1. 裂縫事故描述
1.1 工程概況
西北地區(qū)某高層綜合辦公樓，主樓為鋼筋混凝土框－筒結(jié)構(gòu)，地下1層，地上18層，總高度76.8m，總建筑面積36482m2。該建筑基礎(chǔ)為灌注群樁，地下室外墻采用300mm厚C30自防水混凝土。標(biāo)高13.6m以上混凝土標(biāo)號均為C40，樓板厚度120mm，其標(biāo)準(zhǔn)層平面結(jié)構(gòu)見圖1。

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1.2 裂縫的出現(xiàn)
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(jié)構(gòu)6層梁板。該層梁板在施工的同時即發(fā)現(xiàn)板面出現(xiàn)少量不規(guī)則細(xì)微裂縫，到2月24日該層梁板底摸拆除時，發(fā)現(xiàn)板底出現(xiàn)裂縫(圖1中不規(guī)則實線所示)。從滲漏水線和現(xiàn)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(jìn)行了詳察，在地下室外墻外側(cè)上部發(fā)現(xiàn)數(shù)條長度不等的豎向裂縫(其中有兩條為貫通性裂縫)，見圖2。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(fā)現(xiàn)兩條裂縫，見圖3。而在其他的柱、墻、梁、板上則未發(fā)現(xiàn)裂縫。
1.3 裂縫描述
經(jīng)現(xiàn)場實測，第6層現(xiàn)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(jīng)過近一個月的現(xiàn)場連續(xù)監(jiān)控，未發(fā)現(xiàn)以上裂縫的進(jìn)一步發(fā)展和新的裂縫出現(xiàn)。

