封 云，盧淑雯，王艷平

（中國建筑科學研究院有限公司，北京 100013）

0 引言

混凝土結(jié)構(gòu)施工或使用過程中易產(chǎn)生裂縫，在一定程度上制約了混凝土結(jié)構(gòu)的應用。裂縫產(chǎn)生的原因多種多樣，由于對混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的判斷不明，處理不當，會帶來許多其他方面的問題。

混凝土構(gòu)件開裂后，需對裂縫性質(zhì)進行判斷，對結(jié)構(gòu)安全性給出評定，提出有效可行的加固方案。本文以實際工程為例，判斷裂縫產(chǎn)生的主要原因，給出安全性評定方法，提出加固方案，對類似工程提供參考。

1 工程概況

某混凝土框架結(jié)構(gòu)廠房主體結(jié)構(gòu)完工后發(fā)現(xiàn)混凝土梁、板存在裂縫。該樓地上共 3 層，總高度為 13.70 m，總建筑面積約 4 500 m2，設兩道伸縮縫。A～C 軸及 J～L 軸部分呈矩形，總長度約為 24 m，總寬度約為 15.7 m；D～H 軸部分呈凹字形，總長度約為 35.4 m，總寬度約為 18 m（局部 24 m）。樓面及屋面均為現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)平面圖如圖 1 所示。

2 裂縫調(diào)查

對該結(jié)構(gòu)進行裂縫調(diào)查，梁存在斜裂縫和豎向裂縫，其中梁的斜裂縫最大寬度為 1.42 mm，典型裂縫形態(tài)如圖 2 所示；在斜裂縫位置取芯發(fā)現(xiàn)部分斜裂縫貫通。樓板存在齊梁裂縫和無規(guī)則裂縫，部分齊梁裂縫及樓板無規(guī)則裂縫貫通。典型裂縫外觀如圖 3 所示。

3 檢測結(jié)果

圖1 結(jié)構(gòu)平面圖（單位：mm）

圖2 梁典型裂縫分布圖

圖3 裂縫外觀示意圖

現(xiàn)場檢測工作包括混凝土抗壓強度檢測、構(gòu)件截面尺寸檢測、構(gòu)件鋼筋配置檢測、樓板保護層檢測［1-2］。

3.1 構(gòu)件混凝土抗壓強度檢測結(jié)果

按照 JGJ/T 23－2011《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程》［3］的要求，采用回彈法對混凝土梁、柱的混凝土強度進行全數(shù)檢測，混凝土梁、柱構(gòu)件強度在 23.7～32.1 MPa 之間，大部分構(gòu)件未達到設計強 度（C30）。

混凝土梁、板共取 7 個芯樣，強度在 19.1～45.2 MPa 之間，其中 4 個芯樣強度小于設計強度（C30）。

混凝土柱共取 10 個芯樣，強度在 19.9～46.2 MPa之間，其中 3 個芯樣強度小于設計強度（C30），強度小于設計強度的構(gòu)件均位于 2 層。

3.2 混凝土構(gòu)件鋼筋配置檢測結(jié)果

抽檢部分混凝土梁、板、柱鋼筋配置，混凝土構(gòu)件的鋼筋配置均滿足設計要求。

3.3 混凝土構(gòu)件截面尺寸檢測結(jié)果

抽檢部分混凝土梁、板、柱截面尺寸，混凝土構(gòu)件截面尺寸均滿足設計要求。

3.4 樓板保護層檢測

對該結(jié)構(gòu)所有樓板支座位置的上部鋼筋進行鋼筋保護層檢測，保護層厚度檢測值在 45～55 mm 之間。檢測位置鋼筋保護層設計值為 15 mm，實測鋼筋保護層厚度遠大于設計值，造成樓板支座位置承載力顯著降低。

4 裂縫產(chǎn)生的主要原因分析

根據(jù)裂縫特征及相關計算確定裂縫原因。通過梁的受剪承載力計算，明確梁的斜裂縫是否僅為荷載引起，按當前荷載標準組合計算時，結(jié)構(gòu)抗剪承載力大于梁所受剪力，說明梁的斜裂縫與收縮等因素有關；通過樓板的開裂計算，明確樓板支座位置開裂是否僅為荷載引起，按當前荷載標準組合計算時，樓板未達到開裂彎矩，說明樓板裂縫與收縮等因素有關。

4.1 梁受剪承載力計算

根據(jù)當前齡期的混凝土強度及配筋情況，采用標準值計算結(jié)構(gòu)抗剪承載力［4］。

根據(jù)目前荷載情況（其中施工荷載取 2 kN/m2），荷載采用標準值，計算梁所受剪力。計算結(jié)果如表 1 所示。

表1 梁受剪承載力計算

根據(jù)當前齡期的混凝土強度，按目前荷載工況，結(jié)構(gòu)抗剪承載力大于梁所受剪力。

4.2 樓板開裂計算

通過當前齡期混凝土強度，采用標準值計算樓板支座位置的抗開裂彎矩。根據(jù)目前荷載情況（其中施工荷載取 2 kN/m2），荷載采用標準組合，計算樓板所承受彎矩。計算結(jié)果如表 2 所示。

