譚偉文

(廣東省建設(shè)工程質(zhì)量安全檢測(cè)總站有限公司)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人們對(duì)房屋建筑的要求越來(lái)越高，相當(dāng)一部分人不僅要求房屋要住得下，而且還要住得好，為房屋的外觀以及空間布局設(shè)下了一定難題[1]。目前我國(guó)絕大部分商品房采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式，上部結(jié)構(gòu)多數(shù)采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)。但由于混凝土抗拉性能差、收縮變形大，混凝土結(jié)構(gòu)極其容易產(chǎn)生裂縫。

房屋結(jié)構(gòu)的破壞倒塌是從裂縫的擴(kuò)展開(kāi)始。從結(jié)構(gòu)使用上，裂縫的存在會(huì)影響人們的舒適度，甚至?xí)?lái)一種房屋破壞前兆的恐懼感。從結(jié)構(gòu)安全上，裂縫過(guò)寬，外部氣體、水分以及雜質(zhì)會(huì)侵入裂縫，引起鋼筋銹蝕，不僅削減了鋼筋截面，還會(huì)引發(fā)因鋼筋銹脹引起的混凝土保護(hù)層脫落，進(jìn)而削弱構(gòu)件承載力和影響構(gòu)件耐久性[2]。因此，分析裂縫原因，控制裂縫形成與發(fā)展，保證結(jié)構(gòu)耐久性要求是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)長(zhǎng)久的課題。

基于此，本文對(duì)一批高層房屋住宅的裂縫進(jìn)行實(shí)地考察和統(tǒng)計(jì)，結(jié)合施工條件、環(huán)境影響和材料使用等情況，逐一分析這些裂縫的成因，并且提出控制這些裂縫的防治措施，以期望為我國(guó)高層房屋住宅的裂縫控制提供參考依據(jù)。

1 裂縫分類

通過(guò)檢測(cè)一批高層住宅的裂縫發(fā)現(xiàn)，裂縫主要為樓板裂縫、剪力墻裂縫、地下室擋土墻裂縫、窗角裂縫、飄窗裂縫和拉縫板裂縫，共6種裂縫。

樓板裂縫的開(kāi)裂位置多數(shù)在地下室樓板和邊戶樓板陽(yáng)角處，如圖1 所示。地下室樓板裂縫基本沿樓板短邊分布，且貫穿樓板。裂縫發(fā)現(xiàn)時(shí)間為澆筑完混凝土后15～20 天。邊戶樓板裂縫出現(xiàn)在剪力墻轉(zhuǎn)角的陽(yáng)角處，以剪力墻轉(zhuǎn)角處為圓心，距離剪力墻角約0.3m 至1.5m 處大致呈四分之一圓開(kāi)裂，最大裂縫寬度大于0.2mm，且貫穿樓板。

圖1 樓板裂縫

剪力墻裂縫僅在某棟住宅負(fù)一層處發(fā)現(xiàn)，其余樓層均未發(fā)現(xiàn)。如圖2 所示，裂縫特點(diǎn)為距剪力墻底部轉(zhuǎn)角約0.5m 處，與水平線呈約60°方向開(kāi)裂，裂縫長(zhǎng)度約1m至1.7m，且貫穿剪力墻。

圖2 剪力墻裂縫

擋土墻裂縫出現(xiàn)在某棟住宅樓地下室負(fù)二層處，數(shù)量較多。如圖3 所示，擋土墻裂縫特征為由底部往上直接貫穿整個(gè)擋土墻，且均勻分布。裂縫寬度在0.15mm左右，部分裂縫大于0.2mm。

圖3 擋土墻裂縫

窗角裂縫主要分布在主臥、主衛(wèi)和次臥的窗口處，基本上每個(gè)向陽(yáng)面窗角都出現(xiàn)裂縫。如圖4 所示，裂縫與豎直方向呈約30°方向開(kāi)裂，窗口兩邊的窗角均有裂縫，整體上呈“八”字形分布。裂縫寬度為0.16mm 至1.26mm，長(zhǎng)度為15cm 至46cm。且均貫穿現(xiàn)澆混鋼筋凝土墻體。

圖4 窗角裂縫

飄窗裂縫主要位于主臥以及南向次臥的飄窗。如圖5 所示，飄窗裂縫數(shù)量較多，分布規(guī)律，有垂直于飄窗邊緣向豎直和水平兩個(gè)方向分布。水平裂縫長(zhǎng)度20cm至90cm，豎直裂縫長(zhǎng)度9cm 至19cm，裂縫寬度0.16mm 至0.34mm。