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圖2 地下室外墻裂縫示意


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圖3 核心筒裂縫示意

2. 事故調(diào)查
2.1 現(xiàn)場取樣和原材料調(diào)查
根據(jù)業(yè)主要求，為確認(rèn)混凝土強(qiáng)度，現(xiàn)場取24個部位作了回彈實驗，并用超聲波和鉆芯取樣進(jìn)行強(qiáng)度校正，實驗結(jié)果滿足設(shè)計強(qiáng)度要求。而從施工單位提供的各項原材料質(zhì)量證明書、復(fù)驗報告、混凝土強(qiáng)度實驗報告和現(xiàn)場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。
2.2 施工過程調(diào)查
2.2.1 工藝流程。該工程所用混凝土均為現(xiàn)場攪拌。從攪拌機(jī)直接泵送至工作面，混 凝土采用機(jī)械振搗。經(jīng)現(xiàn)場測試，攪拌站的自動計量裝置滿足混凝土配比的誤差要求，混凝土的坍落度實際控制在18cm左右。從混凝土外觀檢查，無蜂窩麻面現(xiàn)象，振搗是密實的。
2.2.2 混凝土配合比。地下室施工所用混凝土配合比無任何外加劑，不考慮外加劑的影響。而6層梁板施工時，為滿足冬季施工的需要和泵送要求，混凝土中摻加了Q型高效防凍膏和wp_x型高效減水劑，所用水泥為525R普通硅酸鹽水泥，用量為480kg/m3。以上三種材料均有不同程度的早強(qiáng)作用。從混凝土最初出現(xiàn)裂縫的情況分析，以上三種材料的綜合應(yīng)用，可能是導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)早期裂縫的原因之一。
2.2.3 施工過程。地下室在1998年9月中旬施工結(jié)束后，由于現(xiàn)場缺土，一直未予以回填(裂縫處理過后，才購?fù)粱靥?，而外墻在1999年1月以前是沒有裂縫的。地下室外墻周長176m，長期暴露在外，受環(huán)境變化的影響較大，特別是溫度變化的影響。在澆灌6層梁板混凝土的過程中，即發(fā)現(xiàn)在核心筒四角的板面上出現(xiàn)裂縫，但由于裂縫細(xì)小而未引起施工單位的重視。
2.3 氣象條件的調(diào)查
該層梁板施工時，正值該地區(qū)天氣最寒冷的一段時期，最低氣溫－10℃，最高氣溫l℃，相對濕度在30～40％之間，當(dāng)日的最大風(fēng)速為7m/s。施工中雖然采取了多種冬季施工措施，如加熱拌和用水、梁板下層采用彩膠布圍護(hù)、生火保溫等措施，但在作業(yè)面上僅采用雙層草簾覆蓋保溫而未灑水養(yǎng)護(hù)和采取防風(fēng)措施。
2.4 其他因素調(diào)查
該建筑物當(dāng)時正處于施工期間，其整體下沉量不足3mm，而且均勻沉降；該層混凝土施工10d后(春節(jié)期間息工)，其上部荷載才逐步加上：該層模板是在28d之后拆除的，并未發(fā)現(xiàn)梁板底部彎曲下沉現(xiàn)象，而且施工期間亦未受到其他震動。因此，基本可以排除其他因素(諸如支撐下沉、外力作用等)對該層梁板的影響。
3. 原因分析
在施工的各種條件未變的情況下，從裂縫僅在六層現(xiàn)澆板上出現(xiàn)，而未在其它層現(xiàn)澆板上出現(xiàn)的事實來分析，唯一不同的是施工作業(yè)時的氣候變化。如前所述，該層現(xiàn)澆板施工時是該地區(qū)冬季最寒冷、干燥的一個時期，最高氣溫僅1℃，當(dāng)時的最大風(fēng)速7m/s，濕度僅有30～40％，特別是每天于21時施工完畢后，混凝土正處于初凝期，強(qiáng)度尚未有大的發(fā)展，作業(yè)面又沒有防風(fēng)措施，導(dǎo)致混凝土失去水分過快，引起表面混凝土干縮，產(chǎn)生裂縫。根據(jù)有關(guān)資料記載，當(dāng)風(fēng)速為7m/s時，水分的蒸發(fā)速度為無風(fēng)時的2倍；當(dāng)相對濕度為30％時，蒸發(fā)速度為相對濕度90％時的3倍以上。假如將施工時的風(fēng)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(shù)集中在構(gòu)件較薄及與外界接觸面積最大的樓板上這一現(xiàn)象也可證實，開裂與其使用的材料關(guān)系不大，而受氣象條件的影響大些。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(dǎo)致混凝土現(xiàn)澆板出現(xiàn)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(huán)境中，特別到了1999年1月下旬，溫度較施工時降低近30℃，導(dǎo)致混凝土溫度收縮而產(chǎn)生裂縫。
第二，梁板所用混凝土均為C40混凝土，而根據(jù)設(shè)計院進(jìn)行的技術(shù)交底要求，梁板混凝土只要達(dá)到C30強(qiáng)度即可，施工單位為了施工中更容易控制墻柱的質(zhì)量，統(tǒng)一按照C40混凝土標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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，混凝土的收縮將增加0.4×10－4左右，無形中又增加了裂縫出現(xiàn)的可能。
第三，進(jìn)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(qiáng)度增長較快，加劇了混凝土水分的蒸發(fā)和裂縫的發(fā)展。同時，由于天氣寒冷，擔(dān)心養(yǎng)護(hù)用水結(jié)冰而僅采用覆蓋雙層草簾保溫的措施也對混凝土抗裂強(qiáng)度的發(fā)展不利。
第四，從本工程的結(jié)構(gòu)平面圖中我們可以看出，梁板結(jié)構(gòu)在9、12和C、K軸線處平面發(fā)生突變，截面削弱達(dá)50％以上，而且核心筒和墻肢集中處剛度非常大，對現(xiàn)澆板的約束較強(qiáng)，核心筒四角和墻肢兩端內(nèi)部應(yīng)力非常集中。從現(xiàn)澆板最初出現(xiàn)裂縫的位置來看，干縮裂縫首先在核心筒的四角，之后出現(xiàn)在板的中部，這是現(xiàn)澆板內(nèi)部應(yīng)力最集中、最復(fù)雜和最薄弱的部位。由于墻肢和核心筒剛度的強(qiáng)烈約束作用，當(dāng)混凝土的收縮應(yīng)力大于其抗拉強(qiáng)度時，裂縫便沿此位置出現(xiàn)、發(fā)展。本次發(fā)現(xiàn)核心筒連梁上出現(xiàn)的兩條裂縫，亦是相同因素引起的。
4. 處理辦法
經(jīng)過以上的調(diào)查分析，本樓層的結(jié)構(gòu)是安全的，梁板的承載力是滿足設(shè)計要求的。參照日本混凝土工程協(xié)會制定的《混凝土工程裂縫調(diào)查及補(bǔ)強(qiáng)加固規(guī)程》4.2.3條款之規(guī)定，小于0.3mm的裂縫無須修補(bǔ)。但考慮到本工程的重要性和業(yè)主對此問題的重視程度，同時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)。而對于地下室外墻，由于有抗?jié)B要求，則必須予以修補(bǔ)。具體修補(bǔ)措施如下：
4.1 修補(bǔ)時間
考慮到樓板混凝土的干縮和溫度收縮可能尚未完成，樓板修補(bǔ)時間確定在1999年4月中旬。地下室則必須盡快修補(bǔ)。
4.2 修補(bǔ)范圍
凡是肉眼可視、長度在800mm以上，或縫寬大于0.08mm的樓板裂縫均予以修補(bǔ)。地下室外墻裂縫悉數(shù)修補(bǔ)。
4.3 修補(bǔ)辦法
樓板基底用鋼絲刷清理干凈后，用低黏度改性環(huán)氧樹脂沿縫涂抹，寬度約100mm，自然干燥后盡快粉刷封閉。地下室外墻內(nèi)側(cè)采用上述辦法，外側(cè)沿縫涂防水油膏一道(寬約300mm)，再做氯化聚乙烯橡膠共混防水卷材一道(厚1.5mm，寬1.0m)，經(jīng)檢查合格后，必須盡快回填。
5．修補(bǔ)效果
該工程于1999年4月中旬修補(bǔ)以后，由于施工單位采取了相應(yīng)措施，未再發(fā)現(xiàn)有新的裂縫出現(xiàn)，而修補(bǔ)過的裂縫也未再發(fā)展。時隔一年，目前該工程即將投入使用，施工情況良好。由此可以斷定當(dāng)時對主要原因的分析和處理辦法是正確的。
6. 幾點建議
6.1 在冬季混凝土施工中，一般都采取了防凍措施，而對于作業(yè)面的防風(fēng)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(qiáng)烈寒流的出現(xiàn)，空氣異常干燥，混凝土容易產(chǎn)生干縮裂縫。特別是高層建筑的施工，作業(yè)面處于距地面幾十米甚至上百米的高空，風(fēng)速更巨，對混凝土的影響更大，施工單位對此應(yīng)予以警惕。
6.2 在高層建筑的施工中，混凝土墻、柱的設(shè)計強(qiáng)度較高，梁、板的設(shè)計強(qiáng)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(yīng)力，而樓板面又較薄，與空氣的接觸面較大，更容易產(chǎn)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。
6.3 一般民用建筑的梁板不做抗裂設(shè)計，施工單位在做混凝土配合比的試配過程中，也多對強(qiáng)度、和易性、是否泵送、早強(qiáng)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(dāng)外界數(shù)種不利因素同時發(fā)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(shè)計，混凝土試配時應(yīng)考慮這種因素。