王 勇 楊合慶 李今興 陳 勁

1. 杭州宋都房地產(chǎn)集團(tuán)有限公司 浙江 杭州 310013；2. 浙江省建筑設(shè)計(jì)研究院 浙江 杭州 310006

當(dāng)前在鋼筋混凝土民用住宅中，現(xiàn)澆混凝土樓板出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象較為普遍，已成為商品房質(zhì)量糾紛、投訴的熱點(diǎn)問題。尤其近年各地均要求采用預(yù)拌混凝土，樓板裂縫發(fā)生的概率相對(duì)自拌混凝土更大[1-2]。

樓板裂縫從成因分析可分為荷載引起的裂縫、變形引起的裂縫兩大類[3]，進(jìn)一步細(xì)分則有超載裂縫、沉降裂縫、溫度裂縫、混凝土自收縮裂縫、構(gòu)造裂縫等[4]。已有不少科研技術(shù)人員針對(duì)樓板裂縫進(jìn)行計(jì)算模擬，基本集中在溫度裂縫及收縮裂縫方面[5-7]。經(jīng)過多年積累，樓板裂縫預(yù)防及處理措施也有了不少成熟的做法和經(jīng)驗(yàn)[8-9]。

本文針對(duì)一個(gè)發(fā)生樓板裂縫的具體工程實(shí)例進(jìn)行全面剖析，探索了導(dǎo)致住宅大跨度樓板裂縫發(fā)生的一個(gè)容易被忽視的重大原因，同時(shí)也針對(duì)這類裂縫產(chǎn)生后的有效處理方案進(jìn)行了介紹，并對(duì)后續(xù)住宅大跨度樓板的裂縫防治措施給出了建議。

1 工程概況

某住宅小區(qū)小高層采用現(xiàn)澆框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系，基礎(chǔ)采用PHC管樁。該項(xiàng)目部分結(jié)構(gòu)板面層先出現(xiàn)少量裂縫，并在一兩個(gè)月后明顯增多，且樓板面裂縫呈現(xiàn)明顯的規(guī)律性，主要分布在住宅客廳大跨度樓板的周邊和角部，各標(biāo)準(zhǔn)層同部位樓板都有不同程度的開裂狀況。

2 裂縫成因分析

通過現(xiàn)場(chǎng)的細(xì)致踏勘，產(chǎn)生板面面層裂縫的樓板為4 850 mm×8 700 mm的大跨度結(jié)構(gòu)異形板，如圖1所示。

面層的裂縫主要分布在該樓板四周沿梁邊及四角斜向處，板底基本無裂縫，其中面層裂縫寬度在0.20～ 0.50 mm，現(xiàn)場(chǎng)打開建筑面層后可看到結(jié)構(gòu)板裂縫寬度在0.10～0.35 mm。根據(jù)一般樓板結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因，對(duì)照本項(xiàng)目的實(shí)際情況，從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了分析。

2.1 基礎(chǔ)沉降復(fù)核

通過調(diào)取本項(xiàng)目的沉降觀察資料，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際房屋的沉降量和傾斜度進(jìn)行了復(fù)查，結(jié)果都在允許范圍內(nèi)，且本項(xiàng)目填充墻體無裂縫，基本排除房屋沉降引起樓板裂縫的可能性。

圖1 樓板配筋平面示意

2.2 樓板受力有限元分析

通過對(duì)該樓板采用多個(gè)軟件進(jìn)行平時(shí)正常使用荷載下有限元分析計(jì)算復(fù)核，從計(jì)算結(jié)果來看，該樓板的設(shè)計(jì)板厚和配筋能夠滿足規(guī)范中的正常使用狀態(tài)要求，且樓板當(dāng)前狀態(tài)下無附加荷載。

2.3 施工過程復(fù)核

通過調(diào)取相關(guān)隱蔽工程照片，施工單位的鋼筋配置基本按照設(shè)計(jì)要求。對(duì)該樓幢的施工記錄進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)該項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際配置3套模板，絕大部分樓層施工在5 d/層，因此拆模時(shí)間基本在15 d以內(nèi)，基本滿足相關(guān)要求。

2.4 樓板實(shí)體質(zhì)量檢測(cè)

