某裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)高層住宅工程框梁裂縫成因分析及處理措施

李 恒 青島市建筑工程管理服務(wù)中心高級(jí)工程師

劉宅柯 青島市建筑工程管理服務(wù)中心工程技術(shù)應(yīng)用研究員

王曉明 中鐵建工集團(tuán)山東有限公司高級(jí)工程師

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加速推廣，土地資源日趨緊張，住宅工程大量采用高層鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，尤其是近年來裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)在住宅工程中得到了大力推廣應(yīng)用。

然而，裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)在應(yīng)用過程中帶來的問題也日益突出，其中鋼筋混凝土構(gòu)件出現(xiàn)裂縫的情況在施工過程中頻繁出現(xiàn)。高層建筑鋼筋混凝土材料的特性決定了混凝土結(jié)構(gòu)比較容易產(chǎn)生裂縫。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，施工過程中如果在設(shè)計(jì)、施工管理、施工材料等方面出現(xiàn)問題，都會(huì)導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫情況。而高層建筑產(chǎn)生裂縫，不僅會(huì)對(duì)高層建筑的美觀性產(chǎn)生影響，還會(huì)影響建筑的整體性、耐久性，并對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的鋼筋造成不同程度的影響。

因此，施工人員應(yīng)對(duì)出現(xiàn)的裂縫進(jìn)行系統(tǒng)分析并采取有效的措施加以解決，這是施工過程中必須予以高度關(guān)注的核心問題?；诖耍疚慕Y(jié)合某裝配整體式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)高層住宅工程中框梁出現(xiàn)的裂縫問題進(jìn)行探討分析，并給出相應(yīng)的處理措施。

1 工程概述

該工程為青島地區(qū)某高層住宅小區(qū)，建筑面積241 313.35 m2，共10 座高層建筑，其中2#樓為26 層裝配整體式框架梁剪力墻結(jié)構(gòu)，剪力墻及框梁為現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，樓板大部分為桁架鋼筋混凝土疊合板結(jié)構(gòu)，預(yù)制板厚60 mm，后澆混凝土疊合層厚70 mm，樓梯為預(yù)制樓梯。在該樓座主體結(jié)構(gòu)驗(yàn)收前的檢查中，發(fā)現(xiàn)第8、第9 層西單元客廳區(qū)域編號(hào)為KL39（1）和KL36（1）的梁側(cè)面出現(xiàn)多處垂直裂縫或斜向裂縫，且裂縫的位置大多數(shù)位于次梁支座附近或梁靠近支座區(qū)域。裂縫寬度在0.1 ～0.2 mm，一般以表面裂縫為主，未貫穿于梁底。

2 鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫類型

2.1 溫度裂縫

溫度裂縫主要是由于外界環(huán)境溫度改變形成一定的溫度差，而混凝土材料自身又具備熱脹冷縮性能，因而造成了附加應(yīng)力。由于初澆灌的混凝土不具備良好的抗拉能力，當(dāng)附加應(yīng)力超過了混凝土自身的抗拉強(qiáng)度，就會(huì)導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)開裂的情況。因此，在施工后期，施工人員要積極做好混凝土材料的檢查工作。

2.2 干縮裂縫

干縮裂縫主要是混凝土在凝固階段出現(xiàn)干縮的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)體積改變或者裂縫等情況。該種類型的裂縫通常位于結(jié)構(gòu)表面，其特征包含干縮裂縫較細(xì)、缺乏顯著的發(fā)展走向規(guī)律等。同時(shí)，如果混凝土長(zhǎng)期暴露于外界環(huán)境中，且缺乏必要的養(yǎng)護(hù)措施，同樣會(huì)使得該裂縫在材料構(gòu)件的側(cè)面與表面產(chǎn)生[1]。

2.3 收縮裂縫

混凝土硬化前失水會(huì)產(chǎn)生塑性收縮，水泥水化過程中會(huì)產(chǎn)生化學(xué)收縮和自收縮，混凝土降溫過程中會(huì)產(chǎn)生溫降收縮以及混凝土硬化后會(huì)因干燥失水產(chǎn)生收縮，這些收縮單獨(dú)或同時(shí)作用時(shí)，都可能導(dǎo)致混凝土裂縫，統(tǒng)稱收縮裂縫。

混凝土收縮裂縫一般出現(xiàn)在梁的中部，或者構(gòu)件截面薄弱部位，由于受到梁頂部板約束和梁底部配筋約束，故表現(xiàn)為中間較寬，向兩端收斂的豎向裂縫。

