某医疗建筑混凝土裂缝的原因分析和处理

林 亮

（厦门坤煌房地产开有限公司，福建 厦门 361000）

0 引言

随着我国建设施工技术的不断提升，对混凝土结构的质量要求也越来越高。混凝土结构未来依然会作为工民建中最常见的结构形式，但会逐渐淘汰其原本粗犷的管理和工艺，高品质、高质量、富有美感的建筑才能满足未来人们的需求，如何提高施工质量也将成为混凝土结构中不断创新发展的课题。混凝土缺陷的出现将影响房屋的耐久性和实用性，甚至会出现安全问题。裂缝产生原因多种多样，也是施工过程中控制的难点，其主要产生的原因可分为：混凝土和易性不好，浇筑完产生离析分层现象；模板或支撑架不牢固稳定，产生局部变形或沉降；基础不均匀沉降引起开裂；大体积现浇混凝土由于收缩和温度应力产生裂缝；构件强度不足提前拆除支撑或超荷载等等。通过本次施工案例分析发现，在项目全过程管理中，以上问题不仅因为现场施工的管控，也可能来自前期设计阶段的疏忽。

1 基本概况

本栋建筑为医技科教综合大楼，主要使用功能包括：医技、科教、住院部、地下车库等，地下2 层、地上15 层，局部裙楼1 层，总建筑面积34 500m2，建筑总高度70.35m，建筑长度96.4m，宽度43.4m。结构体系采用现浇钢筋混凝土框架剪力墙结构，基础为满堂桩筏基础，建筑抗震设防类别为乙类，所在地区抗震设防烈度为7 度，设计基本加速度为0.15g。地下室筏板板厚为1 400～1 800mm，地下室外墙厚度为300～400mm，地下室顶板板厚180～400mm。防辐射区域墙厚1 500mm、局部2 900mm，顶板厚1 700mm，局部3 000mm。该建筑大体积混凝土区域为整个地下室区域，面积3 660m2，混凝土浇筑总方量为6 600m3，外墙设计混凝土强度C35，抗渗等级为P8，墙和板同时浇筑混凝土。

2 裂缝情况

混凝土裂缝是混凝土结构在内外因素的作用下引起的物理结构变化，是由材料内部的初始缺陷、微裂拓展引起的，而裂缝是混凝土结构物承载能力、耐久性及防水性降低的主要原因，混凝土裂缝是难以避免，也是施工过程中存在的一个难点和重点。

本项目主体结构封顶后，已进入装修阶段，距离地下室混凝土浇筑时间已超过1 年，医疗设备安装公司进场参加设备机房装修工程时，经其专业工程师现场巡检发现，P-CT 机房混凝土外墙存在裂缝并且渗漏明显。经参建各方核查现场，该机房位于地下负二层，覆土埋深-9m，机房混凝土外墙除中部存在一条较长竖向裂缝，长度约3.5m，渗水现象明显。该机房结构外墙墙体厚度300mm，底板厚度1 800mm，顶板厚度400mm，但其相邻直线加速器机房外墙厚度为1 800mm，此处外墙截面突变，经现场混凝土实体回弹，强度约为C39～C44 之间，高于设计值C35。其余区域混凝土成型较好，未发现裂缝渗水现象，也未发现其他混凝土缺陷。

3 裂缝分类

针对裂缝产生的原因进行归纳总结，也为后续原因分析判断奠定基础，将混凝土裂缝大致分为以下几种：

3.1 干缩裂缝

干缩裂缝大部分出现在混凝土养护结束后的一段期间，其收缩是无法逆转的，其原因在于混凝土中水分蒸发而产生的干缩现象，混凝土内外水分蒸发程度不同导致变形程度差异造成的。干缩裂缝常见为浅层性的平行线状或网状浅细裂缝分布，宽度多在0.05～2mm 之间，大体积混凝土面层较为常见，影响因素主要有主要和混凝土的材料、施工、环境等。

3.2 塑性收缩裂缝

塑性收缩裂缝是指混凝土在凝结前，表面因失水而产生的一种收缩。一般在天气干燥的大风天或热天出现，裂缝多层呈中间宽，两端细，长短不一，裂缝宽度多在1～5mm。其原因由混凝土在终凝前几乎没有强度或强度很小，受高温或大风的影响，混凝土表面失水过快，造成混凝土体积急剧收缩，混凝土强度也无法抵御其本身收缩，因此产生龟裂。影响因素主要有水胶比、凝结时间、环境温度、风速、相对湿度等。