通過鋼筋掃描儀對(duì)樓板負(fù)筋的檢查，發(fā)現(xiàn)樓板保護(hù)層厚度基本在10～25 mm之間，略微超過設(shè)計(jì)規(guī)范中厚15 mm的要求，經(jīng)設(shè)計(jì)復(fù)核基本可以滿足規(guī)范要求；通過現(xiàn)場(chǎng)回彈檢查，樓板混凝土強(qiáng)度全部符合設(shè)計(jì)要求；且從施工單位提供的各項(xiàng)原材料質(zhì)量證明書、復(fù)檢報(bào)告、混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)報(bào)告和現(xiàn)場(chǎng)原材料抽樣分析的結(jié)果來看，可以排除各種原材料不合格的因素。

通過以上各項(xiàng)影響要素的分項(xiàng)，結(jié)合本項(xiàng)目樓板裂縫發(fā)生的過程，初步判斷裂縫成因可能為以下情況：

1）施工過程中現(xiàn)澆樓板上的施工荷載超過設(shè)計(jì)使用荷載，從而導(dǎo)致了樓板支座位置上表面裂縫的產(chǎn)生。

2）樓板設(shè)計(jì)的構(gòu)造要求偏低，對(duì)于溫度變化、混凝土等影響因素不能充分考慮，特別是氣溫變化對(duì)樓板面層裂縫產(chǎn)生了明顯的誘導(dǎo)作用。

針對(duì)以上判斷：首先對(duì)現(xiàn)場(chǎng)存在板面裂縫的樓板根據(jù)平時(shí)使用狀態(tài)荷載進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)[10]，以驗(yàn)證樓板本身質(zhì)量是否滿足平時(shí)使用要求；其次進(jìn)行樓板施工模擬分析，考察施工過程中的荷載是否超過平時(shí)使用荷載。

3 樓板靜載試驗(yàn)

靜載試驗(yàn)針對(duì)發(fā)生板面裂縫的樓板進(jìn)行。

樓板板厚130 mm，含找平層等自重為3.9 kN/m2；另考慮吊頂、裝修等恒荷載1.7 kN/m2，因此該樓板平時(shí)使用狀態(tài)下恒荷載為5.6 kN/m2；活荷載為2.0 kN/m2。靜載試驗(yàn)最大加載量試驗(yàn)之初按荷載標(biāo)準(zhǔn)組合考慮，為除自重外的恒荷載1.7 kN/m2與活荷載2.0 kN/m2之和，即3.7 kN/m2。

試驗(yàn)采用配重物（蓄水）均布、均勻加載方式進(jìn)行；荷載共分6級(jí)，前4級(jí)每級(jí)荷載按試驗(yàn)荷載的20%遞增，最后2級(jí)按10%遞增，最后加載至100%；其后分5級(jí)進(jìn)行均勻卸載。實(shí)際試驗(yàn)過程中，在按上述加載要求加載至3.7 kN/m2時(shí)，各級(jí)荷載施加過程中測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)展均勻，樓板亦未出現(xiàn)異常，為進(jìn)一步了解樓板實(shí)際承載能力，繼續(xù)按 3.7 kN/m2的10%施加荷載4級(jí)，最終施加荷載最大值為5.18 kN/m2。

被測(cè)樓板在試驗(yàn)之前板底未見開裂現(xiàn)象，在本次靜載試驗(yàn)過程中板底未見裂縫產(chǎn)生。

在100%試驗(yàn)荷載（5.18 kN/m2）作用下，實(shí)測(cè)跨中撓度為1.88 mm?？紤]到彈性階段撓度與荷載呈線性關(guān)系，可根據(jù)式（1）計(jì)算得短期撓度值：

式中：qs——試驗(yàn)外加均布荷載值，取5.6 kN/m2；

qF——樓面結(jié)構(gòu)自重荷載值，取5.18 kN/m2；

fs——外加荷載產(chǎn)生的撓度值，取1.88 mm。

代入式（1）可得as0=3.29 mm。

按混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)式9.3.2-1〔式（2）〕計(jì)算撓度值：

式中：[as]——撓度允許值；

θ ——計(jì)算參數(shù)；

[af]——撓度設(shè)計(jì)限值，根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范表3.4.3，可計(jì)算得[af]=23.25 mm。

