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1、工程事故案例分析 西北地區某高層綜合辦公樓，主樓為鋼筋混凝土框筒結構，地下1層，地上18層，總高度76.8m，總建筑面積36482m2。該建筑基礎為灌注群樁，地下室外墻采用300mm厚C30自防水混凝土。標高13.6m以上混凝土標號均為C40，樓板厚度120mm。 該工程于1998年6月開工，1998年9月中旬施工地下室外墻，1999年1月19日施工到結構6層梁板。該層梁板在施工的同時即發現板面出現少量不規則細微裂縫，到2月24日該層梁板底摸拆除時，發現板底出現裂縫。從滲漏水線和現場鉆芯取樣分析，裂縫均為貫通性裂縫。之后又對全樓己施工完畢的混凝土工程進行了詳察，在地下室外墻外側上部發現數條長度2、不等的豎向裂縫(其中有兩條為貫通性裂縫)。在5、6兩層核心筒的電梯井洞口上部連梁上的同一部位亦發現兩條裂縫。而在其他的柱、墻、梁、板上則未發現裂縫。 經現場實測，第6層現澆板上的裂縫均為貫通性裂縫，最大裂縫長度約4.5m(直線距離)，最大裂縫寬度0.27mm。地下室外墻豎向裂縫的最大長度約1.9m，最大裂縫寬度0.2mm，核心筒連梁上的裂縫最大長度0.3m，裂縫最大寬度約0.18mm。經過近一個月的現場連續監控，未發現以上裂縫的進一步發展和新的裂縫出現。 一、原因分析:第一，在施工的各種條件未變的情況下，從裂縫僅在六層現澆板上出現，而未在其它層現澆板上出現的事實來分析，唯一不同的是施工作業時的3、氣候變化。如前所述，該層現澆板施工時是該地區冬季最寒冷、干燥的一個時期，最高氣溫僅1，當時的最大風速7m/s，濕度僅有3040，特別是每天于21時施工完畢后，混凝土正處于初凝期，強度尚未有大的發展，作業面又沒有防風措施，導致混凝土失去水分過快，引起表面混凝土干縮，產生裂縫。根據有關資料記載，當風速為7m/s時，水分的蒸發速度為無風時的2倍；當相對濕度為30時，蒸發速度為相對濕度90時的3倍以上。假如將施工時的風速和濕度影響疊加，則可推算出此時的混凝土干燥速度為通常條件下的6倍以上。另外，從裂縫絕大多數集中在構件較薄及與外界接觸面積最大的樓板上這一現象也可證實，開裂與其使用的材料關系不大，而受氣4、象條件的影響大些。與樓板厚度接近的墻肢之所以未裂，是因為墻肢兩面都有模板，不直接受大氣的影響。由此可以基本斷定，天氣因素是導致混凝土現澆板出現干縮裂縫的主要因素。地下室外墻由于本身體積較大，又長期暴露在溫濕度變化較大的環境中，特別到了1999年1月下旬，溫度較施工時降低近30，導致混凝土溫度收縮而產生裂縫。 第二，梁板所用混凝土均為C40混凝土，而根據設計院進行的技術交底要求，梁板混凝土只要達到C30強度即可，施工單位為了施工中更容易控制墻柱的質量，統一按照C40混凝土標準進行施工，而C40混凝土的水泥用量為480kg/m3，相對于C30混凝土，單位水泥用量增加約70kg，這樣，混凝土的收縮將5、增加0.4104左右，無形中又增加了裂縫出現的可能。第三，進入冬季施工以后，混凝土中又添加了Q型防凍膏和wp_x減水劑，施工用水相對減少，混凝土強度增長較快，加劇了混凝土水分的蒸發和裂縫的發展。同時，由于天氣寒冷，擔心養護用水結冰而僅采用覆蓋雙層*簾保溫的措施也對混凝土抗裂強度的發展不利。 