框剪結構建筑施工缺陷問題分析

陳代君 張 峰 楊文義

1 框剪結構的特點

框剪結構即框架剪力墻結構，是框架結構與剪力墻結構的綜合應用，通過鉸支座連接或者固定支座連接的方式將梁、樁、墻體連接在一起，各種結構形成一個完整的承重體系。與其他建筑結構相比，框剪結構的優(yōu)勢體現(xiàn)在兩個方面：一是通過計算在框架結構中布置相應數(shù)量的剪力墻，結構更靈活，具有更大的自由空間，可最大程度上滿足不同的建筑功能使用需求；二是剪力墻的應用能夠形成側向剛度，大大提升了結構整體的抗變形能力，且結構體系的抗震性能也會有所改善[1]。從這個意義上講，框剪結構是框架結構與剪力墻結構兩種結構體系的綜合體，兼具上述兩種結構的優(yōu)勢，因此具有結構體系更靈活、剛度與承載力更高、施工操作更簡便的優(yōu)勢。

從受力特點、剛度特點、抗震特點3個方面分析框剪結構特點。第一，在受力方面，框剪結構體系受到不同作用力的作用時，應力發(fā)生變化，構件也會隨之出現(xiàn)彎曲與變形。第二，在剛度方面，當框剪結構體系構件的受力性能接近純框架結構的受力性能時，可能會影響框架的剛度，此時需要強化框剪結構體系。第三，在抗震方面，框架與剪力墻剛度之間的比例關系是決定框剪結構體系抗震等級的主要因素，當然需要結合抗震設計規(guī)范進一步確定結構的抗震等級[2]。

2 影響框剪結構施工質量的主要因素

框剪結構出現(xiàn)施工缺陷通常不是由單一原因造成，而是由多個復雜因素所致。具體而言，影響框剪結構施工質量的主要因素包括管理方面、材料方面、機械設備方面、施工工藝及人員方面等。

（1）管理因素。管理因素導致的施工質量缺陷問題主要包括標高錯誤、建筑軸線偏差超出設計標準、混凝土構件尺寸不符合要求、受力鋼筋型號錯誤、鋼筋綁扎位置不規(guī)范及門窗尺寸錯誤等。造成這些問題的主要原因是未針對設計圖、施工圖進行嚴格會審，技術交底工作不到位，施工單位盲目施工，未按操作規(guī)程、驗收規(guī)范進行質量管理，施工完成后也未按照基本建設程序進行報檢、驗收[3]。

（2）材料因素。材料因素造成的施工缺陷問題主要有混凝土構件發(fā)生變形、開裂甚至斷裂，嚴重時可能會導致建筑結構坍塌。這主要是由于鋼筋力學指標達不到設計標準，水泥質量不達標，石子、砂級配不合理，混凝土中的石子、砂含泥量不符合設計要求。這些因素均會直接影響鋼筋混凝土結構的質量，進而影響建筑的整體質量。

（3）其他因素。其他因素包括設備因素、施工工藝因素、人員因素等，雖然這些因素不是造成框剪結構施工缺陷的主要原因，但是也會直接影響建筑結構的質量。機械設備的型號、性能、施工生產的適用性、實用功能等，均會影響框剪結構的施工質量。例如，如果鋼筋加工設備型號選型不合理，則鋼筋的成型質量就很難達到要求，對鋼筋的力學性能產生影響；如果混凝土攪拌設備選擇不合理，可能導致混凝土攪拌不充分，最終影響混凝土構件的質量。

此外，混凝土澆筑設備性能的穩(wěn)定性也會直接影響混凝土的澆筑質量等等。施工工藝主要包括技術方案、工藝流程、施工組織設計等，只有保證相關技術文件的完整性、準確性，才能保證工程質量。施工人員是指參與工程施工的相關人員，主要包括組織人員、指揮人員、具體的施工操作人員等，施工人員的職業(yè)道德素養(yǎng)會直接影響施工質量[4]。