根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范7.2.5，參數(shù)為1.7，可求得[as]=13.68 mm。

根據(jù)上述計(jì)算[as]，滿足混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)式9.3.1-1的規(guī)定。

4 樓板施工模擬分析

基于以上的初步判斷，我們對(duì)該建筑結(jié)構(gòu)樓板進(jìn)行了全過程的施工模擬分析，尋求找出施工過程中樓板最不利受力狀態(tài)。

4.1 施工模擬思路及假定

模擬過程從首層結(jié)構(gòu)施工開始，支模架3套，施工首層結(jié)構(gòu)時(shí)第1套模架支撐于基礎(chǔ)上；施工進(jìn)度為5 d/層，每層施工最后一天澆筑混凝土；按此節(jié)奏第15天實(shí)施完成3層結(jié)構(gòu)澆筑，第16天拆除底層支模架用于第4層支模，第20天實(shí)施完成第4層梁板澆筑；以此類推。

樓板施工過程如圖2所示（樓板旁標(biāo)記數(shù)字為該樓板累計(jì)承擔(dān)的荷載）。

圖2 樓板施工過程示意

假定1：基礎(chǔ)剛度及支模架鋼管抗壓剛度相對(duì)樓板平面外剛度而言均較大，故假定前3層施工時(shí)基礎(chǔ)部位不發(fā)生沉降，且忽略支模架軸向變形。

假定2：澆筑某一層混凝土?xí)r，該層混凝土當(dāng)天及第2天均無強(qiáng)度；其下各層按齡期計(jì)算強(qiáng)度。

假定3：施工過程中荷載變化集中到2個(gè)時(shí)點(diǎn)，其一頂層剛澆筑好混凝土?xí)r，其二為底層拆模時(shí)。

假定4：各層結(jié)構(gòu)在施工階段均為彈性受力。

假定5：根據(jù)混凝土強(qiáng)度曲線，按樓板混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度C30，推算5～6 d、10～11 d及15～16 d混凝土強(qiáng)度分別按C17.5、C22.5及C25計(jì)算，按規(guī)范[11]，彈性模量分別為23.75、26.75、28.00 GPa。

4.2 施工過程模擬

施工過程中的荷載需要考慮樓板及支模架自重，每層樓板按厚130 mm、自重3.25 kN/m2計(jì)算，支模架自重[12]按每層0.75 kN/m2計(jì)算。

到第15天施工完底部3層時(shí)，按基礎(chǔ)不沉降假定，所有樓板自重及支模架質(zhì)量均傳遞到基礎(chǔ)。第16天拆除底層支模架，該支模架承受的荷載11.25 kN/m2（其上3層樓板自重及2層支模架自重）將轉(zhuǎn)由首層及2層樓板承受（根據(jù)前述假定第3層樓板無強(qiáng)度不參與分配），分別設(shè)為F11及F21。

根據(jù)前述假定1，支模架軸向無變形，故首層及2層樓板變形相同，則荷載分配應(yīng)與樓板剛度成正比關(guān)系；因樓板尺寸及截面各層均相同，各層樓板剛度相對(duì)比例與樓板混凝土彈性模量相對(duì)比例一致。

根據(jù)位移協(xié)調(diào)原則，設(shè)樓板A、B、…共同承受荷載F，其彈性模量分別為EA、EB、…，F(xiàn)分配的荷載分別為FA、FB、…，則：

根據(jù)式（3）可得：

第20天澆筑第4層混凝土，第4層樓板及支模架自重4 kN/m2將由其下3層樓板承受，分別設(shè)為F12、F22及F31。同理可得F12=1.43，F(xiàn)22=1.36，F(xiàn)31=1.21。

以此類推，可得出每層樓板各階段分擔(dān)到的荷載，疊加后可以得出該樓板最終承受荷載。

按此思路，在第25天第5層樓面混凝土剛澆筑完成時(shí)，第2層樓板所承受的總荷載達(dá)到最大，為9.94 kN/m2，扣除樓板自重的實(shí)際外加荷載達(dá)到了6.69 kN/m2，大幅度超過該樓板正常設(shè)計(jì)時(shí)考慮的2.75 kN/m2（面層荷載＋活荷載）的限值，其他時(shí)間段里大部分樓板承受的總荷載也在7～9 kN/m2之間，扣除樓板自重的實(shí)際外加荷載基本達(dá)到5 kN/m2左右。

