某醫(yī)療建筑混凝土裂縫的原因分析和處理

林 亮

（廈門坤煌房地產(chǎn)開有限公司，福建 廈門 361000）

0 引言

隨著我國建設(shè)施工技術(shù)的不斷提升，對混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量要求也越來越高。混凝土結(jié)構(gòu)未來依然會作為工民建中最常見的結(jié)構(gòu)形式，但會逐漸淘汰其原本粗獷的管理和工藝，高品質(zhì)、高質(zhì)量、富有美感的建筑才能滿足未來人們的需求，如何提高施工質(zhì)量也將成為混凝土結(jié)構(gòu)中不斷創(chuàng)新發(fā)展的課題?；炷寥毕莸某霈F(xiàn)將影響房屋的耐久性和實用性，甚至?xí)霈F(xiàn)安全問題。裂縫產(chǎn)生原因多種多樣，也是施工過程中控制的難點，其主要產(chǎn)生的原因可分為：混凝土和易性不好，澆筑完產(chǎn)生離析分層現(xiàn)象；模板或支撐架不牢固穩(wěn)定，產(chǎn)生局部變形或沉降；基礎(chǔ)不均勻沉降引起開裂；大體積現(xiàn)澆混凝土由于收縮和溫度應(yīng)力產(chǎn)生裂縫；構(gòu)件強度不足提前拆除支撐或超荷載等等。通過本次施工案例分析發(fā)現(xiàn)，在項目全過程管理中，以上問題不僅因為現(xiàn)場施工的管控，也可能來自前期設(shè)計階段的疏忽。

1 基本概況

本棟建筑為醫(yī)技科教綜合大樓，主要使用功能包括：醫(yī)技、科教、住院部、地下車庫等，地下2 層、地上15 層，局部裙樓1 層，總建筑面積34 500m2，建筑總高度70.35m，建筑長度96.4m，寬度43.4m。結(jié)構(gòu)體系采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為滿堂樁筏基礎(chǔ)，建筑抗震設(shè)防類別為乙類，所在地區(qū)抗震設(shè)防烈度為7 度，設(shè)計基本加速度為0.15g。地下室筏板板厚為1 400～1 800mm，地下室外墻厚度為300～400mm，地下室頂板板厚180～400mm。防輻射區(qū)域墻厚1 500mm、局部2 900mm，頂板厚1 700mm，局部3 000mm。該建筑大體積混凝土區(qū)域為整個地下室區(qū)域，面積3 660m2，混凝土澆筑總方量為6 600m3，外墻設(shè)計混凝土強度C35，抗?jié)B等級為P8，墻和板同時澆筑混凝土。

2 裂縫情況

混凝土裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)在內(nèi)外因素的作用下引起的物理結(jié)構(gòu)變化，是由材料內(nèi)部的初始缺陷、微裂拓展引起的，而裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)物承載能力、耐久性及防水性降低的主要原因，混凝土裂縫是難以避免，也是施工過程中存在的一個難點和重點。

本項目主體結(jié)構(gòu)封頂后，已進入裝修階段，距離地下室混凝土澆筑時間已超過1 年，醫(yī)療設(shè)備安裝公司進場參加設(shè)備機房裝修工程時，經(jīng)其專業(yè)工程師現(xiàn)場巡檢發(fā)現(xiàn)，P-CT 機房混凝土外墻存在裂縫并且滲漏明顯。經(jīng)參建各方核查現(xiàn)場，該機房位于地下負二層，覆土埋深-9m，機房混凝土外墻除中部存在一條較長豎向裂縫，長度約3.5m，滲水現(xiàn)象明顯。該機房結(jié)構(gòu)外墻墻體厚度300mm，底板厚度1 800mm，頂板厚度400mm，但其相鄰直線加速器機房外墻厚度為1 800mm，此處外墻截面突變，經(jīng)現(xiàn)場混凝土實體回彈，強度約為C39～C44 之間，高于設(shè)計值C35。其余區(qū)域混凝土成型較好，未發(fā)現(xiàn)裂縫滲水現(xiàn)象，也未發(fā)現(xiàn)其他混凝土缺陷。