圖5 飄窗裂縫

拉縫板裂縫位于主臥處，拉縫板與剪力墻交接的位置。如圖6 所示，裂縫走向?yàn)橛傻撞客涎刎Q直方向開(kāi)裂，裂縫寬度為0.44mm～0.48mm，長(zhǎng)度2.24m～2.30m，且均貫穿板身。

圖6 拉縫板裂縫

2 裂縫成因分析

混凝土結(jié)構(gòu)裂縫原因復(fù)雜且綜合，但歸根結(jié)底，裂縫產(chǎn)生主要是溫度變化大、混凝土自身收縮大、地基沉降不均勻、結(jié)構(gòu)荷載考慮不全、以及施工工藝不當(dāng)這5種原因。

2.1 板裂縫

根據(jù)裂縫特征，板裂縫最大可能是由于溫度變化、混凝土自身收縮和施工方面所造成的。地下室樓板裂縫的發(fā)現(xiàn)是在澆筑完混凝土后15～20 天，基本可以排除由正常使用狀態(tài)下活荷載對(duì)裂縫的影響。從設(shè)計(jì)上看，可初步判斷樓板長(zhǎng)邊方向構(gòu)造配筋不足，不足以抵抗混凝土自身收縮和混凝土水化熱產(chǎn)生的應(yīng)力，最終裂縫呈現(xiàn)沿著板短邊方向開(kāi)裂。從施工上看，混凝土住宅樓板一般采用泵送混凝土，需要采用較大坍落度和較高含砂率混凝土，因而收縮變形比較大[3]。若混凝土后期養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，失水嚴(yán)重，將引起混凝土進(jìn)一步收縮，最終導(dǎo)致鋼筋無(wú)法承擔(dān)混凝土收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力，混凝土樓板呈現(xiàn)貫穿性開(kāi)裂。

四周的邊戶陽(yáng)角處以及框架柱外露邊角是高層建筑樓板裂縫最容易發(fā)生的部位。本例陽(yáng)角處樓板與剪力墻連成整體，如圖7 所示。由于剪力墻剛度較高，阻礙樓板的自由收縮，使樓板沿接觸邊界產(chǎn)生剪應(yīng)力，此種剪應(yīng)力之合力將使樓板在以剪力墻轉(zhuǎn)角處為圓心，大致呈四分之一圓處產(chǎn)生拉應(yīng)力，這是陽(yáng)角產(chǎn)生裂縫的主要原因[4]。另外，陽(yáng)角裂縫位置均位于樓層?xùn)|西兩處的南向陽(yáng)角或北向陽(yáng)角，也就是接觸太陽(yáng)直射面積較大的房間。該部位溫差變化特別大，一般混凝土熱膨脹系數(shù)在1×10-5/℃左右，對(duì)于10m長(zhǎng)的混凝土板，在陽(yáng)光照射或者混凝土釋放水化熱時(shí)，從常溫25℃升到50℃將會(huì)產(chǎn)生2.5mm 左右的膨脹量。當(dāng)混凝土凝固冷卻后將會(huì)收縮等量的膨脹量變化，再加上混凝土自身收縮徐變，最后混凝土收縮量將會(huì)遠(yuǎn)超2.5mm。因此，混凝土板的溫度收縮膨脹量和自身收縮徐變量是不能忽視的。這是陽(yáng)角產(chǎn)生裂縫的重要原因。

圖7 陽(yáng)角裂縫應(yīng)力示意圖

2.2 剪力墻裂縫

根據(jù)剪力墻裂縫特征，可初步判斷此裂縫主要是由于地基不均勻沉降所造成，如圖8 所示。剪力墻位于某棟住宅負(fù)一層地下室，距離基礎(chǔ)較近，且在其他樓層未發(fā)現(xiàn)有其他類似的裂縫。這種情況可認(rèn)為是此處剪力墻下地基不均勻沉降使得剪力墻角處發(fā)生△S 的位移，致使地基無(wú)法提供足夠的反力，墻體在上部荷載作用下發(fā)生變形，產(chǎn)生了錯(cuò)動(dòng)位移，將剪力墻墻體“拉壞”，其外觀破壞形式多為剪刀形，產(chǎn)生的裂縫大致沿45°左右角度斜向發(fā)展[5]，與實(shí)際剪力墻裂縫較為吻合。