根據(jù)施工模擬產(chǎn)生的荷載情況對(duì)該結(jié)構(gòu)樓板進(jìn)行撓度和裂縫的驗(yàn)算可以發(fā)現(xiàn)，樓板支座位置板面最大裂縫寬度達(dá)到0.27 mm，基本接近最大裂縫寬度的限值，該計(jì)算值與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際發(fā)生的裂縫情況基本接近，表現(xiàn)形態(tài)也基本吻合，初步推論中關(guān)于施工荷載超過設(shè)計(jì)使用荷載的情況從施工模擬情況中得到證實(shí)。

5 裂縫處理

根據(jù)上述對(duì)樓板裂縫成因的全面分析以及樓板施工模擬，可以得出該項(xiàng)目樓板裂縫基本由施工過程中的超載所產(chǎn)生，但是因?yàn)榱芽p并未貫穿板底，且裂縫較細(xì)，面層澆筑時(shí)未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)板裂縫的存在。后期因?yàn)闅鉁厣咧率乖薪Y(jié)構(gòu)板細(xì)（微）裂縫有所擴(kuò)展，并致使建筑面層在結(jié)構(gòu)板裂縫處依次呈現(xiàn)。

針對(duì)本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)樓板產(chǎn)生的現(xiàn)場(chǎng)裂縫情況及裂縫成因分析，后續(xù)的處理措施嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)、施工及結(jié)構(gòu)鑒定規(guī)范的相關(guān)要求：

1）委托具有專業(yè)資質(zhì)的結(jié)構(gòu)鑒定單位對(duì)主要裂縫樓板進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒定，通過現(xiàn)場(chǎng)靜載荷試驗(yàn)進(jìn)一步確定現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)樓板的安全性。

2）根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說明及參照文獻(xiàn)[13]相關(guān)說明，小于0.3 mm的裂縫無須修補(bǔ)。但考慮到本工程的重要性，同時(shí)也為了防止鋼筋銹蝕而影響耐久性，本著預(yù)防為主的原則，決定按照需要修補(bǔ)的規(guī)定進(jìn)行修補(bǔ)。針對(duì)嚴(yán)重程度較高的樓板采取支座附近面層鑿除并在結(jié)構(gòu)板面保護(hù)層內(nèi)植入鋼筋的方式進(jìn)行加強(qiáng)處理，再對(duì)面層進(jìn)行恢復(fù)；另外60%中等程度裂縫的樓板采用無痕修補(bǔ)材料進(jìn)行裂縫封閉，個(gè)別裂縫的樓板則直接采用環(huán)氧樹脂注膠的方式進(jìn)行處理。

6 樓板裂縫預(yù)防措施建議

根據(jù)本項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，對(duì)住宅建筑結(jié)構(gòu)樓板的裂縫防治建議綜合考慮以下措施：

1）現(xiàn)澆板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照構(gòu)造要求選擇樓板厚度，其中：樓板長(zhǎng)向與短向跨度比值≤1.5時(shí)，板厚按（短向跨度/35）取值；比值＞1.5～2.0時(shí)，板厚按（短向跨度/35＋1 cm）取值；比值＞2.0時(shí)，板厚按（短向跨度/30）取值。同時(shí)所有厚度取值不小于最小板厚要求。

2）對(duì)于樓板短跨跨度在3 600 mm以上的樓板，除按設(shè)計(jì)荷載要求進(jìn)行配筋外，還需要進(jìn)行施工模擬，并根據(jù)施工荷載情況對(duì)結(jié)構(gòu)板的裂縫和撓度進(jìn)行驗(yàn)算，確保最大施工荷載下結(jié)構(gòu)板裂縫和撓度控制在規(guī)范要求的適度范圍內(nèi)；且大跨度樓板（短跨大于3 600 mm）四角部位及異形板轉(zhuǎn)角位置應(yīng)配置面層放射鋼筋進(jìn)行加強(qiáng)。