第四，從本工程的結構平面圖中我們可以看出，梁板結構在9、12和C、K軸線處平面發生突變，截面削弱達50以上，而且核心筒和墻肢集中處剛度非常大，對現澆板的約束較強，核心筒四角和墻肢兩端內部應力非常集中。從現澆板最初出現裂縫的位置來看，干縮裂縫首先在核心筒的四角，之后出現在板的中部，這是現澆板內部應力最集中、最6、復雜和最薄弱的部位。由于墻肢和核心筒剛度的強烈約束作用，當混凝土的收縮應力大于其抗拉強度時，裂縫便沿此位置出現、發展。本次發現核心筒連梁上出現的兩條裂縫，亦是相同因素引起的。二、混凝土結構裂縫成因: 1.材料方面。有些構件裂縫是由材料質量引發的，如水泥安定性差，兩種水泥混用，砂、石含泥量大，骨料粒徑過小，外加劑質量差或加入量過大等。 2.地基變形。當地基發生不均勻下沉時，在結構內部必然產生極大的應力。當應力超過構件抗力時，將不可避免地出現裂縫，裂縫的形狀、方向、寬度決定于地基變形的情況。 3.設計方面。構造處理不當，主次梁交合處主梁未設加強箍筋或附加吊筋；大截面梁未設腰筋；構件斷面突變或因開洞7、留槽引起應力集中等因素，均可導致構件裂縫的出現。 4.結構荷載方面。結構因承受荷載而產生裂縫的原因很多，施工中或使用中都可能出現。例如構件早期受到震傷，拆除承重模板過早，施工荷載過大，構件堆放、運輸、吊裝時，墊木或吊點位置不當，預應力張拉值過大或放張不規范等，均可能產生裂縫。較為常見的是鋼筋混凝土梁、板等受彎構件，在使用荷載作用下，出現不同程度的裂縫。早期微裂一般不易發現，規范規定有些構件允許出現寬度不大于0.3毫米的裂縫。但對裂縫寬度超過規范規定的，以及不允許出現裂縫的構件出現裂縫，則應屬于有害裂縫，須加以認真分析，慎重處理。 5.溫度應力裂縫。混凝土與一般物質一樣，具有熱脹冷縮的物理性質8、，其線膨脹系數約為110-5/，當環境溫度發生變化時，就會產生溫度變形，在構件受到約束不能自由變形時，構件內就會產生附加應力，當溫度應力超過混凝土的抗拉強度時，必將出現裂縫。常見的如現澆屋面板垂直于肋梁方向的裂縫，大體積混凝土表面裂縫、煙囪外壁的豎向裂縫等。 6.濕度變形裂縫。普通混凝土在空氣中硬結時，體積會發生收縮，由此而在構件內產生拉應力，在早期混凝土強度較低時，混凝土收縮值最大。因此，若構件早期養護不良，極易產生收縮裂縫。這類裂縫，在現澆剪力墻、水池底、壁等工程結構中最為常見。 7.徐變裂縫。結構構件在內應力的作用下，除瞬時彈性變形外，其變形值隨時間的延長而增加的現象稱為徐變變形。據文獻9、記載受彎構件由于徐變變形的作用，其長期變形值可增加23倍，因變形量加大而使拉區混凝土承受拉應力，造成裂縫的出現。預應力構件因徐變會產生較大的應力損失，降低了結構的抗裂性能。此類裂縫常見于受彎構件的拉區，其特征與承受荷載出現裂縫相同。8.施工方面。由于施工原因造成裂縫出現的因素很多。如混凝土結構養護不良或養護時間不夠；水灰比過大、水泥或外加劑加入量過大；攪拌時間不夠、振搗不實；鋼筋表面污染、保護層過小或過大；任意留置施工縫且不按規定處理；后期施工擾動前期混凝土；構件內外溫差大，未采取有效措施；在不宜施工的氣候條件下，勉強施工；冬季施工未采取防凍措施等。三、處理建議: 1. 在冬季混凝土施工中，一10、般都采取了防凍措施，而對于作業面的防風措施大多未予以高度重視。