民用建筑混凝土結構裂縫鑒定及補強加固措施

黃燕春

（廣西壯族自治區建筑工程質量檢測中心有限公司，廣西南寧 530005）

0 引言

隨著我國房地產業及私有住宅的發展，框架及磚混結構建筑數量龐大，由于各種原因造成混凝土結構開裂的情況越來越多。而且民眾協商解決該問題的方式及途徑也在不斷地改變和升級，從信訪、投訴到訴諸法院，到訴諸媒體，甚至出現了較為激烈的局面，引起較大的社會反應。尤其是在私有住宅項目中，因為很多居民對混凝土結構開裂危害認識不足，常常將其視為危害性較大的缺陷，害怕因其造成房屋坍塌，因此，因房屋裂縫對房屋質量質疑的投訴已經成為現今主管理部門需認真面對的問題[1]。

1 民用建筑混凝土結構裂縫鑒定

混凝土結構裂縫鑒定是民用建筑使用性能評定的一個子項目，《民用建筑可靠性鑒定標準》（GB 50292—2015）中表6.2.4-1 及表6.2.4-2 對一般鋼筋混凝土構件及預應力混凝土構件的裂縫寬度等級做出了相關規定。

表6.2.4-1 鋼筋混凝土構件裂縫寬度等級的評定

表6.2.4-2 預應力混凝土構件裂縫寬度等級的評定

在鑒定過程中，應對構件上的裂縫寬度、長度、深度、位置等進行認真觀測和詳細記錄，分析裂縫的成因，對裂縫進行分類；根據構件的重要性及不同類型裂縫對構件分別進行評級，取最低等級作為構件的最終評定等級。在此基礎上，評定構件集、子單元、鑒定單元的級別，最終判定結構的安全性和可靠性是否受到影響，進而考慮是否需采取進一步的處理措施[2]。

2 裂縫發生和發展的機制

混凝土結構中由于各種應力的存在，會在相應部位生成微裂紋，且微裂紋的分布極不均勻，前期因沒有貫穿于表面，因而很難被發現。含微裂紋的混凝土構件通常能經受住一定程度的拉伸、剪切應力。后期在受拉、受剪應力較大的部位，隨著時間的推移，微裂紋會逐漸擴展，當其在整個斷面上連續延伸，發展到一定程度時（寬度大于0.03～0.05mm 時），就會出現肉眼可見的裂紋，嚴重時使混凝土構件承載能力逐漸降低，甚至引起構件斷裂。混凝土中微裂紋擴展和數量增加將降低混凝土的強度、剛度、耐久性，引起混凝土徐變變形[3]。

在鋼筋混凝土結構中，混凝土與鋼筋之間存在著共同的受力關系，兩者之間存在著相互制約的作用，其開裂通常可以用“黏結-滑移”機制來解釋。研究表明，鋼筋混凝土結構中有明顯裂縫的形成與發展，主要是由于兩者之間不再能保持變形的一致性，從而發生了相對滑移。例如，張拉縫寬實際上就是混凝土部位的張拉縫寬與張拉筋在縫間的張拉縫寬的差別。

3 裂縫的分類

3.1 按危害性進行分類

混凝土結構的裂縫分為“破壞性裂縫”和“非破壞性裂縫”“破壞性裂縫”是指其對建筑物承載能力、平面和空間的穩定性、應力狀態和變形以及結構的可靠性等方面有影響的裂縫，稱為“有害裂縫”。所謂的“非破壞性裂縫”，是指不會對建筑物造成以上所說的傷害的裂縫，但這并不意味著建筑物就是完全無害的，“非破壞性裂縫”的出現往往意味著建筑物的質量存在問題[4]。

3.2 按裂縫深度進行分類

分為以下各類裂縫：

表面裂縫：當h≤0.1H 為表面裂縫。

淺層裂縫：0.1H＜h＜0.4H 為淺層裂縫。

縱深裂縫：0.4H＜h＜1.0H 為縱深裂縫。

貫穿裂縫：h=H 為貫穿裂縫。

4 裂縫產生的原因和危害

4.1 設計原因引起結構裂縫

在民用建筑特別是私有住宅設計過程中，只做承載力驗算未進行裂縫驗算，或甚至均不做驗算，直接借鑒相鄰地區建筑或類似建筑，形成擬建建筑的設計文件。待建建筑的地基及結構構件配筋不合理，設計中為節省材料，僅按構造配筋配置，不能滿足構件的實際需要，容易出現應力集中，從而在使用過程中，構件薄弱環節，應力超過應力限值，產生結構裂縫。

4.2 材料原因引起結構裂縫

材料選擇不當，例如，水泥、細骨料、粗骨料選擇不當；混凝土的配合比不符合要求，粗骨料的用量偏大，容易形成網狀裂縫；選用的外加劑品種不匹配，容易造成鋼筋銹蝕，構件體積膨脹產生沿鋼筋走向的縱向裂縫等。

4.3 施工原因引起結構裂縫

混凝土在攪拌過程中容易發生“堿骨料反應”，易導致混凝土出現松散、膨脹、開裂。施工時，振搗時間過長，易造成粗骨料和細骨料分層，使上下層強度不均勻，上層容易發生收縮裂縫；鋼筋綁扎間距不均勻，綁扎不牢固，施工現場未對負彎矩鋼筋進行保護，致使施工過程中被踩踏變形，使樓板或梁的有效厚度及高度減小，造成局部開裂；為追求施工進度，混凝土未達到設計強度，即拆除模板，容易在柱、板、梁的交接處形成縱向裂縫[5]。