2.4 沉降裂縫

沉降裂縫的出現(xiàn)主要是因?yàn)榻ㄖ鶎拥某两挡痪鶆颍瑢?dǎo)致混凝土框架梁受力不均，并在斜拉和剪切力作用下，改變了節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力，從而產(chǎn)生沉降裂縫。這種裂縫常伴隨沉降的發(fā)展而逐漸擴(kuò)大，并且其形狀、體系還受到地基形變帶來的影響[2]。

2.5 結(jié)構(gòu)裂縫

結(jié)構(gòu)裂縫主要是由于設(shè)計(jì)人員沒有按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，進(jìn)行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)配筋的設(shè)計(jì)計(jì)算，使得配筋結(jié)果與規(guī)定數(shù)量之間存在偏差，最終產(chǎn)生結(jié)構(gòu)裂縫?；蛘呤且?yàn)樵O(shè)計(jì)人員對(duì)于各受力構(gòu)件在結(jié)構(gòu)中的受力分析明晰度不足，從而導(dǎo)致受力構(gòu)件承載力不足以承擔(dān)常規(guī)荷載，進(jìn)而發(fā)生開裂現(xiàn)象。

3 工程框梁裂縫產(chǎn)生原因

3.1 工程設(shè)計(jì)方面

工程結(jié)構(gòu)類型盡管為裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)，但按照《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 1—2014）第6.3.1 條規(guī)定，再結(jié)合工程項(xiàng)目各種設(shè)計(jì)現(xiàn)實(shí)狀況，裝配整體式結(jié)構(gòu)可采用類似于現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析[3]。因此，設(shè)計(jì)人員在建模計(jì)算時(shí)，可以采用目前常用的各類設(shè)計(jì)軟件，包括PKPM、YJK、MIDAS、ETABS 等，采用的各種參數(shù)與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)計(jì)算基本相同。根據(jù)上述規(guī)定，采用SAP2000 軟件對(duì)該樓結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模計(jì)算，并核查原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算書，表明原設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果正確，承載力、剛度及裂縫寬度計(jì)算皆滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，因而排除設(shè)計(jì)方面不合理等原因而導(dǎo)致的框梁開裂的可能性。另外，剪力墻結(jié)構(gòu)框梁出現(xiàn)裂縫時(shí)，二次結(jié)構(gòu)尚未進(jìn)行，裝修工程也未開始，剪力墻框梁豎向荷載及水平荷載均未達(dá)到設(shè)計(jì)值，故可排除超荷載產(chǎn)生裂縫的可能性。

3.2 地基不均勻沉降方面

根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，該工程場(chǎng)地地貌類型簡(jiǎn)單，地層結(jié)構(gòu)清晰，區(qū)域構(gòu)造背景穩(wěn)定，不良地質(zhì)作用不發(fā)育，場(chǎng)地穩(wěn)定性良好，基礎(chǔ)持力層為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，地基承載力特征值為800 ～1 000 kPa，基礎(chǔ)為筏板基礎(chǔ)。該樓共設(shè)4 個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)。依據(jù)常規(guī)沉降觀測(cè)，因?yàn)榻ㄖこ袒A(chǔ)是筏板基礎(chǔ)，且持力層承載力高，所以各觀測(cè)點(diǎn)檢測(cè)沉降量均較低，最大沉降量為5.4 mm，最小沉降量為4.1 mm，最大差異沉降量?jī)H為1.3 mm，故可排除基礎(chǔ)沉降量過大引起梁體裂縫的可能性。

3.3 施工材料（混凝土強(qiáng)度）

設(shè)計(jì)要求2#樓梁板混凝土強(qiáng)度均為C30。核查該兩層梁板混凝土強(qiáng)度同條件試塊試驗(yàn)報(bào)告，混凝土強(qiáng)度要滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。核查該兩層梁板混凝土強(qiáng)度回彈檢測(cè)結(jié)果，試驗(yàn)結(jié)果表明，實(shí)測(cè)混凝土強(qiáng)度梯度達(dá)到C30，滿足原設(shè)計(jì)要求。因此，可以排除由于混凝土強(qiáng)度不足而導(dǎo)致梁斷裂的可能性。

3.4 施工方面原因

3.4.1 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況1

通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)查，得知該樓座8 ～10 層施工的時(shí)間段為2020 年8 月15 ～31 日，該時(shí)期天氣較為炎熱，溫度較高，導(dǎo)致混凝土表面水分蒸發(fā)較快，而當(dāng)時(shí)因趕工期，施工人員未按規(guī)定要求對(duì)混凝土構(gòu)件進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，存在混凝土養(yǎng)護(hù)不及時(shí)、不到位等問題，從而導(dǎo)致框梁表面出現(xiàn)干縮裂縫。此類裂縫對(duì)構(gòu)件承載力無影響。