3 裂縫分類

針對裂縫產(chǎn)生的原因進行歸納總結(jié)，也為后續(xù)原因分析判斷奠定基礎(chǔ)，將混凝土裂縫大致分為以下幾種：

3.1 干縮裂縫

干縮裂縫大部分出現(xiàn)在混凝土養(yǎng)護結(jié)束后的一段期間，其收縮是無法逆轉(zhuǎn)的，其原因在于混凝土中水分蒸發(fā)而產(chǎn)生的干縮現(xiàn)象，混凝土內(nèi)外水分蒸發(fā)程度不同導(dǎo)致變形程度差異造成的。干縮裂縫常見為淺層性的平行線狀或網(wǎng)狀淺細裂縫分布，寬度多在0.05～2mm 之間，大體積混凝土面層較為常見，影響因素主要有主要和混凝土的材料、施工、環(huán)境等。

3.2 塑性收縮裂縫

塑性收縮裂縫是指混凝土在凝結(jié)前，表面因失水而產(chǎn)生的一種收縮。一般在天氣干燥的大風(fēng)天或熱天出現(xiàn)，裂縫多層呈中間寬，兩端細，長短不一，裂縫寬度多在1～5mm。其原因由混凝土在終凝前幾乎沒有強度或強度很小，受高溫或大風(fēng)的影響，混凝土表面失水過快，造成混凝土體積急劇收縮，混凝土強度也無法抵御其本身收縮，因此產(chǎn)生龜裂。影響因素主要有水膠比、凝結(jié)時間、環(huán)境溫度、風(fēng)速、相對濕度等。

3.3 沉降裂縫

沉降裂縫的產(chǎn)生是由于結(jié)構(gòu)地基土質(zhì)不均勻、基礎(chǔ)持力層土層較差，造成基礎(chǔ)不均勻沉降所在，多見于坡地、近沿海灘涂、河流湖泊處建筑，也有部分因模板剛度不足，模板支撐間距過大導(dǎo)致，使混凝土出現(xiàn)裂縫。裂縫多為貫穿性裂縫或深度較深，其裂縫發(fā)展方向往往和沉降有關(guān)，裂縫寬度和沉降量成一定比例，持力層土層變形沉降后，其裂縫也趨于穩(wěn)定。

3.4 溫差裂縫

溫度裂縫多發(fā)在大體積混凝土表面或溫差變更較大地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)中?；炷猎谟不^程中，水泥水化熱產(chǎn)生大量的熱量，從而使混凝土內(nèi)部溫度升高，甚至能到達70℃～80℃，由于混凝土的體積較大，大量的水化熱聚集在混凝土內(nèi)部不易散開，導(dǎo)致內(nèi)部溫度急劇上升，而表面散熱較快，內(nèi)外溫差較大，造成收縮程度不同，裂縫多常見于混凝土使用中后期。溫差裂縫通常走向無規(guī)律，大面積結(jié)構(gòu)裂縫常縱橫交錯，裂縫寬度也通常不一[1]。

3.5 荷載裂縫

主要由基礎(chǔ)不均勻沉降導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)承擔(dān)較大應(yīng)力、施工荷載超載超過設(shè)計工況下的荷載、混凝土強度尚未達到而提前拆除支撐加載等。其裂縫通常包括受彎、受剪、受扭等多種形式。受彎構(gòu)件如梁板通常發(fā)生夸中，受剪構(gòu)件通常發(fā)生在梁的支點附件，受扭構(gòu)件如梁的裂縫通常表現(xiàn)為斜裂縫，裂縫的寬度和長度隨著應(yīng)力大小而變大

3.6 化學(xué)反應(yīng)裂縫

堿骨料反應(yīng)裂縫和鋼筋銹蝕引起的裂縫是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中最常見化學(xué)反應(yīng)引起的裂縫。混凝土拌合后會產(chǎn)生一些堿性離子，與活性骨料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并吸收周圍環(huán)境中的水而體積增大，造成混凝土酥松、膨脹開裂。此類裂縫通常出現(xiàn)在混凝土結(jié)構(gòu)使用期間，裂縫很難采取修補措施，在施工過程中應(yīng)盡量避免。

4 裂縫原因

（1）查閱相關(guān)施工日志、材料進場報驗、混凝土養(yǎng)護方案等施工資料，并進行混凝土現(xiàn)場實體強度回彈檢測，混凝土強度C39～C46，混凝土進場材料合格，未發(fā)現(xiàn)其他混凝土缺陷。混凝土澆筑時處于11 月份，氣候條件正常，當(dāng)?shù)厝諝鉁貫?6℃～31℃，故可排除混凝土材料和施工工藝問題，也可排除混凝土養(yǎng)護問題情況。