4.4 荷載作用引起結構裂縫

（1）混凝土在常規靜、動荷載及次應力下產生的裂縫稱荷載裂縫。

（2）直接應力引起結構裂縫。

鋼筋混凝土構件受力狀態有拉伸、壓縮、扭轉、剪切、彎曲等狀態。各類受力構件容易產生的裂縫型式如下：①中心受拉構件，裂縫一般垂直于受力鋼筋出現，大體等距離出現；②中心受壓構件，在平行于受力方向出現短而密的平行裂縫；③受扭轉構件，易在構件腹部出現多條45°方向斜裂縫；④受剪切構件，與主筋約45°方向產生相互平行的斜裂縫；⑤受彎構件，在彎矩最大的危險截面附近從受拉邊緣出現橫向裂縫，并逐步向中性軸開展。

（3）次應力引起結構裂縫。

很多建筑在使用過程中，其實際承載情況與設計時建立的理論受力模型存在較大的差異。以鋼筋混凝土框架屋面為例，其節點一般采用搭接形式，但實際結點所受的剪、彎等荷載很大，這種荷載作用被稱作次應力，往往會導致節點產生裂紋。還有一些在一般情況下沒有考慮到的外部應力，但是在實踐中會造成結構開裂。

4.5 使用環境引起結構裂縫

在溫差大的區域，容易產生溫度裂縫。溫度裂紋的方向一般沒有固定的規則，較大范圍的結構性裂縫是相互交叉的；另外，溫度裂縫寬度有一定的差異，并且隨氣溫的改變而改變，表現為冬天比夏天更寬、夏天更窄。結果表明，在熱膨脹作用下，混凝土熱收縮開裂呈現出中部粗大、兩端細長的特點，而在熱收縮開裂中，其厚度變化較小，這種裂縫會導致鋼筋腐蝕，混凝土性狀發生變化，從而導致混凝土抗凍融、抗疲勞和抗滲性等性能下降。

4.6 沉降引起結構裂縫

由于地基不穩定或地下土層的變動，容易造成上部結構產生沉降裂縫。因沉降曲線不同，在混凝土構件上形成的裂縫形態也不同。如構件中部沉降大，則形成倒八字裂縫，裂縫寬度下寬上窄；反之，則形成正八字裂縫，裂縫寬度上寬下窄。

5 裂縫的修補

經鑒定后，確認必須修補的裂縫，應根據裂縫的種類、形態制定修補方案。

（1）靜止裂縫：可即時進行修補。

（2）活動裂縫：應先消除其成因，并觀察一段時間，確認已穩定后，再按靜止裂縫的處理方法進行修補；對于不能完全消除成因的裂縫，但確認對結構、構件的安全性不構成危害時，可使用具有彈性和柔韌性的材料進行修補。

（3）尚在發展的裂縫：不可即時進行修補；應待裂縫停止發展后再進行適應方法的修補或加固。

混凝土結構裂縫在進行修補設計時，要按照裂縫鑒定的結果來選擇選擇修補方法，不同修補方法適用范圍如表1 所示。

表1 混凝土結構裂縫修補方法及適用范圍

6 混凝土結構的補強加固

混凝土結構因承載力不足引起的裂縫，除按規范規定的適用修補方法進行修補外，還應采用適當的加固方法對結構進行補強和加固，主要補強和加固方法如下。

6.1 直接補強加固法

直接加固法是采用一定的技術手段，對混凝土結構進行直接加固，使混凝土結構的承載力和強度達到標準及設計的技術要求。有以下兩種：①加大截面加固法：加大截面加固法是利用與原來結構相同的材質，增加截面補強的作用，使結構承載力和剛度得到改善。②外包鋼加固法：外包鋼加固法是在待加固（鋼筋混凝土）構件外面包裹一層型鋼或鋼板，利用包覆式鋼骨與原構件之間的相互影響，使其承載力和剛度得到增強。外包鋼加固能夠極大地改善構件的抗壓、抗彎性能，因為使用的是型鋼，所以它的施工時間比較短，而且所占的空間也不大。因此，它被廣泛地用于那些不允許擴大截面尺寸，但又要求盡可能地增加承載力的構件中。

6.2 間接補強加固法

間接加固法是指在原結構基礎上采用一定的技術手段，改變原結構的受力路徑，降低受力效果。

（1）增設構件加固法：這種補強方式不會對原結構造成任何損傷，施工簡單，但因為新增新的補強材料，會對原建筑物的使用功能產生一定的影響。因此，這種方法通常適用于在不影響其功能需求的情況下，對梁柱等進行加筋。

（2）增支補強方法：增支補強方法是通過在梁、板等構件上增支補強，在柱子和屋架之間應用增支補強方法，減小構件的計算跨距（長度），減小荷載影響，充分挖掘構件的潛能，提高結構的穩定程度，從而實現對構件的強化。

7 結語

綜上所述，民用建筑結構一旦產生裂縫，不論是破壞性裂縫，還是非破壞性裂縫，都會使建筑物的外觀受到影響，影響結構的使用功能。如裂縫繼續發展，將導致結構的抗滲透性能下降，引起鋼筋銹蝕，從而使結構的耐久性和承載能力降低，進而影響建筑結構的安全性能。對民用建筑結構裂縫進行修補，必要時進行補強加固，不但起到保證結構安全，恢復建筑外觀的完整性，使居者能夠安其居，樂其業，是建筑結構設計、施工、檢測、鑒定工作者應負有的職責。