3.4.2 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況2

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在該樓座8 ～11層施工過程中，施工單位因搶工期節(jié)點(diǎn)，且現(xiàn)場(chǎng)全部樓座同時(shí)施工，支撐架等周轉(zhuǎn)材料用量大，但周轉(zhuǎn)材料供應(yīng)不及時(shí)，為加快模板支撐材料周轉(zhuǎn)，施工單位相關(guān)技術(shù)人員憑以往的工程經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為夏季施工溫度高，混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)快，因此在未取得拆模試塊混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)報(bào)告的情況下，提前逐層將第8、第9 層支撐架拆卸，只在板下個(gè)別部位留設(shè)幾個(gè)獨(dú)立桿支撐。

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》（GB 50666—2011）第4.5.2 條規(guī)定，當(dāng)設(shè)計(jì)無具體要求時(shí)，對(duì)懸臂結(jié)構(gòu)及跨度大于等于8 m 的梁板構(gòu)件，同條件養(yǎng)護(hù)試塊混凝土抗壓強(qiáng)度要達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%方可拆卸支撐架，對(duì)跨度小于等于8 m的框梁，其同條件養(yǎng)護(hù)試塊混凝土抗壓強(qiáng)度大于等于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%時(shí)方可拆除支撐架[4]。本文提到的KL39（1）和KL36（1）的跨度分別為5.6 m、5.1 m，混凝土抗壓強(qiáng)度至少應(yīng)達(dá)到22.5 MPa 方可拆除支撐架。因混凝土強(qiáng)度未達(dá)規(guī)定要求，混凝土自身承載能力較低，導(dǎo)致混凝土與鋼筋共同工作能力降低，未能有效抵抗由上層樓板、施工荷載及自重等引起的荷載，從而使梁在受拉區(qū)出現(xiàn)豎向裂縫或受剪區(qū)域出現(xiàn)斜裂縫。

提前拆卸支架情況后被監(jiān)理和甲方組制止，10 層以上各層都在混凝土強(qiáng)度達(dá)到拆模條件后才進(jìn)行拆卸支撐架，現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)10 層以上該類型裂縫出現(xiàn)的情況較輕微。

4 混凝土裂縫處理措施

4.1 選取質(zhì)量達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的混凝土結(jié)構(gòu)與原材料

科學(xué)選取混凝土結(jié)構(gòu)與其材料配合比能夠非常有效地對(duì)混凝土裂縫產(chǎn)生進(jìn)行控制。在高層房屋建筑過程中，施工人員要合理設(shè)計(jì)混凝土結(jié)構(gòu)，做好預(yù)防建筑工程裂縫發(fā)生的措施。例如，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中關(guān)于構(gòu)造鋼筋的設(shè)置，尤其是對(duì)于混凝土墻體、樓面等結(jié)構(gòu)，施工人員應(yīng)更加注重對(duì)構(gòu)造鋼筋的數(shù)量、直徑等方面選取。此外，設(shè)計(jì)人員還需要加強(qiáng)對(duì)強(qiáng)度較低的混凝土材料的選擇。

4.2 控制好現(xiàn)場(chǎng)澆筑施工

在整個(gè)房屋建筑施工過程中，施工人員要加強(qiáng)對(duì)混凝土澆筑施工工藝進(jìn)行控制，做好混凝土澆筑施工過程各環(huán)節(jié)中細(xì)節(jié)方面工作，將樓板裂縫的發(fā)生率嚴(yán)格控制到零。第一，在樓層的混凝土澆筑結(jié)束24 h 內(nèi)，施工人員僅能對(duì)樓板做受力較小的簡(jiǎn)單工作，如測(cè)量、定位等，嚴(yán)禁施工人員進(jìn)行較大負(fù)荷與力度的工作。第二，對(duì)于一定要實(shí)現(xiàn)吊卸的材料，施工人員應(yīng)該采取分批吊運(yùn)的措施，做到少量吊運(yùn)小型材料，而且要做到輕卸、輕放、輕吊，預(yù)防混凝土澆筑結(jié)束后，樓板承載較大壓力而發(fā)變形或者倒塌的情況[5]。第三，混凝土澆筑完成后的第三天才能夠使用一般支模施工。針對(duì)需要吊起、裝卸及固定的相關(guān)材料模板，施工人員通常是在支撐架搭設(shè)前，考慮用加密立桿與橫桿的措施來增強(qiáng)模板的支撐架剛度，降低樓板在承受壓力過程中發(fā)生變形的概率，最大限度地分散應(yīng)力，避免樓板出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象。

4.3 應(yīng)用相應(yīng)的添加劑

在房屋建筑施工過程中，為了能夠有效避免出現(xiàn)混凝土裂縫現(xiàn)象，施工人員還可以應(yīng)用相應(yīng)的添加劑。很多案例實(shí)踐表明，在施工過程中科學(xué)應(yīng)用減水防裂劑能夠有效控制混凝土裂縫的形成，如此不但能夠降低混凝土的用水比例，而且能夠提升混凝土的收縮性能，最大限度地優(yōu)化水泥的稠度，降低裂縫現(xiàn)象的產(chǎn)生。

