)，形式多為不規(guī)則，一般在早期出現(xiàn)。

由于混凝土裂縫的產(chǎn)生原因復(fù)雜而繁多，往往是多個(gè)因素相互作用的結(jié)果;就本廠房而言，從裂縫的位置分布規(guī)律、產(chǎn)生時(shí)間等方面綜合來(lái)看，主要分為直接因素和間接因素，具體分析如下。

3.1 直接因素

1)鋼筋保護(hù)層過(guò)大。

從現(xiàn)場(chǎng)剝離試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看:板支座處負(fù)筋的保護(hù)層普遍超過(guò)2 cm，平均達(dá)到了7 cm～8 cm，最大的甚至達(dá)到9 cm，使樓板支座處的負(fù)彎矩鋼筋的作用大大降低，有些甚至完全失去作用?；炷帘Ｗo(hù)層過(guò)大，首先，形成素混凝土受力，由于素混凝土的抗拉能力是很低的，稍微受力就可能被拉裂;其次，鋼筋的承載能力與計(jì)算高度有關(guān)，計(jì)算高度小了，鋼筋受力當(dāng)然也就小了。使受力鋼筋的抗拉強(qiáng)度不能得到有效發(fā)揮，反而加重了板上層混凝土的受壓應(yīng)力從而引起變形過(guò)大，而使樓板開(kāi)裂。該原因產(chǎn)生的裂縫往往是穿透性的，主要出現(xiàn)在板邊及板中受力比較集中的位置，這類(lèi)裂縫嚴(yán)重者將影響結(jié)構(gòu)的使用安全。

2)趕工期、板上施工堆載過(guò)重、上料過(guò)早引起的裂縫。

由于建設(shè)方工期要求較緊，施工方僅用180 d(日歷天)，而根據(jù)《全國(guó)統(tǒng)一建筑安裝工程工期定額2000》要求額定工期為280 d，比定額合理工期縮短100 d;導(dǎo)致主體工程平均為7 d～8 d一層，且當(dāng)時(shí)為冬季施工，混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)較慢?，F(xiàn)場(chǎng)混凝土剛終凝，施工員就上去放線(xiàn)，緊跟著就是鋼筋、腳手架鋼管調(diào)運(yùn)堆放，鋼筋工綁扎鋼筋、木工支模等施工活動(dòng)?；炷猎趶?qiáng)度未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)這種材料集中過(guò)早堆放及施工活動(dòng)的擾動(dòng)，會(huì)引起混凝土樓板產(chǎn)生細(xì)小裂縫。且該廠房為8 m 大跨度，混凝土總收縮值較小開(kāi)間要大，更容易在強(qiáng)度不足的情況下，受材料吊卸沖擊振動(dòng)荷載的作用而引起不規(guī)則的受力裂縫。并且這些裂縫一旦形成，就難以閉合，形成永久性裂縫。

3)設(shè)計(jì)因素。

設(shè)計(jì)配筋安全儲(chǔ)備系數(shù)偏小;建設(shè)方在圖紙優(yōu)化時(shí)將配筋率降至規(guī)范要求最低標(biāo)準(zhǔn)，甚至配筋率處于臨界狀態(tài)，施工稍有偏差就會(huì)處于低于規(guī)范要求范圍之外，未給施工質(zhì)量留出相應(yīng)的偏差空間。根據(jù)GB 50010—2010 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范8.5.1 條強(qiáng)制要求:受彎構(gòu)件最小配筋率應(yīng)取0.2%和45ft/fy最大值;結(jié)合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)配筋、現(xiàn)場(chǎng)檢查結(jié)果計(jì)算如表1 所示。

表1 現(xiàn)場(chǎng)檢查結(jié)果計(jì)算表

從以上計(jì)算結(jié)果可以看出本項(xiàng)目樓板配筋率雖滿(mǎn)足規(guī)范要求，但設(shè)計(jì)安全系數(shù)很低，加之施工現(xiàn)場(chǎng)鋼筋直徑均為負(fù)偏差和施工綁扎間距不一致，實(shí)際的配筋率在此種條件下超出設(shè)計(jì)配筋率要求，因此加上樓板支座處鋼筋保護(hù)層嚴(yán)重過(guò)大等因素，從而使樓板在鋼筋結(jié)構(gòu)受力方面先天不足，助推了樓板的開(kāi)裂。同時(shí)屋面在同等施工條件下施工，但由于采用的雙層雙向配筋未發(fā)現(xiàn)裂縫，則更加證明該廠房設(shè)計(jì)配筋嚴(yán)重偏小。