在冬季施工中，溫度的驟降往往伴隨著強烈寒流的出現，空氣異常干燥，混凝土容易產生干縮裂縫。特別是高層建筑的施工，作業面處于距地面幾十米甚至上百米的高空，風速更巨，對混凝土的影響更大，施工單位對此應予以警惕。 2. 在高層建筑的施工中，混凝土墻、柱的設計強度較高，梁、板的設計強度相對較低，施工單位為了施工方便，大多把梁、板的混凝土等級提高到與墻、柱相同，無形中提高了混凝土的收縮應力，而樓板面又較薄，與空氣的接觸面較大，更容易產生收縮。因此，在條件許可的情況下，施工單位盡量不要隨意提高混凝土等級。 3. 一般民用建筑的梁板不做抗裂設計，施11、工單位在做混凝土配合比的試配過程中，也多對強度、和易性、是否泵送、早強等方面提出要求(除非大體積混凝土)，對施工過程中的溫度收縮考慮較少，當外界數種不利因素同時發生時，配比方面的潛在影響就暴露出來了，所以，對重要建筑物，無論是否做抗裂設計，混凝土試配時應考慮這種因素。四、混凝土結構裂縫的預防措施:1.材料方面。1）水泥：根據工程條件不同，盡量選用水化熱較低、強度較高的水泥，嚴禁使用安定性不合格的水泥：2）骨料應選用粒徑適當、級配合理、無堿性反應、有害物質及含泥量符合規定的砂、石材料；3）外摻料宜摻入適量粉煤灰和減水劑等外加劑，超長建筑物或構筑物可加入微膨脹劑，以改善混凝土工作性能，降低水泥用量12、和用水量，減少收縮。 2.混凝土配料、攪拌及澆筑。1）配合比設計應盡量采有低水灰比、低水泥用量、低用水量。投料計量應準確，攪拌時間應保證；2）澆筑分層應合理，振搗應均勻、適度，不得隨意留置施工縫。 3.設計方面。1）建筑平面造型在滿足使用要求的前提下，力求簡單；控制建筑物的長高比，增強整體剛度和調整不均勻沉降的能力；2）正確設置沉降縫、變形縫，位置和寬度選擇要適當，構造要合理；3）磚混結構底層窗臺下應采用加筋砌體，洞口較寬的窗臺下宜設置鋼筋混凝土梁，以防止窗臺因地基沉降產生豎向裂縫；4）構件配筋要合理，間距要適當。斷面較大的梁應設置腰筋。大跨度、較厚的現澆板，上面中心部位宜配置構造鋼筋。主梁在13、集中應力處，宜加設抗剪鋼筋。4.施工方面。1）加強地基的檢查與驗收，復雜地基，應做補充勘探。異常地基處理必須謹慎，盡可能使其處理后的承載力與本工程正常地基承載力相同或相近；2）合理設置后澆帶，較長的墻、板、基礎等結構和主樓與裙房之間等高低層錯落處，均應設置后澆帶。具體要求可由設計單位確定；3）加強混凝土的早期養護，并適當延長養護時間，當柱、墻等構件澆水養護有困難或不能保證其表面濕潤時，應采用覆蓋保溫材料等做法，以減少混凝土的收縮變形；4）大體積混凝土施工，應做好溫度測控工作，采取有效的保溫措施，保證構件內外溫差不超過規定（25）；5）鋼筋綁扎位置要正確，保護層厚度準確，鋼筋表面應潔凈，鋼筋代換必須考慮對構件抗裂性能的影響。五、總結:裂縫是混凝土結構中普遍存在的一種現象，它的出現不僅會降低建筑物的抗滲能力，影響建筑物的使用功能，而且會引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影響建筑物的承載能力，因此要對混凝土裂縫進行認真研究、區別對待，采用合理的方法進行處理，并在施工中采取各種有效的預防措施來預防裂縫的出現和發展，保證建筑物和構件安全、穩定地工作。