某住宅樓加氣混凝土砌塊填充墻裂縫原因分析及防治措施

張 強，牛 寅，李 洋

（國家建筑工程質量監(jiān)督檢驗中心，北京 100013）

0 引言

在建筑結構中，存在大量填充墻。出于降低填充墻自身荷載及保護耕地的目的，燒結黏土磚填充墻已退出歷史舞臺。加氣混凝土砌塊具有重量輕、保溫隔熱等優(yōu)良工作性能，已廣泛應用于各類結構形式的填充墻中。但由于加氣混凝土砌塊的強度相對低、干縮變形較大等原因，易導致墻體出現(xiàn)裂縫［1］。本文結合某剪力墻結構住宅樓項目實際情況分析加氣混凝土砌塊填充墻裂縫產(chǎn)生的原因，并給出裂縫的控制措施。

1 工程概況

某住宅樓位于北京市內(nèi)，其主體為剪力墻結構，除鋼筋混凝土剪力墻外，其余墻體均采用輕質填充墻。該住宅樓地下 2 層，地上 13 層，東西長約 26.8 m，南北寬約 19.2 m，建筑面積約 6 000 m2。該樓始建于 2010 年，迄今為止已使用 10 年。在使用過程中，發(fā)現(xiàn)部分填充墻開裂較為嚴重。

2 裂縫調查

現(xiàn)場裂縫調查發(fā)現(xiàn)，除個別混凝土墻表面存在輕微不規(guī)則裂縫外，該住宅樓大部分較明顯的墻體裂縫出現(xiàn)在加氣混凝土砌塊填充墻上。填充墻裂縫主要集中出現(xiàn)在衛(wèi)生間四周、陽臺處和較長室內(nèi)填充墻上。裂縫主要表現(xiàn)為水平裂縫、豎向裂縫、斜裂縫和階梯型裂縫。填充墻水平裂縫主要產(chǎn)生于鋼筋混凝土梁與填充墻交界處（見圖 1）、填充墻根部與樓板交界位置；填充墻豎向裂縫主要發(fā)生于填充墻中部（見圖 2）、門洞口邊（見圖 3），及其與鋼筋混凝土墻交界處（見圖 4）；填充墻中部的斜裂縫；填充墻中部的階梯型裂縫（見圖 5）。

圖1 鋼筋混凝土梁底與填充墻交界處的水平裂縫

圖2 填充墻中部水平裂縫

圖3 門洞邊豎向裂縫

圖4 交界處裂縫

圖5 墻體階梯裂縫

3 結構主體及填充墻材料性能檢測

3.1 結構主體施工質量檢測

建筑結構出現(xiàn)裂縫可能存在多種原因，大致上可分為主體結構承載力不足、填充墻自身缺陷、砌筑質量和工藝等。為了解工程質量對墻體裂縫可能存在的影響，對主體結構和填充墻材料質量進行檢測，主要檢測內(nèi)容包括：主體結構的混凝土強度、鋼筋配置、構件截面尺寸，主體結構傾斜和地基不均勻沉降，填充墻材料的抗壓強度、干縮性能等。

采用回彈儀結合鉆芯法對混凝土強度進行抽樣檢測，采用磁感儀對主體結構構件的鋼筋配置進行檢測，采用鋼卷尺對主要結構構件的尺寸進行檢測，結果表明該住宅樓的混凝土強度、鋼筋配置和截面尺寸符合設計要求。采用全站儀對主體結構傾斜和沉降進行檢查，結果表明主體結構傾斜符合規(guī)范要求；未發(fā)現(xiàn)地基基礎存在明顯不均勻沉降，未發(fā)現(xiàn)主體結構存在因地基基礎不均勻沉降引起的結構性裂縫。

3.2 填充墻材料性能檢測

為了解填充墻材料對填充墻裂縫的影響，對砂漿強度和砌塊強度及干縮性能進行檢測，檢測工作按照 GB/T 50315－2011《砌體工程現(xiàn)場檢測技術標準》的有關規(guī)定執(zhí)行。