4.4 重視對(duì)裂縫處理方式選擇

高層住宅還存在現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的裂縫，施工人員要高度重視此類型裂縫的處理，目前這種類型裂縫的處理措施比較多。首先，施工人員要結(jié)合當(dāng)前高層實(shí)際需要采取相對(duì)應(yīng)的措施，以保障裂縫處理效果。例如，針對(duì)比較狹小的裂縫，施工人員可以選擇混凝土表面修復(fù)措施，該種措施對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度產(chǎn)生的影響比較小，甚至可以忽略不計(jì)，不過易導(dǎo)致鋼筋出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象。其次，為了能夠使得混凝土結(jié)構(gòu)增加外觀美觀、強(qiáng)度以及延長(zhǎng)使用壽命，施工人員可采用表面修復(fù)措施，選取環(huán)氧類樹脂作為裂縫修復(fù)的主要材料，經(jīng)過玻璃布熱浸處理，在混凝土表面上涂抹砂漿，而后再經(jīng)過表面修復(fù)措施的處理完成對(duì)窄縫的修復(fù)。此外，對(duì)裂縫進(jìn)行填充也是一種比較常用且比較重要的混凝土處理措施，通常適用于寬裂縫。在對(duì)寬裂縫處理過程中，施工人員主要采用樹脂砂漿材料對(duì)混凝土表面進(jìn)行修復(fù)，利用U 形槽、V 形槽方式或者采取其他方式對(duì)該裂縫進(jìn)行填充來修復(fù)；此外，還可以運(yùn)用水泥砂漿與瀝青相關(guān)材料混合使用進(jìn)行修復(fù)，也能起到較好的處理效果[6]。

4.5 做好后期維護(hù)工作

在房屋建筑工程裂縫防治處理過程中，施工人員不僅要加強(qiáng)對(duì)建筑工程的科學(xué)控制，而且需要重視工程結(jié)束后的維護(hù)、保養(yǎng)等方面的工作，只有加強(qiáng)后期的維護(hù)、保養(yǎng)，才能保證混凝土的施工質(zhì)量，以降低出現(xiàn)裂縫的概率。

首先，工程養(yǎng)護(hù)人員要重視建筑保溫養(yǎng)護(hù)工作。保溫養(yǎng)護(hù)能夠在很大程度上提高大體積混凝土澆筑塊體的溫度，由此提升混凝土塊體的自我平衡能力，這樣能夠充分利用混凝土的抗拉強(qiáng)度提升混凝土的抗裂能力，以便于通過控制溫度達(dá)到預(yù)防裂縫出現(xiàn)的目的。其次，通過加強(qiáng)對(duì)養(yǎng)護(hù)環(huán)境溫度的控制，從而縮小混凝土澆筑塊體內(nèi)外的溫度差，由此降低溫度應(yīng)力。最后，重視澆板澆搗養(yǎng)護(hù)工作。在實(shí)施澆板澆搗工作過程中，如果遇到高溫環(huán)境，施工人員還需要加強(qiáng)澆水養(yǎng)護(hù)工作，具體來說主要包括2方面工作，避免由于溫度差而出現(xiàn)裂縫情況，以及降低由于混凝土收縮而產(chǎn)生的約束應(yīng)力。

5 結(jié)論

（1）該樓座開裂、出現(xiàn)裂縫的主要原因是施工單位提早拆卸支撐架、混凝土養(yǎng)護(hù)不及時(shí)不到位等。由于裝配式結(jié)構(gòu)較全現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)整體性的局限性，鋼筋連接、混凝土施工縫處理和混凝土養(yǎng)護(hù)更為重要。

（2）施工單位在組織施工過程中應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)范及相關(guān)規(guī)定開展工作，要尊重客觀規(guī)律，加強(qiáng)施工管理，確保質(zhì)量。

（3）施工單位應(yīng)合理處理好工期與工程質(zhì)量的關(guān)系，不能盲目地趕工期節(jié)點(diǎn)而忽視施工質(zhì)量。一旦發(fā)生質(zhì)量事故反而影響工期，甚至導(dǎo)致工期拖延，結(jié)果得不償失。

（4）施工單位應(yīng)從選取質(zhì)量達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的混凝土原材料、控制好現(xiàn)場(chǎng)澆筑施工、應(yīng)用相應(yīng)的添加劑、重視對(duì)裂縫處理方式選擇及做好后期維護(hù)等方面做好高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)裂縫處理。