楊 青 楊國兵

(1.滁州學(xué)院土木與建筑工程學(xué)院，安徽 滁州 239000； 2.安徽滁州技師學(xué)院，安徽 滁州 239000)

1 概述

裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)與生俱來的伴隨現(xiàn)象，正如一位德高望重的施工專家所言：“我一生都在與混凝土打交道，一生都在與裂縫作斗爭(zhēng)”[1]?；炷两Y(jié)構(gòu)裂縫雖然極其常見，但不能影響結(jié)構(gòu)的使用功能和降低耐久性，如果由此對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性造成隱患，就更應(yīng)該引起我們的警覺，所以我們應(yīng)該對(duì)裂縫的形成原因與發(fā)展趨勢(shì)，給予合理分析與判斷?；炷两Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的原因十分復(fù)雜，有自身材料因素的，如混凝土摻合料問題、混凝土收縮、堿骨料反應(yīng)、水化熱等原因產(chǎn)生的；有使用環(huán)境變化的，如火災(zāi)、內(nèi)部鋼筋銹蝕、酸鹽化學(xué)腐蝕等產(chǎn)生的；有施工原因如混凝土澆筑速度過快、振搗不充分、施工縫設(shè)置不當(dāng)、混凝土保護(hù)層嚴(yán)重不足、模板支撐變形、模板下沉等；還與構(gòu)件所受外力相關(guān)(如實(shí)際所受作用超出構(gòu)件承載力)，大多數(shù)情況可能兼而有之。本文通過實(shí)例對(duì)典型受力構(gòu)件的關(guān)鍵部位進(jìn)行力學(xué)分析，探討裂縫是否在發(fā)出“求救信號(hào)”。

2 工程背景

某市經(jīng)開區(qū)多層現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)廠房工程[2]，框架邊柱間距9 m，主體梁板柱結(jié)構(gòu)施工已完畢，外墻砌筑在框架邊柱懸挑梁2 500 mm端處的連續(xù)梁200 mm×650 mm上，該懸臂梁尺寸為250 mm×700 mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C20，底外墻采用180 mm厚黏土磚3.9 m高(M5混合砂漿)，與上層框架梁底頂緊(連接)，砌筑后一月余，發(fā)現(xiàn)該外墻頂部出現(xiàn)一道水平裂縫，平均縫寬8 mm，且已出現(xiàn)明顯亮縫伴有外傾現(xiàn)象(平均5 mm左右)，起初施工單位自己發(fā)現(xiàn)，懷疑可能是工期較緊，最近新進(jìn)工人技能不過關(guān)，該邊墻砌筑時(shí)沒有嚴(yán)格規(guī)范操作，導(dǎo)致邊墻墻體垂直度發(fā)生偏差所致，為了確保墻體砌筑質(zhì)量，不給工程造成安全隱患，進(jìn)行拆除重砌(第一次)。不料兩個(gè)月后，“舊情”復(fù)發(fā)，自行挖開懸臂地梁進(jìn)行查看，未發(fā)現(xiàn)裂縫，于是又拆除重砌(第二次)。又過三個(gè)月，等廠房底層混凝土地面澆筑后，老問題又出現(xiàn)了，這次情況更為嚴(yán)重，框架外墻下沉，造成墻頂裂縫平均寬度達(dá)11 mm，外傾9 mm，見圖1。監(jiān)理單位巡視發(fā)現(xiàn)后，立即下達(dá)工程(質(zhì)量整改)監(jiān)理通知單，要求施工單位查找原因并給出處理方案。

