杨 青 杨国兵

(1.滁州学院土木与建筑工程学院，安徽 滁州 239000； 2.安徽滁州技师学院，安徽 滁州 239000)

1 概述

裂缝是混凝土结构与生俱来的伴随现象，正如一位德高望重的施工专家所言：“我一生都在与混凝土打交道，一生都在与裂缝作斗争”[1]。混凝土结构裂缝虽然极其常见，但不能影响结构的使用功能和降低耐久性，如果由此对结构的安全性造成隐患，就更应该引起我们的警觉，所以我们应该对裂缝的形成原因与发展趋势，给予合理分析与判断。混凝土结构产生裂缝的原因十分复杂，有自身材料因素的，如混凝土掺合料问题、混凝土收缩、碱骨料反应、水化热等原因产生的；有使用环境变化的，如火灾、内部钢筋锈蚀、酸盐化学腐蚀等产生的；有施工原因如混凝土浇筑速度过快、振捣不充分、施工缝设置不当、混凝土保护层严重不足、模板支撑变形、模板下沉等；还与构件所受外力相关(如实际所受作用超出构件承载力)，大多数情况可能兼而有之。本文通过实例对典型受力构件的关键部位进行力学分析，探讨裂缝是否在发出“求救信号”。

2 工程背景

某市经开区多层现浇框架结构厂房工程[2]，框架边柱间距9 m，主体梁板柱结构施工已完毕，外墙砌筑在框架边柱悬挑梁2 500 mm端处的连续梁200 mm×650 mm上，该悬臂梁尺寸为250 mm×700 mm，混凝土强度等级C20，底外墙采用180 mm厚黏土砖3.9 m高(M5混合砂浆)，与上层框架梁底顶紧(连接)，砌筑后一月余，发现该外墙顶部出现一道水平裂缝，平均缝宽8 mm，且已出现明显亮缝伴有外倾现象(平均5 mm左右)，起初施工单位自己发现，怀疑可能是工期较紧，最近新进工人技能不过关，该边墙砌筑时没有严格规范操作，导致边墙墙体垂直度发生偏差所致，为了确保墙体砌筑质量，不给工程造成安全隐患，进行拆除重砌(第一次)。不料两个月后，“旧情”复发，自行挖开悬臂地梁进行查看，未发现裂缝，于是又拆除重砌(第二次)。又过三个月，等厂房底层混凝土地面浇筑后，老问题又出现了，这次情况更为严重，框架外墙下沉，造成墙顶裂缝平均宽度达11 mm，外倾9 mm，见图1。监理单位巡视发现后，立即下达工程(质量整改)监理通知单，要求施工单位查找原因并给出处理方案。

3 现场勘查

这种情况显然不是砌筑质量引起的，该裂缝必定是与结构异常变形相关，引起监理、建设和设计单位的高度重视，施工单位聘请行业几名专家进行现场“会诊”，砌体发生如此“形变”自然与支撑砌体的地下结构有关，再行拆除(第三次)，发现墙下设连续梁，经现场仔细观察，该连续梁并没有发现裂缝。专家分析，问题极有可能出在支撑连续梁的悬臂梁根部(此处弯矩和剪力最大)，再行挖出悬臂梁，竟然在柱与悬臂梁根部顶面没有发现裂缝，但却在悬臂梁中部顶发现几条不同形状的U形裂缝，达6 mm～8 mm。

4 力学验算

查阅图纸，该悬臂梁尺寸为250 mm×700 mm，受弯纵向受力钢筋实配(3Φ18+3Φ18)，两排，箍筋Φ10@150，混凝土强度等级C25，是否结构设计出了什么问题，下面依据文献[3][4]进行抗弯复核计算如下(本案悬臂梁抗剪强度足够，计算未展开)。

