混凝土構(gòu)件裂縫產(chǎn)生的原因查找及分析

文／李建功 云南營造工程設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司 云南昆明 650000

劉志鵬 西北綜合勘察設(shè)計(jì)研究院云南分院 云南昆明 650000

劉鑄民 昆明經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)投資開發(fā)集團(tuán)有限公司 云南昆明 650000

引言：

混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生裂縫是極其常見又極難避免的事情。近年參與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾個(gè)常規(guī)住宅項(xiàng)目相較往年項(xiàng)目普遍出現(xiàn)類似的混凝土構(gòu)件開裂問題，特將其裂縫產(chǎn)生的原因查找及分析過程撰寫成文以期與同行業(yè)相關(guān)從業(yè)人員一起探討相互啟發(fā)。

1、項(xiàng)目概況

論文所涉及的項(xiàng)目均位于云南省昆明市，抗震設(shè)防烈度為8°/0.3g，項(xiàng)目性質(zhì)為住宅或公寓，其中既有26～33層高層住宅，也有地上3層地下1層單面臨空地下室的別墅（地下室與高層住宅部分獨(dú)立）簡(jiǎn)圖如下圖1：

圖1 臨空地下室及上部單體示意圖

項(xiàng)目配套少量多層輔助性用房及商業(yè)，具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況如下：

1.1 結(jié)構(gòu)類型

住宅部分均采用剪力墻結(jié)構(gòu)，輔助用房及商業(yè)均采用框架結(jié)構(gòu)，地下室均為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。

1.2 結(jié)構(gòu)長度及設(shè)縫情況

(1)大部分住宅上部結(jié)構(gòu)長度約40～45m，均不設(shè)置結(jié)構(gòu)縫，也未采取其余非常規(guī)抗裂措施；

(2)少量建筑結(jié)構(gòu)長度達(dá)到78m，在結(jié)構(gòu)平面中部位置設(shè)置800mm從底到頂?shù)臏囟群鬂矌?，如下圖2。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行樓板溫度應(yīng)力計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行配筋，同時(shí)對(duì)各層平面兩端房間及頂層樓板厚度增加至120mm，配筋均采用雙層雙向拉通配置進(jìn)行加強(qiáng)；

圖2 溫度后澆帶位置

（3）地下室部分每隔40～45m設(shè)置沉降及溫度后澆帶，對(duì)迎水部分混凝土（底板、頂板、側(cè)壁）

均采用摻抗裂型外加劑的補(bǔ)償收縮混凝土，要求水中養(yǎng)護(hù)14d的混凝土限制膨脹率應(yīng)≥0.02%，水中14d、空氣中28d的限制干縮率應(yīng)≤0.03%，混凝土澆筑前有關(guān)試配報(bào)告滿足設(shè)計(jì)及GB50119-2013《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)要求[1]。

（4）后澆帶均采用補(bǔ)償收縮混凝土澆筑，要求溫度后澆帶在兩側(cè)混凝土澆筑完成后60d，并經(jīng)設(shè)計(jì)同意后澆筑；沉降后澆帶應(yīng)在主體結(jié)構(gòu)頂板澆筑14d后，提供沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)，經(jīng)設(shè)計(jì)同意后澆注。

2、基礎(chǔ)類型

（1）高層住宅部分：采用以中風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r（巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度平均值為40Mpa）為樁端持力層的旋挖成孔嵌巖灌注樁，樁徑800mm，單樁承載力特征值為4500Kpa，承載力滿足計(jì)算及規(guī)范要求。施工前至少進(jìn)行一樁一孔施工勘察，對(duì)于難于確定樁基下巖溶發(fā)育情況的采用一樁多孔施工勘察。施工勘察成果應(yīng)滿足（GB5007-2011）《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》8.5.6-6條“嵌巖灌注樁樁端以下3倍樁徑且不小于5m范圍內(nèi)應(yīng)無軟弱夾層、斷裂破碎帶和洞穴分布，且在樁底應(yīng)力擴(kuò)散范圍內(nèi)無巖體臨空面”的要求。

