混凝土构件裂缝产生的原因查找及分析

文／李建功 云南营造工程设计集团有限公司 云南昆明 650000

刘志鹏 西北综合勘察设计研究院云南分院 云南昆明 650000

刘铸民 昆明经济技术开发区投资开发集团有限公司 云南昆明 650000

引言：

混凝土结构构件产生裂缝是极其常见又极难避免的事情。近年参与建筑结构设计的几个常规住宅项目相较往年项目普遍出现类似的混凝土构件开裂问题，特将其裂缝产生的原因查找及分析过程撰写成文以期与同行业相关从业人员一起探讨相互启发。

1、项目概况

论文所涉及的项目均位于云南省昆明市，抗震设防烈度为8°/0.3g，项目性质为住宅或公寓，其中既有26～33层高层住宅，也有地上3层地下1层单面临空地下室的别墅（地下室与高层住宅部分独立）简图如下图1：

图1 临空地下室及上部单体示意图

项目配套少量多层辅助性用房及商业，具体结构设计情况如下：

1.1 结构类型

住宅部分均采用剪力墙结构，辅助用房及商业均采用框架结构，地下室均为框架-剪力墙结构。

1.2 结构长度及设缝情况

(1)大部分住宅上部结构长度约40～45m，均不设置结构缝，也未采取其余非常规抗裂措施；

(2)少量建筑结构长度达到78m，在结构平面中部位置设置800mm从底到顶的温度后浇带，如下图2。结构设计时进行楼板温度应力计算，并根据计算结果进行配筋，同时对各层平面两端房间及顶层楼板厚度增加至120mm，配筋均采用双层双向拉通配置进行加强；

图2 温度后浇带位置

（3）地下室部分每隔40～45m设置沉降及温度后浇带，对迎水部分混凝土（底板、顶板、侧壁）

均采用掺抗裂型外加剂的补偿收缩混凝土，要求水中养护14d的混凝土限制膨胀率应≥0.02%，水中14d、空气中28d的限制干缩率应≤0.03%，混凝土浇筑前有关试配报告满足设计及GB50119-2013《混凝土外加剂应用技术规范》的相关要求[1]。

（4）后浇带均采用补偿收缩混凝土浇筑，要求温度后浇带在两侧混凝土浇筑完成后60d，并经设计同意后浇筑；沉降后浇带应在主体结构顶板浇筑14d后，提供沉降观测数据，经设计同意后浇注。

2、基础类型

（1）高层住宅部分：采用以中风化白云质灰岩（岩石单轴饱和抗压强度平均值为40Mpa）为桩端持力层的旋挖成孔嵌岩灌注桩，桩径800mm，单桩承载力特征值为4500Kpa，承载力满足计算及规范要求。施工前至少进行一桩一孔施工勘察，对于难于确定桩基下岩溶发育情况的采用一桩多孔施工勘察。施工勘察成果应满足（GB5007-2011）《建筑地基基础设计规范》8.5.6-6条“嵌岩灌注桩桩端以下3倍桩径且不小于5m范围内应无软弱夹层、断裂破碎带和洞穴分布，且在桩底应力扩散范围内无岩体临空面”的要求。

（2）多层别墅及其底部单面临空地下室区域：采用以浅部土层“粘土层”（地基承载力特征值fak=140Kpa）作为持力层，采用600mm厚筏板+柱墩的基础形式，满足规范及计算要求。

（3）构件平均尺寸

上部标准层结构典型楼板厚度为100mm，地下室顶板典型厚度为180mm，地下室外墙典型厚度为300mm。

（4）混凝土等级

地下室外墙C35～C50，梁、楼板C30～C40。

3、构件裂缝情况

3.1 裂缝发生时工程进度情况

房屋尚未封顶、室内未装修、地下室顶板覆土、基坑填土均未回填、后浇带按图纸位置设置，均未浇筑；

3.2 裂缝出现部位及开展情况

（1）地下室外墙：基本为4m左右等间距垂直型裂缝如下图3，裂缝宽度0.13～0.35mm不等；

图3 地下室外墙裂缝

（2）地下室顶板：主要出现在非临空侧，与外墙相交一跨，裂缝间距约25m左右，垂直于地下室长边方向如下图4，裂缝宽度约0.11～0.33mm，临空侧（无地下室外墙）基本无裂缝；