圖8 剪力墻裂縫示意圖

混凝土等級(jí)是影響剪力墻裂縫產(chǎn)生的重要原因。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，一般底層剪力墻或柱會(huì)承受較大的荷載。對(duì)此，設(shè)計(jì)底層剪力墻或柱時(shí)可能會(huì)采用較高強(qiáng)度混凝土來(lái)提供足夠承載力。混凝土等級(jí)強(qiáng)度越高，水泥用量越大，導(dǎo)致混凝土收縮變形更大，若局部養(yǎng)護(hù)不充分則很容易出現(xiàn)裂縫。此外，采用高強(qiáng)度混凝土，結(jié)構(gòu)延塑性較差，構(gòu)件容易出現(xiàn)脆性破壞，對(duì)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)非常不利，不能夠?yàn)榱颂岣呓Y(jié)構(gòu)承載力而盲目地提高混凝土等級(jí)。結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，100m 以上的剪力墻結(jié)構(gòu)，豎向混凝土等級(jí)底部不宜超過(guò)C40，100m 以下的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)底部混凝土等級(jí)不宜超過(guò)C60[6]。

2.3 地下室擋土墻裂縫

地下室擋土墻裂縫多數(shù)是由于溫度變化大所引起。水泥水化熱是大體積混凝土擋土墻內(nèi)部溫度升高的主要影響因素。大體積混凝土擋土墻不易導(dǎo)熱，內(nèi)部產(chǎn)生的熱量不容易散發(fā)出去，因此很容易引起結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度急升[7]。根據(jù)開(kāi)裂有序性原則[8]，長(zhǎng)墻混凝土結(jié)構(gòu)凝固冷卻時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生一定的溫度收縮水平拉應(yīng)力。當(dāng)溫度收縮拉應(yīng)力超過(guò)了混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，首先會(huì)在長(zhǎng)墻中部出現(xiàn)一道豎直裂縫，將長(zhǎng)墻體一分為二，分出來(lái)的墻體又有自己獨(dú)立的水平拉應(yīng)力分布。如果分出來(lái)的墻體溫度收縮水平拉應(yīng)力仍然超過(guò)了混凝土抗拉強(qiáng)度，則會(huì)在墻體中部出現(xiàn)新的豎直裂縫，直至溫度收縮拉應(yīng)力小于混凝土抗拉強(qiáng)度。因此，這種“一分為二”規(guī)律的開(kāi)裂方式導(dǎo)致了長(zhǎng)墻裂縫是均勻且大量分布的，與本例地下室擋土墻裂縫開(kāi)裂規(guī)律相符合。

2.4 窗角裂縫

窗角裂縫是房屋建筑常見(jiàn)的通病，通常出現(xiàn)窗角裂縫可認(rèn)為主要是地基不均勻沉降所造成，如圖9 所示。由于地基形不均勻沉降，使得窗臺(tái)一邊撓曲度較大，受到負(fù)彎矩影響，窗臺(tái)上部出現(xiàn)彎曲拉應(yīng)力。兩側(cè)墻體平面內(nèi)剛度比窗臺(tái)墻大，窗角處墻體剛度突變，因此當(dāng)拉應(yīng)力大于材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，裂縫會(huì)首先出現(xiàn)在窗角薄弱位置。裂縫特征一般為上寬下窄，由窗角處向墻內(nèi)發(fā)展。窗角裂縫可能是斜裂縫，也可能是豎直裂縫，一般沉降量較大一側(cè)產(chǎn)生的裂縫為豎直裂縫，兩側(cè)裂縫整體看上去猶如“八”字形。對(duì)于砌體墻，出現(xiàn)兩側(cè)墻體與窗臺(tái)交接處的“八”字形裂縫都可初步判斷是窗臺(tái)壓頂設(shè)置方面考慮不夠充足或者沒(méi)有設(shè)置窗臺(tái)壓頂。對(duì)于墻體為全現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，則可初步判斷窗角處構(gòu)造配筋不足或鋼筋配置錯(cuò)位，不足以抵抗墻體變形時(shí)產(chǎn)生的拉應(yīng)力。