（2）多層別墅及其底部單面臨空地下室區(qū)域：采用以淺部土層“粘土層”（地基承載力特征值fak=140Kpa）作為持力層，采用600mm厚筏板+柱墩的基礎(chǔ)形式，滿足規(guī)范及計(jì)算要求。

（3）構(gòu)件平均尺寸

上部標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)典型樓板厚度為100mm，地下室頂板典型厚度為180mm，地下室外墻典型厚度為300mm。

（4）混凝土等級(jí)

地下室外墻C35～C50，梁、樓板C30～C40。

3、構(gòu)件裂縫情況

3.1 裂縫發(fā)生時(shí)工程進(jìn)度情況

房屋尚未封頂、室內(nèi)未裝修、地下室頂板覆土、基坑填土均未回填、后澆帶按圖紙位置設(shè)置，均未澆筑；

3.2 裂縫出現(xiàn)部位及開展情況

（1）地下室外墻：基本為4m左右等間距垂直型裂縫如下圖3，裂縫寬度0.13～0.35mm不等；

圖3 地下室外墻裂縫

（2）地下室頂板：主要出現(xiàn)在非臨空側(cè)，與外墻相交一跨，裂縫間距約25m左右，垂直于地下室長邊方向如下圖4，裂縫寬度約0.11～0.33mm，臨空側(cè)（無地下室外墻）基本無裂縫；

圖4 地下室頂板裂縫

（3）上部結(jié)構(gòu)樓板：部分樓層大量樓板均出現(xiàn)諸多不規(guī)則裂縫（跨中、支座邊均有）如下圖5紅線部分所示，裂縫寬度約0.08～0.32mm。

圖5 上部結(jié)構(gòu)樓板裂縫

4、裂縫原因查找及分析

混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生裂縫的原因主要有以下幾個(gè)方面：

4.1 地基基礎(chǔ)沉降

地基基礎(chǔ)在上部建筑重力及水平力荷載作用下均會(huì)產(chǎn)生不同程度的沉降變形（巖石地基除外），對(duì)于不同結(jié)構(gòu)類型控制其允許變形的指標(biāo)分別為：沉降差、整體傾斜、平均沉降量及沉降量[2]。

幾個(gè)項(xiàng)目沉降觀測(cè)報(bào)告顯示：高層住宅部分（樁基礎(chǔ)）沉降量約15.6～18.5mm，多層別墅部分（筏板+柱墩）沉降量約為4.09～6.84mm，各項(xiàng)變形指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，且數(shù)值在本地區(qū)屬正常范圍，各結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫的開展原因可基本排除地基基礎(chǔ)沉降原因。

4.2 構(gòu)件設(shè)計(jì)承載力不足

從設(shè)計(jì)角度而言，除地基基礎(chǔ)不均勻沉降導(dǎo)致建筑物開裂外，另一個(gè)最大的可能就是構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)不足。以上項(xiàng)目經(jīng)過對(duì)計(jì)算模型假定、計(jì)算參數(shù)設(shè)置、荷載設(shè)定及計(jì)算結(jié)果核對(duì)（假定及各數(shù)值均按常規(guī)項(xiàng)目設(shè)定），各項(xiàng)數(shù)值均滿足規(guī)范及計(jì)算要求，其中地下室頂板滿荷載情況下計(jì)算裂縫均未超過0.2mm，地下室外墻滿荷載情況下裂縫最大計(jì)算寬度僅為0.142mm（此文不對(duì)裂縫計(jì)算公式及行業(yè)內(nèi)常規(guī)計(jì)算假定進(jìn)行討論）。同時(shí)在第3/（1）文中已經(jīng)介紹，實(shí)際在裂縫發(fā)生時(shí)地下室頂板的覆土、地下室外墻的基坑回填土均未回填，對(duì)地下室頂板實(shí)際荷載僅為混凝土結(jié)構(gòu)自重，地下室外墻實(shí)際外荷載基本可認(rèn)為尚未加載。昆明地區(qū)設(shè)防烈度較高，在未發(fā)生地震的情況下混凝土構(gòu)件實(shí)際承載力比較富余，所以各結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫的開展原因可排除構(gòu)件承載力不足的可能。