（2）查閱沉降觀測記錄和檢查周邊混凝土、底板情況，未發(fā)現(xiàn)裂縫，沉降數(shù)據(jù)均勻且在合理范圍內(nèi)，鑒于該建筑基礎(chǔ)采用筏板加滿堂樁基形式，底板厚度達1 400～1 800mm，底板可提供很強的剛度，筏板基礎(chǔ)臥置于粉質(zhì)黏土，土層均勻，未有淤泥等軟弱土層，故可排除為不均勻沉降所致。

（3）查閱設(shè)計圖紙，其設(shè)計外墻墻體厚度為300mm，按地下室底板和頂板兩端剛接的單向板考慮計算，豎向鋼筋采用Φ25@150，支座處附加Φ16@150，水平方向Φ12@150 構(gòu)造配筋。經(jīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計人員通過重新核算外墻在不同荷載工況下情況，發(fā)現(xiàn)存在以下問題，其右側(cè)1 800mm 厚的外墻，產(chǎn)生很強的剛度，完全可以作為固定支座考慮，其可作為約束以改變該外墻的受力形式，故應(yīng)按雙向板考慮設(shè)計，另應(yīng)考慮右側(cè)1 800mm 厚地下室外墻大體積混凝土溫度收縮時產(chǎn)生拉應(yīng)力的影響，其水平方向的構(gòu)造配筋Φ12@150 明顯偏小不足以抵抗拉應(yīng)力，造成該300mm 厚外墻混凝土從中部貫穿性拉裂，應(yīng)力得以釋放。

綜合分析，因此外墻并不屬于大體積混凝土、其材料和施工過程控制并無異常，其他部位混凝土未出現(xiàn)類似裂縫和其他缺陷，根據(jù)裂縫存在的部位和發(fā)展形態(tài)判斷，不屬于構(gòu)件承載力不足造成的結(jié)構(gòu)裂縫，也不屬于地基承載力不足或沉降不均勻變形造成的，不影響結(jié)構(gòu)安全。其產(chǎn)生的原因為地下室外墻在此處截面突變，從1 800mm 厚變?yōu)?00mm，大體積混凝土在硬化過程中產(chǎn)生較大的收縮拉應(yīng)力，水平鋼筋僅按構(gòu)造要求配筋，未充分考慮大體積混凝土收縮應(yīng)力的補償，造成配筋不足，面對較大拉應(yīng)力情況，混凝土外墻在截面較小處拉裂，故產(chǎn)生豎向貫穿性裂縫，基本斷定上述原因是導(dǎo)致該裂縫產(chǎn)生的根本原因。

5 裂縫處理措施

鑒于P-CT 機房處于地下二層，結(jié)構(gòu)埋深大，外墻東側(cè)室外環(huán)境較復(fù)雜，附近有排水渠、排水暗管等通過、地下水水位高，機房內(nèi)的設(shè)備價值昂貴、對使用環(huán)境要求高，應(yīng)當(dāng)全面排除隱患、確保使用功能安全。經(jīng)現(xiàn)場參建各方討論，并結(jié)合專家意見，故采取如下措施：

（1）對外墻已發(fā)生的裂縫，先采取的環(huán)氧樹脂注漿封閉處理，沿裂縫全長壓力注射，環(huán)氧樹脂能很好起到封閉效果，并對鋼筋起到保護作用，處理后也起到較明顯的效果。

（2）鑒于外墻裂縫發(fā)現(xiàn)的時間較晚，其經(jīng)處理后的時間有限，基于目前的氣候條件，在室外地面（緊鄰地下室外墻面附近）打孔回灌水，灌水井點間距8m 間隔設(shè)置，并設(shè)置觀察井一口，觀察水位高度不低于室外地面-0.5m，保持水位24h。通過人為加大地下水位，模擬高水位情況下，增加外墻水壓力，觀察外墻的裂縫、滲水是否開展或者還有新增。