圖9 窗角裂縫示意圖

2.5 飄窗裂縫

飄窗裂縫主要是由于混凝土干縮所造成的。住宅飄窗一般通過(guò)上下兩層懸挑板呈矩形或者梯形向室內(nèi)外凸出，不像傳統(tǒng)的平窗只有一面玻璃，而是三面都裝有玻璃。對(duì)比傳統(tǒng)平面窗，飄窗靠近外墻，采光性更好，視野更加寬闊。正因如此，飄窗處日曬更加充足，水分蒸發(fā)快，容易導(dǎo)致混凝土硬化后引起混凝土表面干縮。干縮變形在受到混凝土內(nèi)部約束時(shí)，產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，最后混凝土表面被拉壞，從而出現(xiàn)裂縫。本例中出現(xiàn)的裂縫情況通?？沙醪脚袛囡h窗橫向鋼筋配置不足，鋼筋間距過(guò)大，無(wú)法承擔(dān)混凝土收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力，最后導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂。

2.6 拉縫板裂縫

拉縫板裂縫主要是由于混凝土墻體和拉縫板受溫度收縮影響不同所造成的。設(shè)置拉縫板是解決不同受力情況的墻體之間形成的剛性連接。例如剪力墻和全現(xiàn)澆混凝土墻之間的剛性連接，能夠使結(jié)構(gòu)剛度合理，避免因墻體彈性形變能力差而導(dǎo)致墻體出現(xiàn)開(kāi)裂問(wèn)題[9]。但拉縫板一般采用PVC 材料，熱膨脹系數(shù)在8×10-5/℃左右，而混凝土熱膨脹系數(shù)在1×10-5/℃左右，兩種材料受溫度影響相差甚遠(yuǎn)?；炷玲尫潘療釙r(shí)內(nèi)部最高溫度可達(dá)60℃，因此在材料冷卻至常溫時(shí)，收縮量較大。當(dāng)受溫度收縮產(chǎn)生的應(yīng)力大于混凝土和拉縫板材料的粘結(jié)力時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生沿拉縫板設(shè)置方向開(kāi)裂。本例拉縫板是豎直方向布置，因此拉縫板位置的裂縫是豎直方向。

3 防治措施

對(duì)于樓板沿短邊裂縫，在滿足配筋率要求的情況下，宜將長(zhǎng)邊方向的鋼筋配密集一些，提高混凝土長(zhǎng)邊方向的鋼筋面積，有利于抵抗混凝土溫度收縮拉應(yīng)力。選擇水泥時(shí)，要考慮水泥抗裂性能，控制含堿量降低水化熱，在滿足承載力要求的前提下盡可能采用較低強(qiáng)度的混凝土。水膠比控制在范圍0.38～0.40，在這個(gè)水膠比范圍內(nèi)，混凝土具有較高的抵抗塑性收縮開(kāi)裂的能力。粗骨料宜選擇孔隙率較小、級(jí)配良好的粗骨料。宜盡可能地提高骨料體積含量，應(yīng)盡可能地降低骨料的含泥量。砂的含泥量不宜大于2%，粗骨料的含泥量不宜大于1%。

對(duì)于樓板陽(yáng)角裂縫，在進(jìn)行樓板鋼筋保護(hù)層厚度設(shè)計(jì)時(shí)，且滿足相應(yīng)環(huán)境條件的規(guī)范要求這一前提下，保護(hù)層設(shè)計(jì)厚度應(yīng)采用最小厚度。在滿足相關(guān)規(guī)范及施工要求的前提下，宜優(yōu)先通過(guò)適當(dāng)減小鋼筋間距來(lái)提高抗裂鋼筋網(wǎng)的配筋率，以此提高樓板預(yù)防陽(yáng)角裂縫的性能。若鋼筋間距已達(dá)到最小限值，再采用增大抗裂鋼筋直徑的方式來(lái)提高配筋率。若樓板承載力、施工條件和經(jīng)濟(jì)條件夠滿足要求，在樓板陽(yáng)角處布置斜向抗裂鋼筋網(wǎng)，則陽(yáng)角裂縫的預(yù)防能力能夠進(jìn)一步提升。

