論如何防治建筑物兩種裂縫的問題

建筑結構裂縫是比較常見的一類質量問題，例如框架體系中的填充墻體裂縫、預掉空心板的順板裂縫、結構構件的各種溫度裂縫、混凝土干縮裂縫等。這些裂縫的存在雖然短期內(nèi)不會對建筑物的耐久性造成不良影響，有些裂縫如果處理不當，會大大縮短建筑物的使用壽命，甚至造成房倒屋塌的惡果。所以對建筑物的裂縫我們不能等閑視之，要從設計、施工使用等各個環(huán)節(jié)加以重視，盡量避免裂縫的出現(xiàn)，使建筑物的壽命達到設計的使用年限。

本文就兩種裂縫的形成及防治問題進行探討，通過分析它的形成機理，提出相應的防治方法。

一、第一種裂縫

1.表征描述:某住宅小區(qū)49號住宅樓為7層框架結構，地質情況良好，基礎為鋼筋混凝土獨立基礎，整棟樓有五個單元，南北朝向，樓體東西長69米，南北寬12米，填充墻為加氣混凝土砌塊墻，混凝土強度等級為C30。樓體中部沒有留設變形縫，設計時在樓體的中單元樓梯東側留高南北向后澆帶一道，以釋放因溫度影響而產(chǎn)生的內(nèi)應力，但基礎沒有留設。該工程2003年6月中旬開工，2003年10月底主體框架完成，澆筑后澆帶的時間為2003年11月份，沒有達到環(huán)境的最低溫度。2004年6月份工程竣工驗收。發(fā)現(xiàn)裂縫的時間為2005年1月。經(jīng)現(xiàn)場勘察，各層裂縫的位置恰好是后澆帶的位置，底下1—3層裂縫明顯，縫寬在0.5~1.5毫米，梁、板、墻均有不同程度開裂，尤以板為重，裂縫貫通構件內(nèi)部，與樓梯間平行相對應的部位裂縫消失。上部幾層相應位置裂縫明顯變小，6、7層沒有裂縫出現(xiàn)，總的趨勢是裂縫寬度自下面是上逐漸減小直至消失。據(jù)調查該樓房還未交給業(yè)主方，樓內(nèi)沒有人員居住，結構沒有承受較大的活荷載，整棟建筑還未與城市熱力管網(wǎng)相連，冬季樓內(nèi)也沒有任何其他形式的采暖措施。根據(jù)現(xiàn)場測量，裂縫兩側基礎未有差異沉降，開挖后相應位置的基礎連梁也沒有發(fā)現(xiàn)裂縫，除與裂縫相對應的墻體上有豎向裂縫外，其他墻體未有斜裂縫和向錯動裂縫出現(xiàn)。

2.形成機理：根據(jù)該建筑物的歷史記錄和現(xiàn)場查勘、調查結果，可以斷定該裂縫不是因基礎不均勻沉降或結構不合理受力而造成的，而是必于溫度裂縫的范疇，因為裂縫產(chǎn)生的時間、裂縫自身的特征，產(chǎn)生裂縫的位置等歷素均符合溫度裂縫的特點。其作用機理分析如下：（1）時間上的符合性：根據(jù)調查用戶得知該裂縫產(chǎn)生的時間約在2004年12月下旬。此段時間正好是建筑物所在地區(qū)大幅度降溫的時間，最低氣溫可定以零下5℃，因為樓房沒有移交給業(yè)主，樓內(nèi)沒有采取任何采暖措施，室內(nèi)溫度可達到0℃以下，這為冷縮裂縫的產(chǎn)生提供了溫度條件，另外，到此時混凝土的收縮變形基本穩(wěn)定，收縮量接近最大值，兩種收縮量疊加，極易產(chǎn)生裂縫。（2）位置上的符合性：在表征描述中已說到裂縫的位置在后澆帶上，并且與樓梯間平行相對應的部位裂縫消失。后澆帶的混凝土是在主體框架結構完成之后才澆筑的，新老混凝土之間的結合力是很弱的，當有拉應力作用時，極易在該部位出現(xiàn)裂縫。而在與樓梯間平行相對應的部位，因為樓梯間比較空曠，對周邊結構的約束作用較弱，其周邊混凝土結構的縮張相對自由，所以裂縫延伸到樓梯間平行相對應的部位就消失了。（3）裂縫自身特征的符合性：從現(xiàn)場查勘的情況看，下部三層的裂縫較大，而上部變小直至消失。該建筑物主體框架的形成時間在2004年的7~10月間，該段時間氣溫很高，日最高氣溫可達35℃，太陽的直射溫度更高。2005年12月下旬當?shù)氐淖畹蜌鉁乜蛇_到零下5℃，所以溫差可達40℃。在這樣的溫差下，建筑物長向的收縮量計算如下：

