建筑工程常见裂缝的鉴定分析与处理

季长征 李仰贤 崔士起

在建筑工程中,裂缝往往是结构发生破坏的前兆。因此,裂缝一旦出现就会给人以不安全感。而裂缝在建筑工程中又是普遍存在的,严重的裂缝将影响整个建筑物的安全,即使是较细微的裂缝也往往影响建筑物的结构可靠度和耐久性。如果在建筑物构件中出现了裂缝,我们需要及时的对出现的裂缝进行原因分析与鉴定,对裂缝的危害性进行评定,为下一步对裂缝的修补、加固等处理工作提供依据。

1 建筑工程常见裂缝的分类

引起工程裂缝的原因很多,总的来说,可归结为两大类[1]:1)结构性裂缝,又叫荷载裂缝。此类裂缝与荷载有关,是由外荷载引起的,往往是由于结构承载力不足造成的。2)非结构性裂缝,又叫非荷载裂缝。此类裂缝与变形有关,如温度变化、混凝土收缩、地基不均匀沉降等因素引起的变形,若变形得不到满足,在结构构件内部就会产生自应力,自应力超过构件的允许应力时,即出现裂缝。两类裂缝有明显区别,危害程度也不尽相同,有时两类裂缝会一起出现。据有关资料统计显示[2],实际的建筑工程中,主要由变形引起的非结构性裂缝约占80%,而由外荷载引起的结构性裂缝仅占20%左右。

2 裂缝鉴定分析、处理的一般程序

1)工程资料收集。鉴定人员首先要尽可能全面地收集工程的原有技术资料,如地质勘探报告、设计图纸、施工验收资料、设计变更、维修改造资料等。2)初步的现场调查。鉴定人员必须深入现场,全面了解工程的现状(主要是裂缝的开展情况及其发展趋势)、使用历史、构件截面尺寸、构造措施、结构损伤等一些实际情况,并借助专业知识、工程经验对裂缝的性质和破坏性先进行初步的判断。3)现场检测。鉴定人员在初步现场调查的基础上,采用现场检测技术,对工程的主要结构构件测定其混凝土的回弹强度;构件的截面尺寸及配筋;砖的回弹强度;砂浆的回弹强度等。4)综合评定。对现场检测取得的数据进行处理,推定混凝土、砖、砂浆的强度,然后按照现行国家规范,对结构进行复合验算,结合现场取得的其他资料进行综合评定。5)确定处理方案。根据工程实际质量情况和甲方的不同要求,提供工程加固改造的可行性分析;在裂缝变形基本稳定的前提下,对有裂缝的构件制定相应的处理方案。

3 建筑工程常见裂缝的鉴定分析

3.1 温度裂缝

3.1.1 产生原因

温度裂缝一般由日照温差引起,主要出现在屋盖结构中。在砖混结构中,由于混凝土的线膨胀系数是砖砌体(烧结黏土砖)的2倍,当屋面长时间受到阳光辐射,屋面板的变形要比墙体的变形大得多,在两者的接触面间就会产生较大的温度应力,使砖砌体处于受拉、受剪等复杂应力状态,当应力超过砖砌体的抗拉、抗剪强度时,砖砌体就会开裂。

3.1.2 裂缝特点

1)斜裂缝。斜裂缝往往出现在顶层纵横墙的两端,其中,纵墙较横墙严重,外墙较内墙严重。“八”字形是斜裂缝最常见的开裂形态(见图1)。2)水平裂缝。水平裂缝一般出现在顶层圈梁下1匹～3匹砖的灰缝处,还有顶层梁与墙体连接处。裂缝的开裂程度也是房屋顶层的两端较为严重,有时甚至会在顶层端部转角处形成水平包角裂缝。3)竖向裂缝。竖向裂缝经常出现在过梁的梁端部和窗台墙处。砖砌女儿墙受温度影响较大,其根部往往也会因偏心受压沿竖向开裂,产生竖向裂缝。

3.2 收缩裂缝

3.2.1 产生原因

混凝土的硬化收缩、失水收缩、碳化收缩都能引起混凝土的收缩裂缝。在实际工程中,收缩裂缝主要是由于混凝土构件养护不好造成的。混凝土的收缩必然会引起结构构件的变形和尺寸变化,又由于构件受到不同程度的约束,所以混凝土收缩必然在结构构件中产生内应力,而当内应力足够大,超过了构件自身的允许应力就会导致混凝土构件的开裂。

