混凝土構件裂縫產生的原因查找及分析

文／李建功 云南營造工程設計集團有限公司 云南昆明 650000

劉志鵬 西北綜合勘察設計研究院云南分院 云南昆明 650000

劉鑄民 昆明經濟技術開發(fā)區(qū)投資開發(fā)集團有限公司 云南昆明 650000

引言：

混凝土結構構件產生裂縫是極其常見又極難避免的事情。近年參與建筑結構設計的幾個常規(guī)住宅項目相較往年項目普遍出現類似的混凝土構件開裂問題，特將其裂縫產生的原因查找及分析過程撰寫成文以期與同行業(yè)相關從業(yè)人員一起探討相互啟發(fā)。

1、項目概況

論文所涉及的項目均位于云南省昆明市，抗震設防烈度為8°/0.3g，項目性質為住宅或公寓，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立）簡圖如下圖1：

圖1 臨空地下室及上部單體示意圖

項目配套少量多層輔助性用房及商業(yè)，具體結構設計情況如下：

1.1 結構類型

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

1.2 結構長度及設縫情況

(1)大部分住宅上部結構長度約40～45m，均不設置結構縫，也未采取其余非常規(guī)抗裂措施；

(2)少量建筑結構長度達到78m，在結構平面中部位置設置800mm從底到頂的溫度后澆帶，如下圖2。結構設計時進行樓板溫度應力計算，并根據計算結果進行配筋，同時對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行加強；

圖2 溫度后澆帶位置

（3）地下室部分每隔40～45m設置沉降及溫度后澆帶，對迎水部分混凝土（底板、頂板、側壁）

均采用摻抗裂型外加劑的補償收縮混凝土，要求水中養(yǎng)護14d的混凝土限制膨脹率應≥0.02%，水中14d、空氣中28d的限制干縮率應≤0.03%，混凝土澆筑前有關試配報告滿足設計及GB50119-2013《混凝土外加劑應用技術規(guī)范》的相關要求[1]。

（4）后澆帶均采用補償收縮混凝土澆筑，要求溫度后澆帶在兩側混凝土澆筑完成后60d，并經設計同意后澆筑；沉降后澆帶應在主體結構頂板澆筑14d后，提供沉降觀測數據，經設計同意后澆注。

2、基礎類型

（1）高層住宅部分：采用以中風化白云質灰?guī)r（巖石單軸飽和抗壓強度平均值為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，承載力滿足計算及規(guī)范要求。施工前至少進行一樁一孔施工勘察，對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。施工勘察成果應滿足（GB5007-2011）《建筑地基基礎設計規(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范圍內應無軟弱夾層、斷裂破碎帶和洞穴分布，且在樁底應力擴散范圍內無巖體臨空面”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+柱墩的基礎形式，滿足規(guī)范及計算要求。

（3）構件平均尺寸

上部標準層結構典型樓板厚度為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

地下室外墻C35～C50，梁、樓板C30～C40。

3、構件裂縫情況

3.1 裂縫發(fā)生時工程進度情況

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

3.2 裂縫出現部位及開展情況

（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：主要出現在非臨空側，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（無地下室外墻）基本無裂縫；

圖4 地下室頂板裂縫

（3）上部結構樓板：部分樓層大量樓板均出現諸多不規(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 上部結構樓板裂縫

4、裂縫原因查找及分析

混凝土結構構件產生裂縫的原因主要有以下幾個方面：

4.1 地基基礎沉降

地基基礎在上部建筑重力及水平力荷載作用下均會產生不同程度的沉降變形（巖石地基除外），對于不同結構類型控制其允許變形的指標分別為：沉降差、整體傾斜、平均沉降量及沉降量[2]。

幾個項目沉降觀測報告顯示：高層住宅部分（樁基礎）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，各項變形指標均滿足規(guī)范要求，且數值在本地區(qū)屬正常范圍，各結構構件裂縫的開展原因可基本排除地基基礎沉降原因。

4.2 構件設計承載力不足

從設計角度而言，除地基基礎不均勻沉降導致建筑物開裂外，另一個最大的可能就是構件承載力設計不足。以上項目經過對計算模型假定、計算參數設置、荷載設定及計算結果核對（假定及各數值均按常規(guī)項目設定），各項數值均滿足規(guī)范及計算要求，其中地下室頂板滿荷載情況下計算裂縫均未超過0.2mm，地下室外墻滿荷載情況下裂縫最大計算寬度僅為0.142mm（此文不對裂縫計算公式及行業(yè)內常規(guī)計算假定進行討論）。同時在第3/（1）文中已經介紹，實際在裂縫發(fā)生時地下室頂板的覆土、地下室外墻的基坑回填土均未回填，對地下室頂板實際荷載僅為混凝土結構自重，地下室外墻實際外荷載基本可認為尚未加載。昆明地區(qū)設防烈度較高，在未發(fā)生地震的情況下混凝土構件實際承載力比較富余，所以各結構構件裂縫的開展原因可排除構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比較復雜，其中鋼筋錨固和綁扎、保護層厚度控制、樓板中管線預埋、拆模時間、混凝土澆筑順序、混凝土振搗（節(jié)點鋼筋過密）、混凝土的養(yǎng)護、溫度收縮、混凝土原材料質量等均會導致結構構件產生裂縫。現對上述情況進行簡單分析：