△L=μ·△T·L=1.25×10-5×40×69=0.0345m=3.45㎝

上式中△L表示建筑物長向的收縮量，μ為混凝土的溫度線變形系數(shù)，△T為溫差，L為建筑物長度。

如果建筑物各個方向在無任何約束的情況下，這一收縮量是可以實現(xiàn)的，而且在建筑物的內(nèi)部也不會產(chǎn)生附加應力，也就是說，它處于一種完全自由的狀態(tài)。但實際情況下，建筑物要受到內(nèi)外多種約束作用，其中最主要的一種約束來自建筑物基礎。建筑物的基礎埋深在凍土層以下，受外界環(huán)境溫度的影響很小，可以認為其不受環(huán)境溫度影響。當上部主體結構受冷收縮時，因為基礎不收縮，所以它就阻止上部結構的這種變化趨勢，成為上部結構的一種約束，其結果相當于給上部結構施加了向外的拉力，在結構相當于給上部結構施加了向外的拉力，在結構內(nèi)部產(chǎn)生張拉應力，越是接近基礎的部位（建筑物的底下幾層）約束作用越強，張拉應力越大。而遠離基礎的部位，因為基礎的約束作用相對較弱，建筑結構的自由度較大，所以建筑物的冷縮是在比較自由的狀態(tài)下進行的，內(nèi)部的張拉應力很小，甚至沒有因溫度而引起的張拉應力。

通過以上的分析可以認為，建筑物在沒有任何約束的情況下，當氣溫達到零下5℃時，其長度為L=（69-0.0345）m。而有了基礎的約束作用后，限制了近基礎部位結構的收縮，即相當于把零下5℃的建筑物下層結構拉伸了0.0345m。線性應變ε=△L/L=

0.0345/(69-0.0345)=0.0005。這一應變值剛好是一般試驗方法測得的混凝土極限拉應變的最高值。假設此時混凝土結構還沒有被破壞，則產(chǎn)生的內(nèi)應力為δ=ε×EC’=ε×0.5EC=0.0005×0.5×2.95×104=7.375Mpa。該數(shù)值遠遠超過C30混凝土抗拉強度的標準值（ftk=2.0MPa）。由此可以看出，下部幾層的混凝土結構在冬期寒冷季節(jié)產(chǎn)生溫度裂縫是必然的，而上部結構因自由度。較大，相當于反向拉伸量較小，所以裂縫變小，直至消失。