表2 樓板開裂計算

根據(jù)當前齡期的混凝土強度，按目前荷載工況，樓板均未達到開裂彎矩。

4.3 裂縫產(chǎn)生的主要原因分析

根據(jù)裂縫所處位置、分布情況、形態(tài)，該類裂縫與不均勻沉降引起裂縫的特征不符；部分樓板無規(guī)則裂縫貫通，與受力裂縫特征不符；按目前荷載情況，混凝土梁的抗剪承載力仍大于梁所受剪力，樓板均未達到開裂彎矩，梁斜裂縫及樓板齊梁裂縫與非荷載性質(zhì)的間接作用有關。

裂縫出現(xiàn)在施工完成后 1～3 個月，與混凝土收縮量較大的時間相符；通過芯樣外觀可發(fā)現(xiàn)混凝土內(nèi)砂子含量較少，易造成混凝土收縮量大。該結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土的收縮變形受到制約，產(chǎn)生約束拉應力。

綜合以上分析，該結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫原因為混凝土收縮與荷載效應共同作用，部分構(gòu)件拉應力過大導致混凝土開裂。受彎構(gòu)件開裂后，裂縫寬度與構(gòu)件受拉區(qū)保護層厚度有關，樓板上部鋼筋保護層厚度過大，導致梁負彎矩位置的齊梁裂縫寬度較寬。

5 結(jié)構(gòu)安全性評定及處理建議

依據(jù)設計圖紙并結(jié)合現(xiàn)場檢測情況進行承載力計算，構(gòu)件混凝土強度采用實測值，構(gòu)件截面尺寸、鋼筋配置情況及鋼材強度采用設計值。恒荷載按照設計值取值，采用 PKPM 軟件對結(jié)構(gòu)進行承載力計算，結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力驗算結(jié)果如下所述。

1）根據(jù)檢測結(jié)果，支座負彎矩鋼筋的保護層厚度明顯大于設計值，混凝土強度低于設計值，造成樓板抗力下降，各層均有部分樓板承載力不滿足規(guī)范要求；

2）根據(jù)檢測結(jié)果，混凝土強度低于設計值，造成梁、柱、次梁的抗力下降，部分框架梁、柱、次梁承載力不滿足規(guī)范要求。

檢測結(jié)果顯示部分梁裂縫及樓板裂縫貫通，梁的斜裂縫影響構(gòu)件的抗剪承載力，樓板貫通裂縫使用中可能發(fā)生漏水現(xiàn)象，影響結(jié)構(gòu)使用性?；炷灵_裂后，內(nèi)部鋼筋容易銹蝕，影響結(jié)構(gòu)耐久性。為了確保結(jié)構(gòu)的可靠性需對裂縫進行處理。裂縫處理后對承載力不滿足的構(gòu)件進行加固處理。

6 結(jié)構(gòu)加固方案

根據(jù)檢測評定結(jié)果需對裂縫進行處理，對部分梁、柱、板進行加固，提高承載力。該項目外立面已完成，考慮拆除外立面存在實施上的困難，該結(jié)構(gòu)對邊柱、邊梁的加固方案進行了創(chuàng)新。

6.1 裂縫加固方案

裂縫壓力注膠修補，裂縫修補后方可進行結(jié)構(gòu)加固，存在斜裂縫的梁構(gòu)造粘鋼加固。

6.2 柱加固方案

部分柱承載力不滿足的柱采用增大截面加固，并延至基礎［5］。中柱采用 C40 加固型細骨料灌漿料四面增大截面法加固，梁柱節(jié)點區(qū)，箍筋分解為拉鉤，單面焊 10 d；考慮到不影響已完成的外立面，邊柱、角柱采用 C40 混凝土三面加大截面，梁柱節(jié)點區(qū)，箍筋分解為拉鉤，單面焊 10 d（見圖 4）。

圖4 邊柱、角柱加固方案（單位：mm）

6.3 樓板加固方案

1～3 層頂?shù)陌迕尕摻畋Ｗo層厚度大及板齊梁裂縫采用板面新增鋼筋混凝土疊合層加固，板底粘貼碳纖維布加固。板上疊合層 50 mm，配筋單層雙向通長，采用直徑 8 mm HRB400 鋼筋，間距 150 mm。

6.4 梁加固方案

1～3 層頂?shù)目蚣芰翰捎?C40 混凝土增大截面加固，中間主梁采用三面增大截面?？紤]到不影響已完成的外立面，四周主梁采用一面增大截面，箍筋采用開口 U 型箍穿過樓板，冷彎后焊接（見圖 5）。次梁采用粘鋼加固，鋼板強度為 Q345B（見圖 6）。

圖5 四周主梁加固方案（單位：mm）

圖6 次梁加固方案（單位：mm）

7 結(jié)語

針對框架結(jié)構(gòu)梁、板產(chǎn)生裂縫的問題，進行了裂縫調(diào)查、混凝土強度檢測、混凝土構(gòu)件尺寸檢測，混凝土構(gòu)件鋼筋配置檢測及計算分析，對裂縫原因進行了系統(tǒng)分析研究。通過結(jié)構(gòu)承載力計算結(jié)果，對結(jié)構(gòu)進行評定。受現(xiàn)場條件限制，部分梁只能做單側(cè)加固，部分柱只能做三側(cè)加固。針對項目的特殊性，采用了有針對性的加固方案。