3 現(xiàn)場(chǎng)勘查

這種情況顯然不是砌筑質(zhì)量引起的，該裂縫必定是與結(jié)構(gòu)異常變形相關(guān)，引起監(jiān)理、建設(shè)和設(shè)計(jì)單位的高度重視，施工單位聘請(qǐng)行業(yè)幾名專家進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)“會(huì)診”，砌體發(fā)生如此“形變”自然與支撐砌體的地下結(jié)構(gòu)有關(guān)，再行拆除(第三次)，發(fā)現(xiàn)墻下設(shè)連續(xù)梁，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)仔細(xì)觀察，該連續(xù)梁并沒有發(fā)現(xiàn)裂縫。專家分析，問題極有可能出在支撐連續(xù)梁的懸臂梁根部(此處彎矩和剪力最大)，再行挖出懸臂梁，竟然在柱與懸臂梁根部頂面沒有發(fā)現(xiàn)裂縫，但卻在懸臂梁中部頂發(fā)現(xiàn)幾條不同形狀的U形裂縫，達(dá)6 mm～8 mm。

4 力學(xué)驗(yàn)算

查閱圖紙，該懸臂梁尺寸為250 mm×700 mm，受彎縱向受力鋼筋實(shí)配(3Φ18+3Φ18)，兩排，箍筋Φ10@150，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C25，是否結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出了什么問題，下面依據(jù)文獻(xiàn)[3][4]進(jìn)行抗彎復(fù)核計(jì)算如下(本案懸臂梁抗剪強(qiáng)度足夠，計(jì)算未展開)。

懸臂梁計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖2所示。

連續(xù)梁自重標(biāo)準(zhǔn)值：

0.20×0.65×25=3.25 kN/m。

連續(xù)梁上墻體(3 900高180 mm厚黏土磚)自重標(biāo)準(zhǔn)值：

18×0.18×3.9=12.64 kN/m。

作用在連續(xù)梁上線荷載設(shè)計(jì)值為：

q邊梁設(shè)=(12.64+3.25)×1.35=21.45 kN/m。

多跨連續(xù)梁作用于懸臂梁端的集中力設(shè)計(jì)值為：

F=V=(0.6+0.55)gln=1.15×21.45×9=222 kN(多跨連續(xù)梁支座左右剪力)。

懸臂梁自重標(biāo)準(zhǔn)值及設(shè)計(jì)值：q標(biāo)=0.25×0.7×25=4.375 kN/m,q設(shè)=1.35×4.375=5.9 kN/m。

懸臂梁抗彎承載力：

原設(shè)計(jì)柱與懸臂梁(bh=250 mm×700 mm,C20,fc=9.6 N/mm2)根部：

Mu1=α1fcbh012ζ(1-0.5ζ)=1.0×9.6×250×6402×

0.297 7×(1-0.5×0.297 7)=249 kN·m。

懸臂梁實(shí)際控制截面處：

Mu2=α1fcbh022ζ(1-0.5ζ)=1.0×9.6×250×6652×

0.143 2×(1-0.5×0.143 2)=141.1 kN·m。

如“擴(kuò)大截面”為450 mm×1 000 mm，受拉區(qū)配5Φ20(As=1 570 mm2)其抗彎承載力計(jì)算：

Mu3=α1fcb1h032ζ(1-0.5ζ)=1.0×9.6×450×9652×

0.113×(1-0.5×0.113)=428.9 kN·m。

外墻外傾與墻體穩(wěn)定性有關(guān)，外墻頂端脫離上層梁后由鉸支變?yōu)樽杂啥?，墻體計(jì)算高度增加1倍，實(shí)際高厚比比原高厚比增加1倍，懸臂梁端部下?lián)霞觿≡斐勺冃魏髩w外傾。

5 現(xiàn)場(chǎng)查驗(yàn)與結(jié)論

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)懸臂梁混凝土強(qiáng)度回彈檢測(cè)，結(jié)論是：混凝土實(shí)際強(qiáng)度達(dá)到C20設(shè)計(jì)強(qiáng)度。鑿開懸臂梁與柱連接根部保護(hù)層，露出縱向受力負(fù)筋，發(fā)現(xiàn)鋼筋型號(hào)、根數(shù)、位置與圖紙(3Φ18+3Φ18)吻合。這就證明了在柱與懸臂梁部位結(jié)構(gòu)抗力大于荷載效應(yīng)值，況且由于該處之下有樁承臺(tái)支撐，沒有出現(xiàn)受拉裂縫是在意料之中。再在裂縫處開鑿，第一排鋼筋是3Φ18，再往下竟然沒有鋼筋(見圖3)。