3.3 沉降裂缝

沉降裂缝的产生是由于结构地基土质不均匀、基础持力层土层较差，造成基础不均匀沉降所在，多见于坡地、近沿海滩涂、河流湖泊处建筑，也有部分因模板刚度不足，模板支撑间距过大导致，使混凝土出现裂缝。裂缝多为贯穿性裂缝或深度较深，其裂缝发展方向往往和沉降有关，裂缝宽度和沉降量成一定比例，持力层土层变形沉降后，其裂缝也趋于稳定。

3.4 温差裂缝

温度裂缝多发在大体积混凝土表面或温差变更较大地区的混凝土结构中。混凝土在硬化过程中，水泥水化热产生大量的热量，从而使混凝土内部温度升高，甚至能到达70℃～80℃，由于混凝土的体积较大，大量的水化热聚集在混凝土内部不易散开，导致内部温度急剧上升，而表面散热较快，内外温差较大，造成收缩程度不同，裂缝多常见于混凝土使用中后期。温差裂缝通常走向无规律，大面积结构裂缝常纵横交错，裂缝宽度也通常不一[1]。

3.5 荷载裂缝

主要由基础不均匀沉降导致上部结构承担较大应力、施工荷载超载超过设计工况下的荷载、混凝土强度尚未达到而提前拆除支撑加载等。其裂缝通常包括受弯、受剪、受扭等多种形式。受弯构件如梁板通常发生夸中，受剪构件通常发生在梁的支点附件，受扭构件如梁的裂缝通常表现为斜裂缝，裂缝的宽度和长度随着应力大小而变大

3.6 化学反应裂缝

碱骨料反应裂缝和钢筋锈蚀引起的裂缝是钢筋混凝土结构中最常见化学反应引起的裂缝。混凝土拌合后会产生一些碱性离子，与活性骨料发生化学反应并吸收周围环境中的水而体积增大，造成混凝土酥松、膨胀开裂。此类裂缝通常出现在混凝土结构使用期间，裂缝很难采取修补措施，在施工过程中应尽量避免。

4 裂缝原因

（1）查阅相关施工日志、材料进场报验、混凝土养护方案等施工资料，并进行混凝土现场实体强度回弹检测，混凝土强度C39～C46，混凝土进场材料合格，未发现其他混凝土缺陷。混凝土浇筑时处于11 月份，气候条件正常，当地日气温为16℃～31℃，故可排除混凝土材料和施工工艺问题，也可排除混凝土养护问题情况。

（2）查阅沉降观测记录和检查周边混凝土、底板情况，未发现裂缝，沉降数据均匀且在合理范围内，鉴于该建筑基础采用筏板加满堂桩基形式，底板厚度达1 400～1 800mm，底板可提供很强的刚度，筏板基础卧置于粉质黏土，土层均匀，未有淤泥等软弱土层，故可排除为不均匀沉降所致。

（3）查阅设计图纸，其设计外墙墙体厚度为300mm，按地下室底板和顶板两端刚接的单向板考虑计算，竖向钢筋采用Φ25@150，支座处附加Φ16@150，水平方向Φ12@150 构造配筋。经结构设计人员通过重新核算外墙在不同荷载工况下情况，发现存在以下问题，其右侧1 800mm 厚的外墙，产生很强的刚度，完全可以作为固定支座考虑，其可作为约束以改变该外墙的受力形式，故应按双向板考虑设计，另应考虑右侧1 800mm 厚地下室外墙大体积混凝土温度收缩时产生拉应力的影响，其水平方向的构造配筋Φ12@150 明显偏小不足以抵抗拉应力，造成该300mm 厚外墙混凝土从中部贯穿性拉裂，应力得以释放。