图4 地下室顶板裂缝

（3）上部结构楼板：部分楼层大量楼板均出现诸多不规则裂缝（跨中、支座边均有）如下图5红线部分所示，裂缝宽度约0.08～0.32mm。

图5 上部结构楼板裂缝

4、裂缝原因查找及分析

混凝土结构构件产生裂缝的原因主要有以下几个方面：

4.1 地基基础沉降

地基基础在上部建筑重力及水平力荷载作用下均会产生不同程度的沉降变形（岩石地基除外），对于不同结构类型控制其允许变形的指标分别为：沉降差、整体倾斜、平均沉降量及沉降量[2]。

几个项目沉降观测报告显示：高层住宅部分（桩基础）沉降量约15.6～18.5mm，多层别墅部分（筏板+柱墩）沉降量约为4.09～6.84mm，各项变形指标均满足规范要求，且数值在本地区属正常范围，各结构构件裂缝的开展原因可基本排除地基基础沉降原因。

4.2 构件设计承载力不足

从设计角度而言，除地基基础不均匀沉降导致建筑物开裂外，另一个最大的可能就是构件承载力设计不足。以上项目经过对计算模型假定、计算参数设置、荷载设定及计算结果核对（假定及各数值均按常规项目设定），各项数值均满足规范及计算要求，其中地下室顶板满荷载情况下计算裂缝均未超过0.2mm，地下室外墙满荷载情况下裂缝最大计算宽度仅为0.142mm（此文不对裂缝计算公式及行业内常规计算假定进行讨论）。同时在第3/（1）文中已经介绍，实际在裂缝发生时地下室顶板的覆土、地下室外墙的基坑回填土均未回填，对地下室顶板实际荷载仅为混凝土结构自重，地下室外墙实际外荷载基本可认为尚未加载。昆明地区设防烈度较高，在未发生地震的情况下混凝土构件实际承载力比较富余，所以各结构构件裂缝的开展原因可排除构件承载力不足的可能。

4.3 施工类原因

施工涉及的情况相对比较复杂，其中钢筋锚固和绑扎、保护层厚度控制、楼板中管线预埋、拆模时间、混凝土浇筑顺序、混凝土振捣（节点钢筋过密）、混凝土的养护、温度收缩、混凝土原材料质量等均会导致结构构件产生裂缝。现对上述情况进行简单分析：

（1）钢筋锚固和绑扎：混凝土的抗拉能力相较钢筋而言极低（不到钢筋抗拉强度的1%），这也是为什么我们要采用混凝土与钢筋的结合材料——钢筋混凝土的原因，以便让其发挥自身材料的优势。针对本次涉及到的几个项目，在施工现场我们发现楼板钢筋的锚固和绑扎均存在大量不规范的情况，最突出的就是楼板支座钢筋本应水平后弯折锚入边梁中，但实际部分支座钢筋的弯钩并未竖向锚入梁中，而是水平平铺于梁顶钢筋之上，或者水平锚固长度极短，仅靠弯钩勾住梁顶内缘纵筋，且部分支座钢筋与梁顶纵筋交接处无钢丝绑扎固定，混凝土浇捣时易导致钢筋锚固偏向错位，如下图6、图7：

图6 边支座钢筋弯钩上翻

图7 边支座钢筋水平锚固、板扎不规范

如此钢筋锚固、绑扎将极易出现平行于楼板支座边缘裂缝。

（2）保护层厚度控制：混凝土结构构件中梁、墙、柱的保护层厚度相对容易控制，楼板顶面保护层厚度则是控制质量最差的构件。由于板顶保护层厚度过厚导致荷载未施加之前就出现混凝土表面裂缝的情况较多，该类裂缝宽度一般不大且无特定规律，后期加载之后可能由于楼板有效截面厚度过小导致承载力不足，从而出现贯通式结构裂缝，通常需要进行加固处理。经现场勘验，项目确保楼板顶部保护层厚度的支架均采用小号钢丝制成的支架，布置数量普遍在1.5～2㎡/个，其支撑强度明显偏弱，如下图8：

