谈砌体结构裂缝原因和治理

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  [摘要]从分析砌体裂缝的原因着手谈我国目前治理裂缝现状,提出防治砌体工程中裂缝,工程管理各方协作配合问题,以期提高所建房屋的质量,并从源头上控制裂缝的产生和发展。
  [关键词]砌体结构 裂缝 温度收缩 地基沉降
  中图分类号:TU3 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2008)1010091-02
  
  一、前言
  
  砌体结构裂缝问题已经是一个普遍性的老问题了,一直困扰工程界,至今还没有一个万全之策能彻底解决这一问题。砌体结构裂缝轻者影响建筑物美观,造成渗漏水,影响房屋使用、影响房屋节能效果。重者降低建筑结构的强度、刚度、稳定和整体性、耐久性,甚至导致房屋整体倒塌。因此,需要正确分析砌体结构裂缝产生的原因,并采取有效措施减少砌体结构裂缝的产生。
  根据相关资料和文献[1-8]可知:引起砌体结构墙体裂缝的因素很多。既有地基、温度、干缩因素,也有设计上的疏忽及施工质量、材料不合格与缺乏经验等引起的裂缝,被公认的较为常见的裂缝产生原因有 4大类:一是地基不均匀沉降;二是温度收缩;三是承载力不足;四是设计不当或设计构造处理措施不当。但我认为以上四类原因均是就施工技术方面的原因,还有一个重要的原因易被忽视,那就是工程管理各方的决策和方案对砌体裂缝的产生原因不可忽视。
  