（3）若發(fā)現(xiàn)裂縫處存在滲漏、裂縫顯現(xiàn)，則在室外地面利用回灌水井變?yōu)榻邓?，通過抽水降低地下室水位，減少裂縫處的地下水壓力，對裂縫采用環(huán)氧樹脂注漿封閉，以利于注漿在裂縫內(nèi)飽滿。

（4）對明顯可見的裂縫，在經(jīng)注漿封閉后，其內(nèi)表面做二次加固處理，如：粘貼鋼板等措施。

（5）P-CT 機房外墻，經(jīng)以上處理后，其內(nèi)墻面再涂刷水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料。

（6）設(shè)計單位對P-CT 機房的地下室外墻，按其實際受力支承條件以及邊界環(huán)境實際情況做承載力及正常使用極限狀態(tài)復(fù)核，以保證受力安全。

（7）使用期間做好觀測工作，施工單位應(yīng)提前做好針對后續(xù)可能再次出現(xiàn)滲水的處理預(yù)案；包括若室內(nèi)空間允許的情況下，外墻內(nèi)側(cè)增加防潮隔離墻預(yù)案。

6 施工控制和常見處理方法

6.1 設(shè)計

合理布置建筑平面和立面，避免結(jié)構(gòu)構(gòu)件界面尺寸突變，造成應(yīng)力集中。較長的建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計時應(yīng)考慮分割分段，如采用沉降縫、伸縮縫、防震縫等措施，將結(jié)構(gòu)分割成若干個規(guī)則的單元，減少超長建筑帶來的混凝土收縮或不均勻沉降。

注意分布鋼筋的布置，盡量使用小直徑、排數(shù)多、間距密的鋼筋。在建筑平面有較大凹凸部位，屋面或陽臺板的陽角處，與周圍梁柱墻整體澆筑受較強約束的樓板處設(shè)置溫度鋼筋。

優(yōu)先使用低強度水泥，以控制混凝土水化熱，減少混凝土塑性收縮應(yīng)力。樓板、屋面板采用普通混凝土?xí)r，其強度等級不宜大于C30，基礎(chǔ)底板、地下室外墻不宜大于C35。

結(jié)構(gòu)驗算時應(yīng)充分考慮溫度應(yīng)力和外墻受力模型，避免出現(xiàn)雙向板設(shè)計成單向板，未充分考慮溫度鋼筋的布置等。墻體的水平分布鋼筋除滿足強度計算要求外，其分布鋼筋的配筋率不應(yīng)小于0.4%，間距不宜大于100mm。

6.2 施工

根據(jù)澆筑區(qū)域結(jié)構(gòu)構(gòu)件的類別、截面大小、鋼筋配置情況選用合適的機械和澆筑方案，一次澆筑量要使用應(yīng)充分計算考慮計算，保證混凝土澆筑的連續(xù)性，也確保澆筑的混凝土均勻密實。

澆筑豎向構(gòu)件時，一次澆筑的豎向高度一般每層不超過500～600mm，也要確?；炷敛环直离x析為前提，并且每次需平整后再澆筑上一層，澆筑時要確保振搗密實，使混凝土充滿各角落和端部。

當(dāng)樓板構(gòu)件和梁墻柱一起澆筑時，應(yīng)先澆筑墻和柱子，待其密實后，使其具有一定支撐強度，再次澆筑梁和樓板，并且應(yīng)先澆筑梁，再澆筑平面樓板。

由于混凝土的泌水、骨料下沉、容易產(chǎn)生塑性收縮裂縫，應(yīng)對混凝土表面進行壓實抹光，澆筑時如果遇到高溫、太陽暴曬、大風(fēng)天氣，澆筑后應(yīng)立即采取防護措施，進行表面包裹覆蓋，避免發(fā)生表面硬結(jié)。

澆筑時要防止鋼筋、模板移位或變形，對于大體積混凝土，應(yīng)控制入模溫度不大于30℃，澆筑完成后應(yīng)控制混凝土內(nèi)外溫差和表面與大氣溫差。

6.3 養(yǎng)護

混凝土的養(yǎng)護是預(yù)防混凝土開裂的主要措施，項目應(yīng)結(jié)合施工時的周圍環(huán)境和氣候條件，制定專門的方案，組織專人進行養(yǎng)護和檢查，監(jiān)理單位和建設(shè)單位也應(yīng)進行例行巡檢。其時間從澆筑完成凝結(jié)后立即按照制定的方案進行保溫、保濕的養(yǎng)護。