所測填充墻砂漿強度推定值為 2.1 MPa，不滿足設計強度等級 M5.0 的要求。所測加氣混凝土砌塊抗壓強度值為 1.1～2.1 MPa，不滿足設計強度等級（MU5.0）的要求。所測加氣混凝土砌塊試樣的干燥收縮值為0.62～0.89 mm/m，不滿足規(guī)范要求（應≤0.50 mm/m）。

4 裂縫類型及原因分析

4.1 裂縫破壞模式

根據(jù)砌體結構裂縫產(chǎn)生的受力特性，其破壞可分下列 5 種：灰縫受拉破壞、灰縫滑移破壞、砌塊受拉破壞、砌體斜向受拉破壞、砌體壓潰（見圖 6～10）。從材料破壞的角度分類，上述 5 種破壞可歸結為 3 種模式，前兩種可歸結為灰縫破壞模式，第三種為砌塊破壞模式，最后兩種可歸結為聯(lián)合破壞模式。在填充墻干縮變形和自重荷載作用下，填充墻砌體通常因受拉和受剪而發(fā)生破壞。

圖6 灰縫受拉破壞

圖7 灰縫滑移破壞

圖8 砌塊受拉破壞

圖9 砌體斜向受拉破壞

圖10 砌體壓潰

4.2 裂縫原因分析

根據(jù)現(xiàn)場檢測結果，分析主體結構承載能力、填充墻材料性能和施工工藝對填充墻裂縫的影響，結果如下所述。

4.2.1 主體結構對填充墻裂縫的影響

依據(jù)設計圖紙對該住宅樓進行建模計算。驗算采用中國建筑科學研究院 PKPMCAD 工程部編制的 PKPM（2010 v3.2版）系列軟件。

驗算結果表明：該住宅樓主體結構的位移比、周期比、剪重比、層間位移角等符合規(guī)范要求。剪力墻的軸壓比、鋼筋配置，鋼筋混凝土主梁和次梁的鋼筋配置滿足設計要求，構件承載能力滿足規(guī)范要求。鋼筋混凝土主梁、次梁的撓度滿足規(guī)范要求，未發(fā)現(xiàn)主體結構存在明顯因承載力不足引起的損傷和變形，驗算結果和現(xiàn)場檢查結果一致，填充墻的裂縫不是由于主體承載能力不足或過大變形造成的。

4.2.2 填充墻材料性能及施工工藝的影響

1）根據(jù)現(xiàn)場檢測結果，填充墻水平裂縫呈現(xiàn)灰縫破壞模式。填充墻頂部未進行磚塊斜砌施工，在頂部空隙中填塞水泥砂漿，砂漿厚度較大，明顯大于規(guī)范所要求的 8～12 mm 的范圍，且砌筑砂漿強度不滿足規(guī)范要求，在自重荷載作用下，砌筑砂漿受壓變形，填充墻下沉，與頂部鋼筋混凝土梁脫開，導致墻體頂部出現(xiàn)水平裂縫。當加氣混凝土砌塊干縮較大時，導致墻體收縮變形。部分墻體頂部抹灰水平裂縫呈現(xiàn)羽狀，存在輕微錯動跡象。

2）經(jīng)對填充墻中部豎向裂縫剔鑿發(fā)現(xiàn)，該位置加氣混凝土砌塊斷裂。該裂縫呈現(xiàn)砌塊受拉破壞模式。當兩端受到約束時，砌塊出現(xiàn)干縮變形導致砌塊中部受拉。填充墻的加氣混凝土砌塊強度低于規(guī)范要求，當加氣混凝土砌塊內(nèi)部應力超過其抗拉強度時，砌塊被拉斷，出現(xiàn)豎向裂縫。

3）填充墻中部的階梯型裂縫水平和豎向尺寸與加氣混凝土砌塊的尺寸基本一致，該裂縫出現(xiàn)在填充墻灰縫中，該類裂縫呈現(xiàn)灰縫破壞模式。在填充墻干縮和溫度變形情況下，填充墻自身應力大于砂漿的抗拉強度，但小于加氣混凝土砌塊的抗拉強度，導致沿砂漿縫破壞，而加氣混凝土砌塊未發(fā)生破壞，最終裂縫呈現(xiàn)階梯型裂縫。