對(duì)于剪力墻裂縫，在設(shè)計(jì)剪力墻時(shí)，應(yīng)充分考慮剪力墻的構(gòu)造鋼筋配置和混凝土強(qiáng)度等級(jí)。在滿足配筋率和承載力要求的條件下，適當(dāng)減小鋼筋間距，采用較小的鋼筋直徑以及混凝土強(qiáng)度等級(jí)。有利于抵抗不均勻沉降以及局部養(yǎng)護(hù)不足帶來(lái)的影響。此外，施工方面需嚴(yán)格把控，由于剪力墻高度較高，施工時(shí)應(yīng)分層澆灌，控制每層厚度，澆筑后及時(shí)覆蓋養(yǎng)護(hù)，不得小于7天。

對(duì)于擋土墻裂縫，這類長(zhǎng)墻對(duì)溫度變化很敏感，在滿足配筋率要求的情況下，沿長(zhǎng)墻方向的配筋同樣宜減小鋼筋鋼筋的間距，采用較小的鋼筋直徑。為了降低現(xiàn)澆大體積擋土墻混凝土的最高溫度，并減少結(jié)構(gòu)內(nèi)外的溫差，要控制混凝土的入模溫度在25℃以下，并且要對(duì)澆筑后的混凝土進(jìn)行二次振搗，減少混凝土的內(nèi)部微裂，增強(qiáng)混凝土密實(shí)性，防止因混凝土剝落而出現(xiàn)裂縫，有利于提高擋土墻的耐久性。

對(duì)于窗角裂縫，當(dāng)墻體為砌體墻時(shí)，必須設(shè)置壓頂。壓頂兩邊至少要伸入砌體墻60cm，當(dāng)窗口寬度較大時(shí)應(yīng)適當(dāng)提高壓頂伸入墻體深度。若地方標(biāo)準(zhǔn)另有明確要求，需按照地方標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。當(dāng)墻體為全現(xiàn)澆鋼筋混凝土?xí)r，需要在窗角處設(shè)置不少于兩道45°斜向加強(qiáng)擺筋，長(zhǎng)度不小于1m，每條加強(qiáng)筋至少設(shè)置3條拉鉤，鉤綁緊豎向鋼筋，保證整體受力性能。在條件允許的情況下，減小鋼筋間距能夠有效提高抵抗窗角裂縫的性能[10]。

對(duì)于飄窗裂縫，裂縫類型主要為溫度裂縫?；炷翝仓髴?yīng)及時(shí)進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)，灑水養(yǎng)護(hù)宜在混凝土裸露表面覆蓋麻袋或草簾后進(jìn)行，也可采用直接灑水、蓄水等養(yǎng)護(hù)方式，灑水養(yǎng)護(hù)應(yīng)保證混凝土處于濕潤(rùn)狀態(tài)。高溫季節(jié)澆筑時(shí)可以采用搭設(shè)遮陽(yáng)板等輔助措施控制混凝土的溫升，降低澆筑混凝土的溫度。加強(qiáng)混凝土溫度的監(jiān)控，及時(shí)采取冷卻、保護(hù)措施。

對(duì)于拉縫板裂縫，由于混凝土與拉縫板粘結(jié)能力有限，施工時(shí)需要嚴(yán)格處理。接槎處澆筑時(shí)應(yīng)該做好清理和鑿毛等工作，保證混凝土與拉縫板有足夠有效的接觸面，降低溫度收縮影響。

4 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)澆鋼筋混泥土結(jié)構(gòu)裂縫種類較多，成因復(fù)雜且綜合，要求現(xiàn)澆混凝土完全不出現(xiàn)裂縫不太實(shí)際。但是針對(duì)具體構(gòu)件和具體裂縫特征，剖析裂縫產(chǎn)生具體原因，通過(guò)相應(yīng)的設(shè)計(jì)和精心的施工，將能夠更準(zhǔn)確、更有效、更經(jīng)濟(jì)地解決裂縫問(wèn)題。本文通過(guò)一批高層住宅樓工程中產(chǎn)生的常見(jiàn)裂縫，即樓板裂縫、剪力墻裂縫、擋土墻裂縫、窗角裂縫、飄窗裂縫和拉縫板裂縫進(jìn)行具體的分析，得出這幾類裂縫產(chǎn)生的主要是溫度收縮、地基沉降和施工質(zhì)量這3 個(gè)方面所造成的結(jié)論，并且得出相應(yīng)的治理措施，可為將后類似工程的項(xiàng)目提供參考并且預(yù)防相應(yīng)裂縫的產(chǎn)生，減少將后房屋住宅的質(zhì)量問(wèn)題，提高用戶的舒適度。