建筑施工裂縫分析

程永洪

中圖分類號:TU-0文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0920109-01

施工項目質量問題的分析,是正確擬定質量事故處理方案的前提,是明確質量事故責任的依據(jù)。為此,要求對質量問題的分析力求全面、準確、客觀;對事故的性質、危害、原因、責任都不能遺漏。要有科學的論證和判斷;言之有理:論之有據(jù),方能達到統(tǒng)一認識的目的。工作近十年來,發(fā)現(xiàn)建筑施工中,裂縫是常見的問題,尤其是墻體裂縫。

在混合結構中墻體裂縫是常見的質量問題,引起裂縫的原因有地基不均勻沉降、溫度應力、地震力、膨脹力、凍脹力、荷載和施工質量等。現(xiàn)就常見的地基不均勻沉降和溫度應力引起墻體裂縫特征分析如下:

一、地基不均勻沉降引起墻體裂縫分析

房屋的全部荷載最終通過基礎傳給地基,而地基在荷載作用下,其應力是隨深度而擴散,深度大,擴散愈大,應力愈小;在同一深處,也總是中間最大,向兩端逐漸減小。也正是由于土壤這種應力的擴散作用,即使地基地層非常均勻,房屋地基應力分布仍然是不均勻的,從而使房屋地基產(chǎn)生不均勻沉降,即房屋中部沉降多,兩端沉降少,形成微向下凹的盆狀曲面的沉降分布。在地質較好、較均勻,且房屋的長高比不大的情況下,房屋地基不均勻沉降的差值是比較小的,一般對房屋的安全使用不會產(chǎn)生多大的影響。但當房屋修建在淤泥土質或軟塑狀態(tài)的粘性土上時,由于土的強度低、壓縮性大,房屋的絕對沉降量和相對不均勻沉降量都可能比較大。如果房屋設計的長高比較大,整體剛度差,而對地基又末進行加固處理,那么墻體就可能出現(xiàn)嚴重的裂縫。裂縫對稱的發(fā)生在縱墻的兩端,向沉降較大的方向傾斜,沿著門窗洞口約成45°,呈正八字形,且房屋的上部裂縫小,下部裂縫大。這種裂縫,必然是地基附加應力作用使地基產(chǎn)生不均勻沉降而形成的。

當房屋地基土層分布不均勻,土質差別較大時,則往往在不同土層的交接處或同一土層厚薄不一處出現(xiàn)較明顯的不均勻沉降,造成墻體開裂,其裂縫上大下小,向土質較軟或土層較厚的方向傾斜。

在房屋高差較大或荷載差異較大的情況下,當未留設沉降縫時,也容易在高低和較重的交接部位產(chǎn)生較大的不均勻沉降裂縫。此時,裂縫位于層數(shù)低的荷載輕的部分,并向上朝著層數(shù)高的荷載重的部分傾斜。

當房屋兩端土質壓縮性大,中部小時,沉降分布曲線將成凸形,此時,往往除了在縱墻兩端出現(xiàn)向外傾斜裂縫外,也常在縱墻頂部出現(xiàn)豎向裂縫。

此外,新建房屋的基礎若位于原有房屋基礎下,則要求新、舊基礎底面的高差H與凈距L的比值應小于0.5～1。否則,由于新建房屋的荷載作用使地基沉降而引起原有房屋、墻體裂縫。同理,在施工相鄰的高層和低層房屋時,亦應本著先高、重,后低、輕的原則組織施工;否則,若先施工了低層房屋后再施工高層房屋,則也會造成低層房屋墻體的開裂。

從以上分析可知,裂縫的分布與墻體的長高比有密切關系,長高比大的房屋因剛度差,抵抗變形能力差,故容易出現(xiàn)裂縫;因縱墻的長高比大于橫墻的長高比,所以大部分裂縫發(fā)生在縱墻上。裂縫的分布與地基沉降分布曲線密切有關,當沉降分布曲線為凹形時,裂縫較多的發(fā)生在房屋下部,裂縫寬度下大上小;當沉降分布曲線為凸形,裂縫較多的發(fā)生在房屋的上部,裂縫寬度上大下小。裂縫分布與墻體的受力特點密切有關,在門窗洞口處,平面轉折處、層高變化處,由于應力集中,往往也就容易出現(xiàn)裂縫;又因墻體是受剪切破壞,其主拉應力為45°,所以裂縫也成45°傾斜。