原來是第二排鋼筋消失了，是施工人員的“創(chuàng)作”，如此裂縫處構(gòu)件的抗拉承載力(3Φ18)明顯低于該處截面的彎矩設(shè)計(jì)值(Mu2=141.1 kN·m

6 事故處理

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)事故原因，根據(jù)工程現(xiàn)實(shí)條件與經(jīng)濟(jì)原因，決定采用植筋加固處理(見圖4)。

1)要求施工單位根據(jù)專家意見(專家簽字)編制事故處理方案，報(bào)監(jiān)理單位審批后實(shí)施。

2)鑿毛原懸臂梁，剔除松動(dòng)的石子，用清水沖洗。

3)用環(huán)氧樹脂壓力注漿對(duì)原有裂縫進(jìn)行處理，使裂縫“愈合”。

4)聘請(qǐng)有植筋資質(zhì)單位的專業(yè)人員，在原懸臂梁頂上200 mm厚混凝土植筋5Φ20(植入長度300 mm)，下端100 mm厚混凝土植筋5Φ16(植入長度160 mm)，并隨后按規(guī)范要求進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拉拔試驗(yàn)，確保植筋符合受拉鋼筋達(dá)到抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值規(guī)定。

5)在原懸臂梁構(gòu)件實(shí)體上進(jìn)行“擴(kuò)大截面”，使原截面250 mm×700 mm變?yōu)?50 mm×1 000 mm。箍筋按“新截面”重新依原設(shè)計(jì)設(shè)置，嚴(yán)格隱蔽工程驗(yàn)收，采用比原設(shè)計(jì)提高一個(gè)強(qiáng)度等級(jí)(C25)澆筑混凝土(考慮新舊混凝土結(jié)合帶來強(qiáng)度降低，實(shí)際仍按C20強(qiáng)度參數(shù)計(jì)算)。

6)加強(qiáng)新澆筑混凝土養(yǎng)護(hù)，使混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值，經(jīng)監(jiān)理單位驗(yàn)收合格后，方可進(jìn)行后期墻體砌筑。

經(jīng)近5年觀測(cè)，該部位墻體未見裂縫，說明工程事故處理成功。

7 結(jié)語

混凝土裂縫會(huì)直接導(dǎo)致結(jié)構(gòu)劣化，關(guān)于混凝土劣化程度判定與分類，日本在1999年對(duì)全國混凝土結(jié)構(gòu)物進(jìn)行調(diào)查，結(jié)論是1964年—1974年期間的大規(guī)模建設(shè)造成的諸多混凝土劣化現(xiàn)象是由于施工速度過快，不追求精品質(zhì)量而造成的。我國近20年來的大興土木，建設(shè)規(guī)模和速度堪稱世界一流，城市高架橋、國家高速公路橋、高鐵架橋、隧道支護(hù)和高層高跨建筑如雨后春筍般不斷涌現(xiàn)，美好鄉(xiāng)村建設(shè)、城市化進(jìn)程導(dǎo)致的混凝土用量占全球總量的50%以上，很多工程，特別是稍早一些的工程都因?yàn)橼s工期而“速成”，有人預(yù)測(cè)今后20年或更長一段時(shí)間內(nèi)，我國用于處理混凝土劣化現(xiàn)象所投入的費(fèi)用將是一筆很可觀的數(shù)目，因此，注重混凝土裂縫出現(xiàn)與發(fā)展，辨別有害裂縫并實(shí)時(shí)處理，對(duì)保證結(jié)構(gòu)正常使用年限的安全與耐久至關(guān)重要。