图8 钢丝马镫支架

楼板施工时虽会设置活动马道，但工人在实际浇筑混凝土时也很难避免对钢筋踩踏，一旦发生踩踏，如此低强度的支撑很难避免不被损坏，从而导致板顶保护层过厚产生不规则裂缝。

（1）板中管线预埋：楼板中不可避免需要埋置给排水、电气管线，图纸及相关施工规范中明确要求同一位置不得有三层及多于三层管交叉，但现场普遍存在三层及以上管线交叉情况，如下图9：

图9 设备管线多层交叉

现场应实按设备专业要求采用管线转换接头或合理调整管线走向从而减少管线交叉，并应按结构专业要求对该区域进行结构加强，以免该区域楼板有效厚度过小或板顶保护层厚度过薄而出现开裂。

（2）拆模时间：现场施工时由于工期要求或为加快模板周转，经常不按规定时间拆模，最快拆模时间仅为3d，混凝土强度尚未达到拆模条件，由此将导致混凝土在浇筑完成之后7d内就出现较大变形从而导致开裂。

（3）混凝土浇筑顺序：经现场与参建单位询问得知，部分项目标段因工期原因，混凝土浇筑时剪力墙（柱）、梁、板一次性整体浇筑，严重违背混凝土浇筑顺序要求。竖向构件混凝土尚未形成任何强度，水平构件完全依赖模板及下部脚手架支撑，极难避免竖向、水平向构件变形从而导致构件裂缝发生。

（4）混凝土振捣（节点钢筋过密）：高烈度区竖向构件与梁、板交接处钢筋配置较多，施工时钢筋绑扎不规范导致混凝土浇捣不密实，从而导致节点处产生裂缝，如下图10：

图10 混凝土构件节点钢筋

（5）混凝土的养护：GB50666-2011《混凝土结构工程施工规范》[3]中对不同施工季节、环境温度、构件部位、水泥型号等混凝土养护有明确的规定，但现场实际养护情况往往与其要求相差甚远，甚至部分项目标段的构件就没养护过。由此结构构件出现大量不规则裂缝也就是情理之中的事情了。现场监理、施工及建设单位均负有不可推卸的责任。

（6）温度收缩：对于大体积混凝土、平面尺寸较大或混凝土标号较高的情况，由于水泥水化反应加之温差控制及养护不到位，导致混凝土出现温度收缩裂缝。该类型裂缝除设计时尽可能采用低标号混凝土及结构断缝外，主要需依靠施工措施进行避免。

（7）混凝土原材料：目前建设项目基本采用商品混凝土，质量参差不齐，原材料中外加剂的添加、砂石含泥量的控制、水泥及矿物原料的掺量往往与试块取样时不一致，导致试块检测均合格而施工完成后的成品构件经常出现强度偏差及开裂的情况。有时由于运输距离或交通拥堵导致混凝土存储在罐车中时间过长或其他原因导致混凝土运至现场后出现离析、坍落度不满足等情况，在现场要求退场后居然半路私自加水、加水泥或者随意加添加剂的情况，情节实在恶劣。采用此类混凝土浇筑的结构构件再叠加上述中的其余部分原因，混凝土不开裂那才是不正常的。

结语：

综上所述混凝土构件裂缝的发生是一个比较复杂的问题，本文不对裂缝的计算公式及构件计算假定进行讨论，仅从显而易见的沉降、设计、施工及材料几方面进行分析。上述原因中通常是几个原因综合叠加最终导致构件开裂，在现行建筑市场高周转的要求下各参建单位均应拟行好各自责任与义务，层层把好质量关，不能让建筑业质量倒退。各同行共勉！