4）填充墻斜裂縫一般出現(xiàn)在填充墻下部，其破壞形式呈現(xiàn)聯(lián)合破壞模式。在墻體自重作用和干縮變形作用下，填充墻中砌塊受到豎向自重作用和水平干縮，在二者合力作用下，加氣塊受斜向合力作用，當其應力超過砌塊抗拉強度時，砌塊出現(xiàn)斜裂縫。

5）為方便安裝房門，在門洞口兩邊 500 mm 內(nèi)砌筑灰砂磚，而非澆筑馬牙槎構造柱，在不同材料交界面未采取網(wǎng)格布或鐵絲網(wǎng)等防開裂的加固措施、墻體未采取上下錯縫、內(nèi)外搭砌等有效措施。門洞邊豎向裂縫恰好出現(xiàn)在加氣混凝土與砂磚的交接處。該類裂縫為構造措施不當引起。

綜上所述，填充墻裂縫主要由加氣混凝土砌塊的材料性能和砌筑砂漿強度不滿足設計要求引起；部分裂縫的出現(xiàn)也與未采取有效的填充墻裂縫控制措施有關。同時，裂縫集中出現(xiàn)在洗手間，表明干濕循環(huán)作用加劇惡化了加氣混凝土砌塊和砌筑砂漿的性能，導致裂縫較為集中出現(xiàn)。

5 裂縫防治措施

根據(jù)填充墻裂縫產(chǎn)生的原因，在建筑工程的全壽命周期內(nèi)，大體可以按 3 個階段進行填充墻裂縫的控制［2-4］，主要包括設計階段、施工階段和使用階段。

5.1 設計階段的裂縫控制措施

1）填充墻宜選用輕質塊體材料，其強度等級應符合 GB 50003－2011《砌體結構設計規(guī)范》第 3.1.2 條的規(guī)定。

2）填充墻砌筑砂漿的強度等級不宜低于 M5（Mb5，Ms5）。

3）填充墻墻體厚應 ≥ 90 mm。

4）用于填充墻的夾芯復合砌塊，其兩肢塊體之間應有拉結。

5）建筑設計應充分考慮墻體防水、隔熱、隔聲等功能的要求，在特殊部位做好防水處理，避免因使用環(huán)境造成砌塊材料的干濕循環(huán)，造成墻體開裂。

6）在填充墻體與主體結構之間按照規(guī)范要求設置拉結鋼筋。

7）在較長填充墻體中部設置構造柱，對于墻體厚度較大的墻體設置腰梁或增設加強帶，并與主體結構或構造柱連接。

5.2 施工階段的裂縫控制措施

1）砌筑應充分理解圖紙設計意圖，嚴格按照圖紙施工。

2）在砌筑時，應嚴格選用滿足設計要求的砌塊，嚴禁使用齡期不足 28 d，存在破損、不規(guī)整的砌塊。

3）施工過程時應編制詳細施工方案，控制砌塊的含水率。對于加氣混凝土砌塊的含水率宜小于 30 %。

4）嚴格控制灰縫厚度，砂漿飽滿，嚴禁先干砌后灌縫。嚴格控制填充墻的砌筑速度，對于混凝土砌塊控制在 1.8 m 以內(nèi)為宜。并在填充墻砌筑完成后 14 d 后，待填充墻大部分沉降完成后，在填充墻頂部斜砌封頂，并用砂漿填實空隙。

5.3 使用階段的裂縫控制措施

1）在使用階段，應嚴格限制建筑功能變更，不可將未做防水處理的房間作為衛(wèi)生間、浴室、廚房使用。

2）對于外墻，應密切關注外墻的防水保溫狀況。對于保溫層和防水層出現(xiàn)破壞的位置，應及時進行修復，防止由于雨水滲入，造成加氣塊干濕循環(huán)引起的填充墻變形增大。

6 結語

通過對本文中具體的工程案例分析可知，填充墻的裂縫并非由于主體結構承載能力不足引起的，其與填充墻材料的性能、施工工藝等有關。填充墻裂縫的產(chǎn)生可能涉及到設計、施工、使用等建筑工程的整個壽命周期。因此對于填充墻裂縫的控制應貫穿建筑工程的整個壽命周期。Q