3）宜采用較小直徑密度分布的方式進(jìn)行布筋，為防止溫度及收縮引起的應(yīng)力影響，應(yīng)適當(dāng)提高上層拉通鋼筋的配筋率，這樣可提高混凝土體的極限拉伸應(yīng)變及混凝土抵抗干縮變形的能力，防止因混凝土自身收縮出現(xiàn)大量的應(yīng)力集中點(diǎn)，使局部出現(xiàn)塑性變形產(chǎn)生裂縫。另外混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)不宜太高。

4）當(dāng)房屋長(zhǎng)度超過設(shè)計(jì)規(guī)范要求時(shí)，應(yīng)在樓板上設(shè)置后澆帶，使其釋放內(nèi)應(yīng)力。

5）施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按配合比進(jìn)行計(jì)量投料，控制攪拌時(shí)間及水灰比，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)砂含水量變化及原砂中含粒徑5 cm以上的礫石篩選調(diào)整施工配合比，保持混凝土強(qiáng)度及坍落度一致，防止因水及水泥用量過多而增加混凝土中多余的水分及空氣，從而產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致產(chǎn)生收縮裂縫。水泥應(yīng)選用非早強(qiáng)度型、水化熱低和質(zhì)量穩(wěn)定的普通硅酸鹽水泥，減少混凝土自身收縮。

6）大跨度樓板應(yīng)嚴(yán)格按施工規(guī)范要求進(jìn)行模板起拱。

7）嚴(yán)格控制板面負(fù)筋保護(hù)層厚度?，F(xiàn)澆板負(fù)筋按設(shè)計(jì)要求都放在板上面，有梁通過或隔斷時(shí)，一般放置在梁鋼筋上面或與梁鋼筋綁扎在一起。為了控制好負(fù)筋保護(hù)層厚度，必須采用可靠的馬凳筋或支撐方式來固定負(fù)筋的位置，并用電焊把馬凳與負(fù)筋焊牢，使馬凳在混凝土澆筑過程中不移位，保證負(fù)筋不下沉，從而有效控制負(fù)筋保護(hù)層的厚度，不使板負(fù)筋保護(hù)層過厚而產(chǎn)生裂縫。模板中線管鋪設(shè)密集處的上部及下部鋪放一層18#鋼絲網(wǎng)，寬度每邊應(yīng)大于管區(qū)100 mm為宜。

8）嚴(yán)格控制拆模時(shí)間，滿足規(guī)范要求，對(duì)于施工進(jìn)度有特殊要求時(shí)必須采取可靠措施（提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)、摻入早凝劑、增加模板套數(shù)）來予以保障。

7 結(jié)語

通過全面分析某住宅項(xiàng)目大跨度樓板產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)裂縫情況，對(duì)該裂縫產(chǎn)生的原因得出較為合理的結(jié)論，并依據(jù)裂縫成因?qū)υ摌前辶芽p采取了針對(duì)性的處理措施，同時(shí)提出了較為完善的處理措施?；诮陙眍l繁在住宅大跨度樓板產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)裂縫情況，本文得出如下結(jié)論：

1）樓板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須采取必要的構(gòu)造措施，包括樓板厚度的合理選擇、構(gòu)造鋼筋的配置等。

2）對(duì)大跨度樓板必須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程情況進(jìn)行施工模擬分項(xiàng)，并按照模擬分析可能產(chǎn)生的最大施工荷載，對(duì)該樓板進(jìn)行裂縫和撓度驗(yàn)算，保障驗(yàn)算結(jié)果能夠控制在規(guī)范要求的合理范圍。

3）施工過程中對(duì)大跨度樓板除了嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求外，必須采取嚴(yán)格措施控制樓板厚度及鋼筋保護(hù)層厚度，并根據(jù)施工規(guī)范要求進(jìn)行起拱。

4）樓板澆筑后的拆模時(shí)間必須滿足設(shè)計(jì)計(jì)算要求，并應(yīng)有效檢查結(jié)構(gòu)樓板的上表面裂縫情況，及時(shí)采取針對(duì)措施保障結(jié)構(gòu)板的安全性。

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[13] 日本混凝土工程協(xié)會(huì).混凝土工程裂縫調(diào)查及補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)規(guī)程 [M].周國(guó)鈞,牛青山,陳鳳英,譯校.北京:地震出版社,1992.