4.3 施工類原因

施工涉及的情況相對(duì)比較復(fù)雜，其中鋼筋錨固和綁扎、保護(hù)層厚度控制、樓板中管線預(yù)埋、拆模時(shí)間、混凝土澆筑順序、混凝土振搗（節(jié)點(diǎn)鋼筋過密）、混凝土的養(yǎng)護(hù)、溫度收縮、混凝土原材料質(zhì)量等均會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生裂縫?，F(xiàn)對(duì)上述情況進(jìn)行簡(jiǎn)單分析：

（1）鋼筋錨固和綁扎：混凝土的抗拉能力相較鋼筋而言極低（不到鋼筋抗拉強(qiáng)度的1%），這也是為什么我們要采用混凝土與鋼筋的結(jié)合材料——鋼筋混凝土的原因，以便讓其發(fā)揮自身材料的優(yōu)勢(shì)。針對(duì)本次涉及到的幾個(gè)項(xiàng)目，在施工現(xiàn)場(chǎng)我們發(fā)現(xiàn)樓板鋼筋的錨固和綁扎均存在大量不規(guī)范的情況，最突出的就是樓板支座鋼筋本應(yīng)水平后彎折錨入邊梁中，但實(shí)際部分支座鋼筋的彎鉤并未豎向錨入梁中，而是水平平鋪于梁頂鋼筋之上，或者水平錨固長度極短，僅靠彎鉤勾住梁頂內(nèi)緣縱筋，且部分支座鋼筋與梁頂縱筋交接處無鋼絲綁扎固定，混凝土澆搗時(shí)易導(dǎo)致鋼筋錨固偏向錯(cuò)位，如下圖6、圖7：

圖6 邊支座鋼筋彎鉤上翻

圖7 邊支座鋼筋水平錨固、板扎不規(guī)范

如此鋼筋錨固、綁扎將極易出現(xiàn)平行于樓板支座邊緣裂縫。

（2）保護(hù)層厚度控制：混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件中梁、墻、柱的保護(hù)層厚度相對(duì)容易控制，樓板頂面保護(hù)層厚度則是控制質(zhì)量最差的構(gòu)件。由于板頂保護(hù)層厚度過厚導(dǎo)致荷載未施加之前就出現(xiàn)混凝土表面裂縫的情況較多，該類裂縫寬度一般不大且無特定規(guī)律，后期加載之后可能由于樓板有效截面厚度過小導(dǎo)致承載力不足，從而出現(xiàn)貫通式結(jié)構(gòu)裂縫，通常需要進(jìn)行加固處理。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)，項(xiàng)目確保樓板頂部保護(hù)層厚度的支架均采用小號(hào)鋼絲制成的支架，布置數(shù)量普遍在1.5～2㎡/個(gè)，其支撐強(qiáng)度明顯偏弱，如下圖8：

圖8 鋼絲馬鐙支架

樓板施工時(shí)雖會(huì)設(shè)置活動(dòng)馬道，但工人在實(shí)際澆筑混凝土?xí)r也很難避免對(duì)鋼筋踩踏，一旦發(fā)生踩踏，如此低強(qiáng)度的支撐很難避免不被損壞，從而導(dǎo)致板頂保護(hù)層過厚產(chǎn)生不規(guī)則裂縫。

（1）板中管線預(yù)埋：樓板中不可避免需要埋置給排水、電氣管線，圖紙及相關(guān)施工規(guī)范中明確要求同一位置不得有三層及多于三層管交叉，但現(xiàn)場(chǎng)普遍存在三層及以上管線交叉情況，如下圖9：

圖9 設(shè)備管線多層交叉

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)實(shí)按設(shè)備專業(yè)要求采用管線轉(zhuǎn)換接頭或合理調(diào)整管線走向從而減少管線交叉，并應(yīng)按結(jié)構(gòu)專業(yè)要求對(duì)該區(qū)域進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，以免該區(qū)域樓板有效厚度過小或板頂保護(hù)層厚度過薄而出現(xiàn)開裂。