3 工程案例分析

3.1 工程概況

陽光一號工程二單元門斗為地上二層（局部三層）、地下一層框架結構，樓板為鋼筋混凝土現(xiàn)澆板。該工程勘察單位為新疆巖土工程勘察設計研究院。查閱設計圖紙，該工程門斗柱基礎采用擴底墩基礎，擴底墩持力層為圓礫，進入持力層深度不小于1 m，門斗基礎擴底墩頂共設3 道地梁，地梁頂標高均為-5.95 m。經抽測，該工程門斗第二層、第三層框架的柱、梁、板未見明顯裂縫現(xiàn)象，負一層、一層的澆構件存在不同程度的裂縫、斷裂現(xiàn)象。

3.2 缺陷分析

3.2.1 負一層軸框柱裂縫

該框柱有兩處嚴重斷裂：一處距負一層頂梁梁底以下約100 mm 處呈環(huán)形水平斷裂，斷裂處100 ～300 mm 內有混凝土破碎、脫落現(xiàn)象，裂口處鋼筋表面銹蝕；另一處距梁底以下約1 000 mm 處斷裂，斷裂處約500 mm 范圍內存在混凝土破碎、脫落現(xiàn)象，裂口處的鋼筋表面銹蝕。該框柱柱頂與一層柱根交接處有水平裂縫，裂縫最大寬度約1.5 mm，靠外角處的裂縫最大，向兩邊延伸變小。檢查發(fā)現(xiàn)該框柱在框梁梁底標高處以下柱身已發(fā)生位移傾斜，分別向框柱B 面外側方向最大位移約60 mm，向框柱A面外側方向最大位移約7 mm。

3.2.2 負一層軸段框梁裂縫

軸段框梁處存在3 道斜向的裂縫：靠11/K 軸的一道斜向裂縫與靠7/K 軸的兩道同走向的斜向裂縫整體呈正“八”字形，裂縫均上大下小，裂縫貫穿梁截面，裂縫的最大寬度約2 mm。J ～K/7 軸段框梁靠7/K 軸存在1 道斜向裂縫，裂縫上大下小，裂縫貫穿梁截面，裂縫最大的寬度約0.8 mm。靠7/（1/J）軸次梁處有1道近似豎向裂縫，裂縫貫穿梁截面，裂縫最大寬度約0.5 mm。7/J ～K 軸段框梁存在3道斜向裂縫，裂縫均上大下小，貫穿梁截面，裂縫最大寬度約0.4 mm；靠7/（1/J）軸與7 ～11/（1/J）軸段框梁交接處存在一道豎向裂縫，裂縫最大寬度約1.2 mm。

3.2.3 負一層軸段地梁裂縫

7 ～11/K 軸段地梁靠7/K 軸與墩基交接處存在一道豎向裂縫，裂縫貫穿整個地梁截面。裂縫上大下小，裂縫最大寬度約5 mm，裂縫自地梁頂向下延伸長約520 mm，裂縫處混凝土疏松。該地梁在靠近靠7/K 軸位置存在多道斜向裂縫，貫穿地梁截面，裂縫上大下小，最大寬度約3.5 mm。

J ～K/11 軸段地梁距離11/J 軸約200 mm 處存在一道近似豎向裂縫，貫穿地梁截面，裂縫上大下小，最大寬度約20 mm，裂縫自地梁頂向下延伸至地梁底；距11/J 軸約450 mm 處存在一道近似豎向裂縫，裂縫貫穿地梁截面，裂縫上大下小，最大寬度約10 mm，裂縫自地梁頂向下延伸長約300 mm；地梁中部存在一道斜向裂縫，裂縫貫穿地梁截面，裂縫處上大下小，最大的寬度約為20 mm，裂縫自地梁頂部向下延伸至地梁底。