澆筑完成后采用覆蓋、灑水、噴霧，或薄膜覆蓋等養(yǎng)護措施，保溫保濕的時間對于硅酸鹽水泥，普通硅酸鹽水泥，礦渣硅酸鹽水泥的混凝土，養(yǎng)護時間不少于7d，對于摻有混凝土緩凝型外加劑的混凝土，不得少于14d。

底板和樓板等平面結(jié)構(gòu)構(gòu)件，在混凝土收漿和抹壓后，采用塑料薄膜覆蓋，防止表面水分蒸發(fā)，后續(xù)去除塑料膜，采用麻袋布或草簾等吸水性較好的材料覆蓋于表面，用水澆透，并定期澆筑，避免水分蒸發(fā)干燥。柱墻等豎向構(gòu)件，可采用保水性較好的材料澆水養(yǎng)護，也可用密封性較好的材料包裹，避免水分快速蒸發(fā)和干燥。

冬季施工時，不能直接向養(yǎng)護構(gòu)件上澆筑水，應(yīng)采用封閉材料保溫、保濕養(yǎng)護，其材料的選用應(yīng)經(jīng)過熱工計算確定后采用。

6.4 常見處理方法

（1）表面處理法：適用于修補對結(jié)構(gòu)的承載力未造成影響和裂縫區(qū)域穩(wěn)定的淺層裂縫，裂縫寬度較細，較淺，裂縫寬度小于0.3mm?？稍诹芽p處用水沖洗，然后涂刷水泥凈漿或?qū)⒒炷帘砻媲逑锤蓛舨⒏稍锖笸克⒏南颅h(huán)氧樹脂漿液、瀝青、油漆等封閉材料[2]。

（2）鑿槽填充法：適用于修補中等寬度的混凝土裂縫，裂縫寬度大于0.3mm。修補裂縫應(yīng)用機械開槽或手工剔槽，鑿成“V”或“U”形，槽寬和槽深可根據(jù)裂縫深度和有利于封閉裂縫來判斷?！癡”形槽適用于樹脂類填充材料，寬度和深度一般為30～60mm；“U”形槽適用于水泥砂漿類材料填充，其傷口寬度一般為50～90mm。

（3）注射法（定壓注射法）：通常采用的注射材料為低黏度的改性環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠作為修補劑，適用于0.1～1.5mm 的“靜止”或貫穿性裂縫，該方法用專用注射器以一定壓力將低黏度、高強度的混凝土裂縫修補液注入裂縫中，注入的修補液可與混凝土形成一個整體，起到封閉補強的作用。

（4）壓力灌漿法：采用送壓設(shè)備將漿液灌入混凝土內(nèi)部，漿液凝結(jié)、硬化后對構(gòu)件裂縫起到粘合、封閉、補強作用，恢復(fù)構(gòu)件的力學(xué)作用，提高結(jié)構(gòu)的耐久性。通常采用的灌漿材料有水泥和化學(xué)類，采用水泥灌入時，適用于裂縫寬度較為穩(wěn)定，不再發(fā)展的裂縫，寬度大于1mm 時才能有較好的修補效果；采用化學(xué)類漿料通常采用改性環(huán)氧類漿液，選用時要根據(jù)不同裂縫寬度采用不同粘稠度，其使用于裂縫較小的修復(fù)，裂縫寬度一般大于0.3mm 以上時采用。

7 結(jié)論

混凝土裂縫問題目前依然是建設(shè)施工過程中難以控制的通病問題，目前主要通過各種施工控制措施和后期養(yǎng)護來處理，施工技術(shù)發(fā)展通過近幾十年的發(fā)展，已進入更新的瓶頸。但通過本項目實例分析，其裂縫產(chǎn)生的本質(zhì)卻為設(shè)計考慮不足引起，如何不斷提高混凝土質(zhì)量，建設(shè)高品質(zhì)的建筑質(zhì)量，是值得業(yè)界不斷思考探索的命題?，F(xiàn)階段，在不斷提高施工工藝水平和新技術(shù)、新材料的同時，也應(yīng)該充分發(fā)散思維，全面考慮，通過設(shè)計技術(shù)創(chuàng)新不斷提高房屋施工技術(shù)，以適應(yīng)未來發(fā)展趨勢。