悬臂梁计算简图如图2所示。

连续梁自重标准值：

0.20×0.65×25=3.25 kN/m。

连续梁上墙体(3 900高180 mm厚黏土砖)自重标准值：

18×0.18×3.9=12.64 kN/m。

作用在连续梁上线荷载设计值为：

q边梁设=(12.64+3.25)×1.35=21.45 kN/m。

多跨连续梁作用于悬臂梁端的集中力设计值为：

F=V=(0.6+0.55)gln=1.15×21.45×9=222 kN(多跨连续梁支座左右剪力)。

悬臂梁自重标准值及设计值：q标=0.25×0.7×25=4.375 kN/m,q设=1.35×4.375=5.9 kN/m。

悬臂梁抗弯承载力：

原设计柱与悬臂梁(bh=250 mm×700 mm,C20,fc=9.6 N/mm2)根部：

Mu1=α1fcbh012ζ(1-0.5ζ)=1.0×9.6×250×6402×

0.297 7×(1-0.5×0.297 7)=249 kN·m。

悬臂梁实际控制截面处：

Mu2=α1fcbh022ζ(1-0.5ζ)=1.0×9.6×250×6652×

0.143 2×(1-0.5×0.143 2)=141.1 kN·m。

如“扩大截面”为450 mm×1 000 mm，受拉区配5Φ20(As=1 570 mm2)其抗弯承载力计算：

Mu3=α1fcb1h032ζ(1-0.5ζ)=1.0×9.6×450×9652×

0.113×(1-0.5×0.113)=428.9 kN·m。

外墙外倾与墙体稳定性有关，外墙顶端脱离上层梁后由铰支变为自由端，墙体计算高度增加1倍，实际高厚比比原高厚比增加1倍，悬臂梁端部下挠加剧造成变形后墙体外倾。

5 现场查验与结论

现场对悬臂梁混凝土强度回弹检测，结论是：混凝土实际强度达到C20设计强度。凿开悬臂梁与柱连接根部保护层，露出纵向受力负筋，发现钢筋型号、根数、位置与图纸(3Φ18+3Φ18)吻合。这就证明了在柱与悬臂梁部位结构抗力大于荷载效应值，况且由于该处之下有桩承台支撑，没有出现受拉裂缝是在意料之中。再在裂缝处开凿，第一排钢筋是3Φ18，再往下竟然没有钢筋(见图3)。

原来是第二排钢筋消失了，是施工人员的“创作”，如此裂缝处构件的抗拉承载力(3Φ18)明显低于该处截面的弯矩设计值(Mu2=141.1 kN·m

6 事故处理

针对现场事故原因，根据工程现实条件与经济原因，决定采用植筋加固处理(见图4)。

1)要求施工单位根据专家意见(专家签字)编制事故处理方案，报监理单位审批后实施。

2)凿毛原悬臂梁，剔除松动的石子，用清水冲洗。

3)用环氧树脂压力注浆对原有裂缝进行处理，使裂缝“愈合”。

4)聘请有植筋资质单位的专业人员，在原悬臂梁顶上200 mm厚混凝土植筋5Φ20(植入长度300 mm)，下端100 mm厚混凝土植筋5Φ16(植入长度160 mm)，并随后按规范要求进行现场拉拔试验，确保植筋符合受拉钢筋达到抗拉强度设计值规定。

5)在原悬臂梁构件实体上进行“扩大截面”，使原截面250 mm×700 mm变为450 mm×1 000 mm。箍筋按“新截面”重新依原设计设置，严格隐蔽工程验收，采用比原设计提高一个强度等级(C25)浇筑混凝土(考虑新旧混凝土结合带来强度降低，实际仍按C20强度参数计算)。

6)加强新浇筑混凝土养护，使混凝土强度达到设计值，经监理单位验收合格后，方可进行后期墙体砌筑。

经近5年观测，该部位墙体未见裂缝，说明工程事故处理成功。

7 结语

混凝土裂缝会直接导致结构劣化，关于混凝土劣化程度判定与分类，日本在1999年对全国混凝土结构物进行调查，结论是1964年—1974年期间的大规模建设造成的诸多混凝土劣化现象是由于施工速度过快，不追求精品质量而造成的。我国近20年来的大兴土木，建设规模和速度堪称世界一流，城市高架桥、国家高速公路桥、高铁架桥、隧道支护和高层高跨建筑如雨后春笋般不断涌现，美好乡村建设、城市化进程导致的混凝土用量占全球总量的50%以上，很多工程，特别是稍早一些的工程都因为赶工期而“速成”，有人预测今后20年或更长一段时间内，我国用于处理混凝土劣化现象所投入的费用将是一笔很可观的数目，因此，注重混凝土裂缝出现与发展，辨别有害裂缝并实时处理，对保证结构正常使用年限的安全与耐久至关重要。