（2）拆模時(shí)間：現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)由于工期要求或?yàn)榧涌炷０逯苻D(zhuǎn)，經(jīng)常不按規(guī)定時(shí)間拆模，最快拆模時(shí)間僅為3d，混凝土強(qiáng)度尚未達(dá)到拆模條件，由此將導(dǎo)致混凝土在澆筑完成之后7d內(nèi)就出現(xiàn)較大變形從而導(dǎo)致開裂。

（3）混凝土澆筑順序：經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)與參建單位詢問得知，部分項(xiàng)目標(biāo)段因工期原因，混凝土澆筑時(shí)剪力墻（柱）、梁、板一次性整體澆筑，嚴(yán)重違背混凝土澆筑順序要求。豎向構(gòu)件混凝土尚未形成任何強(qiáng)度，水平構(gòu)件完全依賴模板及下部腳手架支撐，極難避免豎向、水平向構(gòu)件變形從而導(dǎo)致構(gòu)件裂縫發(fā)生。

（4）混凝土振搗（節(jié)點(diǎn)鋼筋過密）：高烈度區(qū)豎向構(gòu)件與梁、板交接處鋼筋配置較多，施工時(shí)鋼筋綁扎不規(guī)范導(dǎo)致混凝土澆搗不密實(shí)，從而導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生裂縫，如下圖10：

圖10 混凝土構(gòu)件節(jié)點(diǎn)鋼筋

（5）混凝土的養(yǎng)護(hù)：GB50666-2011《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》[3]中對(duì)不同施工季節(jié)、環(huán)境溫度、構(gòu)件部位、水泥型號(hào)等混凝土養(yǎng)護(hù)有明確的規(guī)定，但現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際養(yǎng)護(hù)情況往往與其要求相差甚遠(yuǎn)，甚至部分項(xiàng)目標(biāo)段的構(gòu)件就沒養(yǎng)護(hù)過。由此結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)大量不規(guī)則裂縫也就是情理之中的事情了?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理、施工及建設(shè)單位均負(fù)有不可推卸的責(zé)任。

（6）溫度收縮：對(duì)于大體積混凝土、平面尺寸較大或混凝土標(biāo)號(hào)較高的情況，由于水泥水化反應(yīng)加之溫差控制及養(yǎng)護(hù)不到位，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)溫度收縮裂縫。該類型裂縫除設(shè)計(jì)時(shí)盡可能采用低標(biāo)號(hào)混凝土及結(jié)構(gòu)斷縫外，主要需依靠施工措施進(jìn)行避免。

（7）混凝土原材料：目前建設(shè)項(xiàng)目基本采用商品混凝土，質(zhì)量參差不齊，原材料中外加劑的添加、砂石含泥量的控制、水泥及礦物原料的摻量往往與試塊取樣時(shí)不一致，導(dǎo)致試塊檢測(cè)均合格而施工完成后的成品構(gòu)件經(jīng)常出現(xiàn)強(qiáng)度偏差及開裂的情況。有時(shí)由于運(yùn)輸距離或交通擁堵導(dǎo)致混凝土存儲(chǔ)在罐車中時(shí)間過長或其他原因?qū)е禄炷吝\(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后出現(xiàn)離析、坍落度不滿足等情況，在現(xiàn)場(chǎng)要求退場(chǎng)后居然半路私自加水、加水泥或者隨意加添加劑的情況，情節(jié)實(shí)在惡劣。采用此類混凝土澆筑的結(jié)構(gòu)構(gòu)件再疊加上述中的其余部分原因，混凝土不開裂那才是不正常的。

結(jié)語：

綜上所述混凝土構(gòu)件裂縫的發(fā)生是一個(gè)比較復(fù)雜的問題，本文不對(duì)裂縫的計(jì)算公式及構(gòu)件計(jì)算假定進(jìn)行討論，僅從顯而易見的沉降、設(shè)計(jì)、施工及材料幾方面進(jìn)行分析。上述原因中通常是幾個(gè)原因綜合疊加最終導(dǎo)致構(gòu)件開裂，在現(xiàn)行建筑市場(chǎng)高周轉(zhuǎn)的要求下各參建單位均應(yīng)擬行好各自責(zé)任與義務(wù)，層層把好質(zhì)量關(guān)，不能讓建筑業(yè)質(zhì)量倒退。各同行共勉！