3.防治方法：防治建筑物的溫度裂縫應從設計、施工使用等幾方面進行綜合考慮。首先，設計時應嚴格按照規(guī)范要求科學地設置溫度變形縫或溫度后澆帶，每一變形單元的長邊長度盡量控制在35m左右。在此筆者主張宜優(yōu)先選擇溫度變形縫，因為后澆帶主要是用來釋放早期混凝土收縮應力，對后期因溫度而引起的混凝土變形的調節(jié)作用不明顯；另外，規(guī)范要求后澆帶澆筑時的環(huán)境溫度要低于后澆帶留置時的環(huán)境溫度，而由于開工時間和施工工期等因素的影響，定條件在實際操作中不是很容易實現(xiàn)的，所以留置澆帶有時不僅達不到設計的預期效果，還會留下結構隱患。其次，假如因條件所限必須使用后澆帶來釋放結構因溫度變形而產(chǎn)生的內(nèi)應力時，施工階段必須確保做好以下工作：一是要保證澆筑后澆帶時的環(huán)境溫度，且澆筑后澆帶時環(huán)境溫度越低越好，有條件的可選擇在冬期施工期間澆筑后澆帶。二是要使用膨脹性混凝土或在混凝土中摻加膨脹劑，使后澆帶周邊的混凝土內(nèi)部生預加的城市應力，以換消環(huán)境溫度進一步降低后混凝土內(nèi)閣下的拉應力。三是拌制后澆帶混凝土時要盡量減少水的用量，澆筑后澆帶混凝土時一定要振搗密實且采用二次振搗導致次后平的工藝，并及時作好養(yǎng)護工作，防止后澆帶內(nèi)的混凝土早期干縮裂縫。最后，建筑物在竣工后的第一個采暖期要盡量供熱采暖，以提高整個建筑物的內(nèi)部溫度，減少結構收縮量，從而避免溫度裂縫的出現(xiàn)。

二、第二種裂縫

1.表征描述：某住宅小區(qū)6號樓，7層磚混凝結構，結構層樓板與圈梁整體現(xiàn)澆，人工挖孔樁——墻下混凝土條形基礎，建筑物外形簡單，東、丁、南、北四道外墻分布在四條外軸線上，沒有凹凸造型。2004年8月份竣工驗收時，發(fā)現(xiàn)每層樓板在建筑物的四個大角部位有余向裂縫，裂縫與兩道垂直的外墻均近似成45°角，如圖1所示。裂縫條數(shù)為1~3道，寬度在0.1~0.3mm之間，裂縫貫透樓板。外墻沒有發(fā)現(xiàn)裂縫，基礎無不均勻沉降現(xiàn)象。

2.形成機理：通過現(xiàn)場查勘、分析，最終斷定這也是一種因溫度變形而產(chǎn)生的結構裂縫，屬于熱脹裂縫。這種裂縫的開成機理如下：當夏季太陽直射時外墻的溫度可達攝氏50℃以上，因為該建筑物外形簡單，沒有凹凸造型，所以在這種情況下外墻的熱膨脹量很大，而室內(nèi)的溫度要比外墻低很多，在這樣的溫差作用下，外墻因受熱而產(chǎn)生的伸長量要大于室內(nèi)結構的熱膨脹伸長量。在建筑物外墻的四個大角處，相互垂直的兩道外墻同時伸長，對結構層的混凝土樓板產(chǎn)生一個沿水平面斜向墻角的拉力，當鋼筋混凝土樓板抵抗不了這種拉力的時候，便會產(chǎn)生垂直于拉力方向的裂縫，這就是表征描述中那種裂縫形成的原因。

3.防治方法：通過表征描述和機理分析得知，造成這種裂縫的原因有兩方面，一是溫度的原因，二是外墻造型簡單的原因。所以防治此種裂縫首先要從這兩方面入手。為減小外墻對溫度的敏感性，設計時可考慮對外墻進行必要的保溫處理，或者選用對溫度敏感性小的材料來砌筑外墻。為避免較長的外墻體受熱后伸長量達大，設計時可有意將外墻何等成凹凸造型，以分解外墻因受熱膨脹而帶來的過大的伸長量。另外，設計進還應考慮在每層樓板的四個外墻大角處增加輻射鋼筋，以抵抗墻體對樓板的拉應力。

三、結束語

通過以上分析我們可以看出，雖然這兩種裂縫都是因溫度而造成的，但溫度作用機理卻并不相同，第一種是因為結構遇冷收縮又受到基礎的約束作用而造成的，第二種裂縫是因為內(nèi)外結構受熱膨脹不協(xié)調，相互約束產(chǎn)生內(nèi)應力而形成的。在實際的工程設計與施工中，我們要綜合考慮各種因素，采取措施，盡量消除溫度對建筑結構造成的不利影響。