综合分析，因此外墙并不属于大体积混凝土、其材料和施工过程控制并无异常，其他部位混凝土未出现类似裂缝和其他缺陷，根据裂缝存在的部位和发展形态判断，不属于构件承载力不足造成的结构裂缝，也不属于地基承载力不足或沉降不均匀变形造成的，不影响结构安全。其产生的原因为地下室外墙在此处截面突变，从1 800mm 厚变为300mm，大体积混凝土在硬化过程中产生较大的收缩拉应力，水平钢筋仅按构造要求配筋，未充分考虑大体积混凝土收缩应力的补偿，造成配筋不足，面对较大拉应力情况，混凝土外墙在截面较小处拉裂，故产生竖向贯穿性裂缝，基本断定上述原因是导致该裂缝产生的根本原因。

5 裂缝处理措施

鉴于P-CT 机房处于地下二层，结构埋深大，外墙东侧室外环境较复杂，附近有排水渠、排水暗管等通过、地下水水位高，机房内的设备价值昂贵、对使用环境要求高，应当全面排除隐患、确保使用功能安全。经现场参建各方讨论，并结合专家意见，故采取如下措施：

（1）对外墙已发生的裂缝，先采取的环氧树脂注浆封闭处理，沿裂缝全长压力注射，环氧树脂能很好起到封闭效果，并对钢筋起到保护作用，处理后也起到较明显的效果。

（2）鉴于外墙裂缝发现的时间较晚，其经处理后的时间有限，基于目前的气候条件，在室外地面（紧邻地下室外墙面附近）打孔回灌水，灌水井点间距8m 间隔设置，并设置观察井一口，观察水位高度不低于室外地面-0.5m，保持水位24h。通过人为加大地下水位，模拟高水位情况下，增加外墙水压力，观察外墙的裂缝、渗水是否开展或者还有新增。

（3）若发现裂缝处存在渗漏、裂缝显现，则在室外地面利用回灌水井变为降水井，通过抽水降低地下室水位，减少裂缝处的地下水压力，对裂缝采用环氧树脂注浆封闭，以利于注浆在裂缝内饱满。

（4）对明显可见的裂缝，在经注浆封闭后，其内表面做二次加固处理，如：粘贴钢板等措施。

（5）P-CT 机房外墙，经以上处理后，其内墙面再涂刷水泥基渗透结晶型防水涂料。

（6）设计单位对P-CT 机房的地下室外墙，按其实际受力支承条件以及边界环境实际情况做承载力及正常使用极限状态复核，以保证受力安全。

（7）使用期间做好观测工作，施工单位应提前做好针对后续可能再次出现渗水的处理预案；包括若室内空间允许的情况下，外墙内侧增加防潮隔离墙预案。

6 施工控制和常见处理方法

6.1 设计

合理布置建筑平面和立面，避免结构构件界面尺寸突变，造成应力集中。较长的建筑结构在设计时应考虑分割分段，如采用沉降缝、伸缩缝、防震缝等措施，将结构分割成若干个规则的单元，减少超长建筑带来的混凝土收缩或不均匀沉降。

注意分布钢筋的布置，尽量使用小直径、排数多、间距密的钢筋。在建筑平面有较大凹凸部位，屋面或阳台板的阳角处，与周围梁柱墙整体浇筑受较强约束的楼板处设置温度钢筋。

优先使用低强度水泥，以控制混凝土水化热，减少混凝土塑性收缩应力。楼板、屋面板采用普通混凝土时，其强度等级不宜大于C30，基础底板、地下室外墙不宜大于C35。

结构验算时应充分考虑温度应力和外墙受力模型，避免出现双向板设计成单向板，未充分考虑温度钢筋的布置等。墙体的水平分布钢筋除满足强度计算要求外，其分布钢筋的配筋率不应小于0.4%，间距不宜大于100mm。

6.2 施工

根据浇筑区域结构构件的类别、截面大小、钢筋配置情况选用合适的机械和浇筑方案，一次浇筑量要使用应充分计算考虑计算，保证混凝土浇筑的连续性，也确保浇筑的混凝土均匀密实。

浇筑竖向构件时，一次浇筑的竖向高度一般每层不超过500～600mm，也要确保混凝土不分崩离析为前提，并且每次需平整后再浇筑上一层，浇筑时要确保振捣密实，使混凝土充满各角落和端部。