J ～K/7 軸段地梁靠7/K 軸與墩基交接處存在一道豎向裂縫，裂縫貫穿地梁截面，裂縫上大下小，最大寬度約為3 mm，裂縫自地梁頂向下延伸長度約為200 mm，裂縫處混凝土疏松。

3.2.4 門斗柱地基及樁基缺陷分析

現(xiàn)場對該工程軸段門斗柱地基及樁基進行調查檢測，調查檢測情況如下。

（1）先在門斗柱基兩側布置兩個人工支護探井，查明地基土質、檢測樁長、樁身完整性、樁底沉渣及樁端持力層，在西側7/K 軸門斗柱探井開挖至約10 m，東側11/K 軸門斗柱開挖至約6.5 m（兩側探井開挖面均從室外地坪下約3 m 開始，開挖面下約3 m 見門斗地梁），因探井的出水量較大，坑壁土體松散出現(xiàn)涌土現(xiàn)象，存在極大安全隱患，停止人工開挖。現(xiàn)場調整檢測方案為開挖至地梁頂，采用臺鉆對11/K 軸門斗柱有明顯沉降的基樁進行鉆芯檢測，并同時對門斗兩根樁基分別進行樁身完整性低應變檢測。

（2）根據(jù)探井及鉆孔揭露，門斗區(qū)域回填土厚度約21 m（從室外地坪算起），回填土結構松散，力學性能差，屬欠固結土；下部為圓礫，埋深約21 m（從室外地坪算起），在該圓礫中進行重型動力觸探試驗，未修正擊數(shù)22 ～39 擊，力學性能良好，呈中密-密實。

（3）根據(jù)人工探井開挖，門斗樁基未見支護痕跡，且西側7/K 軸門斗樁基在樁頂標高下約6.5 m 有擴徑現(xiàn)象（擴出約0.25 m）。

（4）對門斗東側11/K 軸基樁現(xiàn)場鉆芯，在鉆至樁頂標高下2.5 ～2.6 m 有輕微漏漿現(xiàn)象，表明該處樁身有裂隙。鉆至樁頂標高下約8.3 m，有約7 cm 樁體鉆進較快，該處芯樣較破碎；鉆至樁頂標高下14.9 m，樁身混凝土鉆穿，樁端土質為填土（或沉渣），厚度約0.3 m（沉降變形后的厚度），下部為圓礫層。

（5）現(xiàn)場對門斗地梁開挖清理，發(fā)現(xiàn)7/K 軸門斗柱樁頭頂部存在一道弧形裂縫，為貫穿性裂縫，局部裂縫延伸至下部樁基中。

（6）現(xiàn)場對門斗樁基進行低應變樁身完整性檢測，西側7/K 軸門斗樁身基本完整，根據(jù)特征波速，推測樁長大約為15.7 m。

3.3 原因分析

根據(jù)現(xiàn)場裂縫特征及地基、樁基檢測結果，該工程7 ～11/J ～K 軸段門斗柱斷裂、樁頂及地梁裂縫產生的主要原因為：門斗基礎采用樁基，在施工時東側11/K 軸樁基樁端為欠固結填土（或塌孔沉渣），造成樁基產生嚴重沉降，與西側11/K 軸樁基產生較大的差異沉降，導致門斗柱斷裂、樁頂及地梁產生裂縫。

4 框剪結構建筑施工缺陷問題的解決措施

針對框剪結構建筑施工中存在的各類缺陷問題，需要從根源上分析缺陷問題發(fā)生的原因，并采取科學的施工技術，以提高施工質量，具體可從以下幾個方面著手。

4.1 設置合理的樁基剛度分布

上述案例中樁基嚴重沉降是導致門斗斷裂、樁頂及地梁產生裂縫的主要原因，因此要設置合理的樁基剛度分布，減少樁基沉降。建筑工程中的樁基沉降包括群樁沉降和單樁沉降。群樁沉降即不同樁基發(fā)生不均勻沉降，當角樁附加應力低于中心樁時，中心樁就會發(fā)生嚴重沉降，最終導致建筑整體發(fā)生沉降。與單樁沉降相比，群樁沉降的概率更高，且影響更大[5]。