3.2 間接因素

1)養(yǎng)護(hù)不到位。

經(jīng)查現(xiàn)場(chǎng)記錄，該廠房為冬季最冷的12月份主體施工。施工期間最低氣溫為－4 ℃，由于混凝土澆筑完后未進(jìn)行有效覆蓋養(yǎng)護(hù)，使得混凝土構(gòu)件長(zhǎng)時(shí)間暴露在寒冷季節(jié)，混凝土由于自身與外界溫差較大，而將自身拉裂形成裂縫。

2)原材料因素。

a.石子:經(jīng)樓板現(xiàn)場(chǎng)鉆洞取樣，該批混凝土所用風(fēng)化石、針片狀碎石、卵石超過(guò)GB/T 14685—2011 建設(shè)用石子C55～C30 混凝土含量不大于15%要求，經(jīng)檢測(cè)達(dá)到50%以上。當(dāng)混凝土中小粒徑骨料或針片狀碎石、卵石含量較大時(shí)，因其表面積比大粒徑較大，需要更多的水泥膠凝材料包裹，因此用水泥和用水量會(huì)增大，使混凝土收縮加大，產(chǎn)生裂縫。

b.砂的細(xì)度模數(shù)為2.0，級(jí)配屬于Ⅲ區(qū)細(xì)砂，小于一般商混站2.2;同等條件下，細(xì)度模數(shù)越低，表示砂子顆粒越小，單位重量的砂子表面積越大，需水量增大，在膠凝材料用量相同的情況下，有降低混凝土強(qiáng)度的負(fù)作用，容易出現(xiàn)裂縫。

3)模板支撐拆除過(guò)早。

混凝土強(qiáng)度達(dá)不到要求產(chǎn)生的裂縫;該廠房樓板跨度為7.4 m 和8.4 m，平均拆模時(shí)間為12 d～15 d，屋面平均為20 d;拆模順序次梁、連梁、主梁模板支撐為同時(shí)拆除，未保留梁底支撐。據(jù)施工方反映在拆模后不久就產(chǎn)生了不同程度的細(xì)小裂縫。按規(guī)范要求跨度大于8 m 的板，拆模時(shí)混凝土強(qiáng)度必須達(dá)到100%，該廠房拆模時(shí)未進(jìn)行同條件混凝土試塊試壓，只是為趕進(jìn)度，盲目施工。根據(jù)當(dāng)時(shí)氣溫及JGJ 104—97 建筑工程冬期施工規(guī)程混凝土成熟度計(jì)算法M=∑(t +10)at可推算得知當(dāng)時(shí)拆模時(shí):

混凝土同期強(qiáng)度=100fcu，o/27.4×M0.1923=100×25/27.4×2150.1923≈32 MPa，由于該計(jì)算方法存在誤差，因此可以推斷當(dāng)時(shí)拆模時(shí)混凝土強(qiáng)度很可能未達(dá)到100%;違反要求在現(xiàn)澆混凝土未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)即拆模，導(dǎo)致板開(kāi)裂，出現(xiàn)穿透性裂縫。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于大跨度廠房現(xiàn)澆板出現(xiàn)的一些規(guī)律性裂縫現(xiàn)象，其導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)存在著施工、設(shè)計(jì)等方面的通病或先天不足;如在設(shè)計(jì)及施工過(guò)程中提前針對(duì)以上幾點(diǎn)影響混凝土開(kāi)裂的因素做好相應(yīng)的把關(guān)，可避免造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失及安全質(zhì)量事故的發(fā)生。

［1］GB 50010—2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］JGJ 104—97，建筑工程冬期施工規(guī)程［S］.

［3］GB/T 14684—2011，建設(shè)用砂標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［4］GB/T 14685—2011，建設(shè)用碎石標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［5］全國(guó)統(tǒng)一建筑安裝工程工期定額2000［Z］.

［6］GB 50204—2002，混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范［S］.