3.2.2 裂缝特点

1)在梁上,收缩裂缝主要表现为垂直裂缝,出现位置一般位于梁两侧,梁顶和梁底较少。2)在板中,收缩裂缝常为贯穿裂缝。开裂形式也分为垂直裂缝(顺筋裂缝)和斜裂缝两种。垂直裂缝多位于板的中部,开裂方向一般垂直于约束较大和垂直于抗拉能力较弱的方向,长度较大,有时与梁的垂直缝连通;斜裂缝一般出现于板的四角,成45°角。而且,多数情况下,板顶角部斜裂缝较板底多而宽。3)在柱上,收缩裂缝一般变形为水平裂缝,出现位置多在柱的转角处,裂缝细而短。4)在剪力墙中,裂缝形式也分为两种:垂直缝一般产生在体量较大的墙面,裂缝间距均匀且长度相近;斜裂缝一般出现在内外墙交接处。

3.3 沉降裂缝

3.3.1 产生原因

1)斜裂缝主要发生在软弱地基上,由于地基的不均匀沉降,使墙体承受了很大的剪力,当剪切力超过了墙体的抗剪能力,最终导致墙体开裂。2)水平裂缝是由于沉降单元上部墙体受到较大的约束力,使窗间墙受到的水平剪力超过了墙体的允许剪应力而发生的上下位置的水平裂缝。3)房屋底层窗台下墙体的竖直裂缝,是由于上部荷载通过窗间墙将洞口上部荷载传至基础上,越靠近洞边荷载越大,相应的基底反力在洞边也最大,这样就会使地基产生不均匀的沉降,当沉降差在墙体中引起的应力大于墙体的抗拉强度时,墙体即产生裂缝。

3.3.2 裂缝特点

1)斜裂缝。多发生在纵墙1层～2层墙体的两端,如果墙体上留有洞口,多数情况下,洞口的两个对角会出现裂缝。沉降斜裂缝多以沉降点为中心对称出现,其方向垂直于由于地基沉降产生的主应力方向。由于横墙的刚度较大,出现此类裂缝较少。沉降斜裂缝在下部墙体表现严重,向上逐渐减少,裂缝宽度也是下大上小(见图2)。2)水平裂缝一般在窗间墙的上下对角处成对出现,沉降大的一边裂缝在下,沉降小的一边裂缝在上。3)竖向裂缝一般出现在底层窗台下墙体的中部和端部,裂缝上宽下窄。

4 各类裂缝的处理措施

对既有建筑工程常见裂缝进行处理时,应首先区分裂缝类别,是结构性裂缝还是非结构性裂缝,然后对裂缝进行鉴定评级,最终对不同类型、不同等级的裂缝采取不同的处理方式[3]。

对结构性裂缝,应进行灌浆封闭处理,并采取支顶、卸载等相应的加固处理措施,以满足结构承载力的要求[4]。对于温度裂缝,可在屋面加设保温层;对伸缩裂缝在条件允许时可补做伸缩缝;对沉降裂缝应尽量避免对基础的扰动。经承载力验算,结构能满足使用要求时,可不必采取其他的加固处理措施[5]。

近年来,山东省建筑科学研究院在多年建筑工程裂缝检测鉴定与处理的基础上,在国内首次提出了“内粘外锔法”——建筑结构裂缝综合处理方法[6]。该方法首先对建筑结构裂缝的内部采用内粘材料粘结即内粘,然后在外部采用锔缝材料拉结即外锔。经多项工程实践证明,采用本方法可以更好、更彻底地解决建筑结构的裂缝问题。

5 结语

在实际的建筑工程中,裂缝的出现往往是多种原因共同作用的结果,裂缝形态也是千变万化。建筑物裂缝的鉴定与处理涉及材料、地基、结构等多学科知识,还需针对不同类型建筑物采取不同的处理措施。因此,在实际工作中,应根据工程的具体情况,尽可能多地收集各种资料,必要时对结构构件进行检测,力求能准确把握裂缝的性质,对裂缝做出较为准确的定量或定性分析,同时使对裂缝的鉴定处理结论更加科学、合理。

[1]袁海军,姜 红.建筑结构检测鉴定与加固手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.

[2]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.

[3]何星华,高小旺.建筑工程裂缝防治指南[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.

[4]GB 50367-2006,混凝土结构加固设计规范[S].

[5]王济川.房屋常见事故的分析、鉴定和处理[M].长沙:湖南科技出版社,1996.

[6]崔士起,成 勃,李 龙,等.混凝土裂缝内粘外锔法综合处理技术研究[J].工业建筑,2009,39(sup):298-300.

[7]危健文.混凝土楼板非结构裂缝原因及其防治[J].山西建筑,2007,33(10):204-205.