因此，施工單位在施工過程中要對現(xiàn)場土地體的內部形變進行協(xié)調，比如采用地基剛度特征分布調整，即調節(jié)建筑樁基支承剛度、現(xiàn)場土體剛度等，保證建筑樁基剛度合理分布，避免發(fā)生不均勻沉降問題。

土體剛度調整可以采用剛度墊層處理方法，根據(jù)大量的工程實踐經驗可知，混凝土墊層寬度與基礎寬度為0.3 ～0.7時土地剛度可達到最佳。在調節(jié)建筑樁基支承剛度時，當樁基布設面積占總面積的1/3 左右時可顯著提升地基的承載力，有效防止中心樁出現(xiàn)較大沉降，避免出現(xiàn)不均勻沉降問題[6]。

4.2 采取規(guī)范的抬升試驗

所謂抬升試驗是指抬高施工現(xiàn)場土體，改變施工現(xiàn)場參數(shù)，其目的是改善不均勻沉降問題。采用抬升試驗時需要注意幾個問題。

首先，抬升試驗參數(shù)設計要合理。施工單位要認真研究建筑平面布置圖，結合現(xiàn)場勘查報告，將施工現(xiàn)場的地面劃分為若干地塊，每個地塊配置承臺，承臺的高程即為抬升試驗的地面平整度標準，以此為標準可以最大程度上保證建筑地基的平整度，使得每個地塊均處于同一平面。在實際工程施工中，要保證不同地塊處于同一平臺存在一定的難度，因此，不同地塊的高程差允許范圍在2 cm 以內。此外，如果相鄰的兩個承臺沉降差異較大，具體施工過程中相鄰地塊的提升基準可以以二者地面的連線為基礎，整體呈平滑過渡趨勢，保證了施工現(xiàn)場連續(xù)地塊的一致性。

其次，合理布設注漿孔。在建筑施工過程中，樁基抬升試驗會對現(xiàn)場土層造成不同程度的破壞，影響后續(xù)的正常施工。為了將這種破壞影響降至最低，施工過程中要合理布設注漿孔，科學進行施工規(guī)劃，參照施工參數(shù)確定注漿孔的直徑。建筑樁基施工注漿孔的直徑應控制在6.0 ～6.3 cm，且注漿孔需遠離地面板，能夠有效保護地面。

最后，實時抬升觀測。抬升試驗過程中需要選擇合適的器具對地面抬升數(shù)值進行實時觀測，及時了解抬升試驗的具體情況，避免抬升量過小達不到效果，或者抬升量過大導致工程量加大的問題。地面抬升觀測可采用4.5 ～5.0 cm 量程百分表，如果觀測到抬升高程數(shù)值與標準高程數(shù)量接近時，抬升即刻停止，注漿即可開始，直到各地塊高程與平整度要求相符[7]。

4.3 加強混凝土施工質量控制

首先，合理選擇混凝土供應商，詳細考察混凝土供應點到工程所在地的行車線路，優(yōu)化行車路線，保證混凝土的性能穩(wěn)定。其次，合理安排混凝土澆筑程序。框剪結構的混凝土澆筑程序一般是先柱后梁，然后墻，最后板。這種澆筑程序更符合混凝土的強度增長要求，能夠防止混凝土結構發(fā)生裂縫。最后，合理控制混凝土配合比。振搗時要振搗到表面出漿為止，避免發(fā)生模板漏漿。

5 結語

框剪結構在建筑工程中的應用十分廣泛，其同時兼具框架結構與剪力墻結構的優(yōu)勢，大大保證了建筑項目的安全性，有利于提高建筑質量。實際施工過程中，應注意避免施工缺陷，通過合理分布樁基剛度、采取規(guī)范的抬升試驗以及加強混凝土施工質量控制等措施，減少施工缺陷，提高工程整體質量。