当楼板构件和梁墙柱一起浇筑时，应先浇筑墙和柱子，待其密实后，使其具有一定支撑强度，再次浇筑梁和楼板，并且应先浇筑梁，再浇筑平面楼板。

由于混凝土的泌水、骨料下沉、容易产生塑性收缩裂缝，应对混凝土表面进行压实抹光，浇筑时如果遇到高温、太阳暴晒、大风天气，浇筑后应立即采取防护措施，进行表面包裹覆盖，避免发生表面硬结。

浇筑时要防止钢筋、模板移位或变形，对于大体积混凝土，应控制入模温度不大于30℃，浇筑完成后应控制混凝土内外温差和表面与大气温差。

6.3 养护

混凝土的养护是预防混凝土开裂的主要措施，项目应结合施工时的周围环境和气候条件，制定专门的方案，组织专人进行养护和检查，监理单位和建设单位也应进行例行巡检。其时间从浇筑完成凝结后立即按照制定的方案进行保温、保湿的养护。

浇筑完成后采用覆盖、洒水、喷雾，或薄膜覆盖等养护措施，保温保湿的时间对于硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥，矿渣硅酸盐水泥的混凝土，养护时间不少于7d，对于掺有混凝土缓凝型外加剂的混凝土，不得少于14d。

底板和楼板等平面结构构件，在混凝土收浆和抹压后，采用塑料薄膜覆盖，防止表面水分蒸发，后续去除塑料膜，采用麻袋布或草帘等吸水性较好的材料覆盖于表面，用水浇透，并定期浇筑，避免水分蒸发干燥。柱墙等竖向构件，可采用保水性较好的材料浇水养护，也可用密封性较好的材料包裹，避免水分快速蒸发和干燥。

冬季施工时，不能直接向养护构件上浇筑水，应采用封闭材料保温、保湿养护，其材料的选用应经过热工计算确定后采用。

6.4 常见处理方法

（1）表面处理法：适用于修补对结构的承载力未造成影响和裂缝区域稳定的浅层裂缝，裂缝宽度较细，较浅，裂缝宽度小于0.3mm。可在裂缝处用水冲洗，然后涂刷水泥净浆或将混凝土表面清洗干净并干燥后涂刷改下环氧树脂浆液、沥青、油漆等封闭材料[2]。

（2）凿槽填充法：适用于修补中等宽度的混凝土裂缝，裂缝宽度大于0.3mm。修补裂缝应用机械开槽或手工剔槽，凿成“V”或“U”形，槽宽和槽深可根据裂缝深度和有利于封闭裂缝来判断。“V”形槽适用于树脂类填充材料，宽度和深度一般为30～60mm；“U”形槽适用于水泥砂浆类材料填充，其伤口宽度一般为50～90mm。

（3）注射法（定压注射法）：通常采用的注射材料为低黏度的改性环氧结构胶作为修补剂，适用于0.1～1.5mm 的“静止”或贯穿性裂缝，该方法用专用注射器以一定压力将低黏度、高强度的混凝土裂缝修补液注入裂缝中，注入的修补液可与混凝土形成一个整体，起到封闭补强的作用。

（4）压力灌浆法：采用送压设备将浆液灌入混凝土内部，浆液凝结、硬化后对构件裂缝起到粘合、封闭、补强作用，恢复构件的力学作用，提高结构的耐久性。通常采用的灌浆材料有水泥和化学类，采用水泥灌入时，适用于裂缝宽度较为稳定，不再发展的裂缝，宽度大于1mm 时才能有较好的修补效果；采用化学类浆料通常采用改性环氧类浆液，选用时要根据不同裂缝宽度采用不同粘稠度，其使用于裂缝较小的修复，裂缝宽度一般大于0.3mm 以上时采用。

7 结论

混凝土裂缝问题目前依然是建设施工过程中难以控制的通病问题，目前主要通过各种施工控制措施和后期养护来处理，施工技术发展通过近几十年的发展，已进入更新的瓶颈。但通过本项目实例分析，其裂缝产生的本质却为设计考虑不足引起，如何不断提高混凝土质量，建设高品质的建筑质量，是值得业界不断思考探索的命题。现阶段，在不断提高施工工艺水平和新技术、新材料的同时，也应该充分发散思维，全面考虑，通过设计技术创新不断提高房屋施工技术，以适应未来发展趋势。