為了防止地基不均勻沉降引起墻體開裂,首先應處理好軟土地基和不均勻地基,但在擬定地基加固和處理方案時,又應將地基處理和上部結構處理結合起來考慮使其能共同工作;不能單純從地基處理出發(fā),否則,不僅費用大;而效果亦差。在上部結構處理上有:改變建筑物體型;簡化建筑物平面;合理設沉降縫;加強房屋整體剛度(如增加橫墻、增設圈梁、采用筏式基礎、箱形基礎等);采用輕型結構、柔性結構等。

二、溫度應力引起墻體裂縫分析

一般材料均有熱脹冷縮性質,房屋結構由于周圍溫度變化引起熱脹冷縮變形,稱為溫度變形。如果結構不受任何約束,在溫度變化時能自由變形,那么結構中就不會產(chǎn)生附加應力。如果結構受到約束而不能自由變形時,則將在結構中產(chǎn)生附加應力或稱溫度應力。由溫度應力引起結構的伸縮值。由于鋼筋混凝土的線膨脹系數(shù)a=1.08X10/C,而普通磚砌體的線膨脹系數(shù)為0.5XlO/C,在相同溫差下,鋼筋混凝土結構的伸長值要比磚砌體大一倍左右。所以,在混合結構中,當溫度變化時,鋼筋混凝土屋蓋、樓蓋、圈梁等與磚墻伸縮不一,必然彼此相牽制而產(chǎn)生溫度應力,使房屋結構開裂破壞。

(一)溫差引起的溫度應力是裂縫產(chǎn)生的主要原因

建筑物的基礎受冬夏正負溫差的影響較小,一般認為這種溫差對基礎的收縮變形的影響可忽略不計,即認為是不變形的,但對基礎本身來講,溫差雖然對基礎的變形影響較小,但其變形是不均勻的。基礎上部變形大,下部除受溫差影響小,外部受地基的約束,所以下部變形小,由此可見,整個建筑物受溫差變化的影響,是隨其整體高度而變化的,上部結構的變形受到基礎的約束,基礎的變形受到地基的約束,對于框架結構來說,冬季負溫時框架的水平橫梁在溫差作用下要產(chǎn)生收縮變形,這種變形受到樁的約束,而柱又受到變形可忽略不計的基礎的約束,這種約束就使在建筑物縱向中部或框架縱向的中部附近拉應力最大的部位產(chǎn)生裂隙。

(二)溫度應力引起墻體裂縫一般有以下幾種情況

1.八字形裂縫

當外界溫度上升時,外墻本身沿長度方向將有所伸長,但屋蓋部分(特別是直接暴露在大氣中的鋼筋混凝土屋蓋)的伸長值大得多。從屋蓋與墻體連接處切開來看,屋蓋伸長對墻體產(chǎn)生附加水平推力,使墻體受到屋蓋的推力而產(chǎn)生剪應力,剪應力和拉應力又引起主拉應力,當主拉應力過大時,將在墻體上產(chǎn)生八字形裂縫。由于剪應力的分布大體是中間為零,兩端最大,因此八字形裂縫多發(fā)生在墻體兩端,一般占二、三個開間,且發(fā)生在頂層墻面上。

2.水平裂縫和包角裂縫

平屋頂房屋,有時在屋面板底部附近或頂層圈梁附近,出現(xiàn)沿外墻頂部的縱向水平裂縫和包角裂縫,這是由于屋面伸長或縮短引起的向外或向內推拉力而產(chǎn)生的,包角裂縫實際上是水平裂縫的一種形式,是外橫墻和縱墻的水平裂縫連接起來形成的,在這種情況下,下面一般不會再出現(xiàn)八字形裂縫。有時,外縱墻的水平裂縫也會出現(xiàn)在頂層的窗臺水平處。

此外,在樓梯間兩側或有錯層處的墻體將易產(chǎn)生局部的豎向裂縫,這是由于樓面收縮產(chǎn)生較大的拉力所致。

影響房屋伸縮出現(xiàn)裂縫的原因很多而且復雜,以上所述的僅是一些常見的情況。為了減少溫度應力的影響,可采取合理地設伸縮縫;避免樓面錯層和伸縮縫錯位;加強屋面保溫、隔熱;用油氈夾滑石粉或鐵皮將屋面板和墻體隔離,并在女兒墻根部留一定空隙,使其能自由伸縮且有伸縮余地;采用蓄水屋面域種植屋面;女兒墻設構造柱;加強結構的薄弱環(huán)節(jié),提高其抗拉強度等技術措施。