（1）鋼筋錨固和綁扎：混凝土的抗拉能力相較鋼筋而言極低（不到鋼筋抗拉強度的1%），這也是為什么我們要采用混凝土與鋼筋的結合材料——鋼筋混凝土的原因，以便讓其發(fā)揮自身材料的優(yōu)勢。針對本次涉及到的幾個項目，在施工現場我們發(fā)現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水平后彎折錨入邊梁中，但實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，混凝土澆搗時易導致鋼筋錨固偏向錯位，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、綁扎將極易出現平行于樓板支座邊緣裂縫。

（2）保護層厚度控制：混凝土結構構件中梁、墻、柱的保護層厚度相對容易控制，樓板頂面保護層厚度則是控制質量最差的構件。由于板頂保護層厚度過厚導致荷載未施加之前就出現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致承載力不足，從而出現貫通式結構裂縫，通常需要進行加固處理。經現場勘驗，項目確保樓板頂部保護層厚度的支架均采用小號鋼絲制成的支架，布置數量普遍在1.5～2㎡/個，其支撐強度明顯偏弱，如下圖8：

圖8 鋼絲馬鐙支架

樓板施工時雖會設置活動馬道，但工人在實際澆筑混凝土時也很難避免對鋼筋踩踏，一旦發(fā)生踩踏，如此低強度的支撐很難避免不被損壞，從而導致板頂保護層過厚產生不規(guī)則裂縫。

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

圖9 設備管線多層交叉

現場應實按設備專業(yè)要求采用管線轉換接頭或合理調整管線走向從而減少管線交叉，并應按結構專業(yè)要求對該區(qū)域進行結構加強，以免該區(qū)域樓板有效厚度過小或板頂保護層厚度過薄而出現開裂。

（2）拆模時間：現場施工時由于工期要求或為加快模板周轉，經常不按規(guī)定時間拆模，最快拆模時間僅為3d，混凝土強度尚未達到拆模條件，由此將導致混凝土在澆筑完成之后7d內就出現較大變形從而導致開裂。

（3）混凝土澆筑順序：經現場與參建單位詢問得知，部分項目標段因工期原因，混凝土澆筑時剪力墻（柱）、梁、板一次性整體澆筑，嚴重違背混凝土澆筑順序要求。豎向構件混凝土尚未形成任何強度，水平構件完全依賴模板及下部腳手架支撐，極難避免豎向、水平向構件變形從而導致構件裂縫發(fā)生。

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

圖10 混凝土構件節(jié)點鋼筋

（5）混凝土的養(yǎng)護：GB50666-2011《混凝土結構工程施工規(guī)范》[3]中對不同施工季節(jié)、環(huán)境溫度、構件部位、水泥型號等混凝土養(yǎng)護有明確的規(guī)定，但現場實際養(yǎng)護情況往往與其要求相差甚遠，甚至部分項目標段的構件就沒養(yǎng)護過。由此結構構件出現大量不規(guī)則裂縫也就是情理之中的事情了?，F場監(jiān)理、施工及建設單位均負有不可推卸的責任。

（6）溫度收縮：對于大體積混凝土、平面尺寸較大或混凝土標號較高的情況，由于水泥水化反應加之溫差控制及養(yǎng)護不到位，導致混凝土出現溫度收縮裂縫。該類型裂縫除設計時盡可能采用低標號混凝土及結構斷縫外，主要需依靠施工措施進行避免。

（7）混凝土原材料：目前建設項目基本采用商品混凝土，質量參差不齊，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不一致，導致試塊檢測均合格而施工完成后的成品構件經常出現強度偏差及開裂的情況。有時由于運輸距離或交通擁堵導致混凝土存儲在罐車中時間過長或其他原因導致混凝土運至現場后出現離析、坍落度不滿足等情況，在現場要求退場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)實在惡劣。采用此類混凝土澆筑的結構構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。

結語：

綜上所述混凝土構件裂縫的發(fā)生是一個比較復雜的問題，本文不對裂縫的計算公式及構件計算假定進行討論，僅從顯而易見的沉降、設計、施工及材料幾方面進行分析。上述原因中通常是幾個原因綜合疊加最終導致構件開裂，在現行建筑市場高周轉的要求下各參建單位均應擬行好各自責任與義務，層層把好質量關，不能讓建筑業(yè)質量倒退。各同行共勉！