  二、下面分述各种裂缝原因和防治方法
  
  (一)地基不均匀沉降
  地基不均匀沉降而导致地基不均匀变形,在结构或构件内产生附加应力,当此附加应力超过构件的抗剪强度或抗拉强度时,就产生了裂缝。具体又分为如下几种:
  1.沉降差大引起的裂缝
  (1)产生原因:对于长高比较大的砖混结构房屋,因地基两端与中部受荷载不同,地基土的约束边界条件也不同,故产生沉降差较大,通常表现在房屋底层、纵墙两端产生斜裂缝。
  (2)防治措施:预留伸缩缝,目前,规范规定≥50m 设一道伸缩缝,但根据工程经验较为常用的是按40~45m设一道伸缩缝。构造柱及圈梁应严格按规范设置,墙宽、墙高厚比、窗间墙宽度应按规范要求进行计算确定。现浇楼面施工缝应留设在分户墙上,不允许设置于房间跨中 1/3处。
  2.遇地基突变而又没采取措施引起的房屋不均匀沉降产生的裂缝
  (1)产生原因:地基突变而又没采取措施引起不同地基上的房屋不均匀沉降而沿交接处产生强大的剪力使墙体等开裂。例如,建立在丘陵地带半石头半土地基上的房屋就容易出现不均匀沉降而产生此类裂缝。
  (2)防治措施:合理设置沉降缝 ,凡不同荷载 、长度过大、平面形状复杂,同一建筑物地基处理方法不同和有部分地下室房屋,都应从基础开始将其分隔成若干个部分,各个部分分别设置沉降缝,使其各自沉降。沉降缝宽不得少于 1Ocm,最好是三缝合一。并且同时加强上部刚度和整体性增强墙的抗剪能力。
  3.地基局部下陷引起的裂缝
  (1)产生原因:遇有房屋基础局部建于古井和防空洞上时地基可能局部塌陷而引起基础下沉产生裂缝。
  (2)防治措施:业主提供给设计院的施工场地情况、水文地质情况、市政道路排水、泄洪沟情况、预埋管线、可能有古井、防空洞的位置、走向等资料尽可能详细,以便设计院进行全面考虑,进行设计并制定处理方案,当设计中没有考虑到的情况,而施工中突然遇到时,应立即通知设计院研究处理方案,不可随意马虎想当然地处理而引起后患。
  4.地基不均匀冻胀引起的墙体裂缝
  (1)产生原因:水有零度时比重较小而体积增大的特性,故冰可以漂在水中。在北方地区房屋基础埋深不足,地基土又有冻胀性时,当地基土上层温度降到零度以下时,冻胀性土中的水就开始结冰,下部土中的水分在毛细管的作用下,不断涌进上部,上部土不断结冰形成冰晶体而膨胀隆起,一般情况下,地下水位越高,气温越低,隆起的程度越高。据有关资料介绍,冻胀力最大可达 2OOOkN/m2以上,建筑物的自重往往不足以抗拒由冻胀产生的隆起法向力,因而建筑物的局部或全部被顶了起来,地基冻胀对基础影响还有侧向冻胀力和冻剪力。因为基础埋设深度、土的冻胀性、日照及其它因素影响,基础各部位地基冻胀程度不一致,沉降不一致,所以就发生了墙体裂缝。
  (2)防治措施:遇此情况,要将基础埋深设计在冰冻线以下,如果基础两侧均是冻胀土,应在基础两侧填500mm厚的非冻胀土作为隔离层。对考虑室内有采暖条件而将冻结深度乘以折减系数的建筑物,应注意该建筑物是否在土壤冻结前交付使用。否则,要考虑施工期间没有取暖条件,实际冻结深度比计算的冻结深度深,以及自然地面标高低于设计地面的情况。①当不能把基础做到冰冻线以下时,应采取换土的措施消除土的冻胀。②基础下的垫层也可选用 3:7灰土垫层,因为 3:7灰土的密度大,含水量小,而且弹性也较好,不容易引起冻胀。③用单独基础,基础梁承担墙体重量时,基础梁下应留一定的空隙,防止因土冻胀而顶裂基础梁和墙体的发生。
  5.地基浸水、填土地基或湿陷性黄土地,局部浸水后产生不均匀沉降裂缝
  (1)产生原因:上述地基遇水后地基变软承载力下降,竖向变形加大引起不均匀沉降从而产生裂缝。
  (2)防治措施:做好房屋周围隔水排水措施工作。
  6.地下水位较高地基因排水固接引起裂缝
  (1)产生原因:位于地下水位较高的软土地基上的砌体建筑物,因临近工程人工降低地下水位使原有房屋地基排水固接产生附加沉降导致砌体开裂。
  (2)防治措施:要求制定排水方案时,考虑可能对临近地下水位较高的软土地
  基建筑的影响,在新建高层建筑具有地下室时,在建筑物周围排水时,在降水区域和原有建筑物之间的土层中应设置一道固体抗渗屏幕,较经济而常用的是采用回灌井点法。
  7.相邻建筑物的影响
  (1)产生原因:在原有密集建筑区域新建高大建筑物造成邻近建筑物产生附加沉降而开裂。
  (2)防治措施:要求制定施工方案时考虑到对原有建筑物的影响,采取不影响临近建筑地基沉降的设计方案和措施。
  (二)温度裂缝
  1.热胀裂缝
  (1)产生原因:钢筋混凝土结构与砌体结构的温度线膨胀系数分别为:1.0×10-5和0.5×10-5,即在相同温差下,混凝土构件的变形比墙体变形大一倍。当房屋顶层受太阳直接照射时间长而缺少保温措施时其温度要比墙体高的多,由此可知屋面板向外膨胀比其相连处墙体大得多,于是屋面板使其相连处墙向外推,当向外的推力大于砌体抗拉强度时则产生竖向裂缝或正八字裂缝。尤其在房屋两端表现最明显。
  2.冷缩裂缝
  (1)产生原因:仿上分析可知,在冬天寒冷的季节,如果屋面保温和隔热层不符合要求,将使钢筋混凝土层产生较大的收缩,砌体对其产生约束作用,导致在砌体内产生附加温度应力,温度应力足够大时,墙体就会产生竖向裂缝或倒八字裂缝。
  (2) 热胀与冷缩裂缝防治措施:对于以上两种情况,根据计算进行屋面保温层设计,最好在保温层上再设计架空隔热层,使屋面板和墙体之间温差不大而降低温度应力产生的附加应力,施工中避开高热和高寒季节。并在墙体易裂处设计配筋带。
  3.房屋过长又没设计伸缩缝时可能引起裂缝
  (1)产生原因:对于房屋过长又没设计伸缩缝当温度过大时可能产生贯穿房屋全高的裂缝。
   (2)防治措施:按30m左右的经验值设计伸缩缝并与沉降缝、地震缝一起考虑作为构造处理措施。
  4.寒冷北方施工时砌体可能产生裂缝
  (1)产生原因:寒冷北方地区冬季施工且不供暖时砌体受冷收缩较大,而此时地基约束其收缩,则可能造成底层窗台及其以下砌体产生斜向裂缝或竖向裂缝。
  (2)防治措施:不在较冷季节施工,必须在较冷季节施工时要有保温供暖措施并根据计算在墙体中配筋。
  (三)砌体强度不足引起的裂缝
  1.由施工或其他原因造成强度不足而产生裂缝
  (1)产生原因:由施工或其他原因造成砖和砂浆标号降低,或砖的形状不规则,或砌筑灰缝厚薄不均匀导致砌体强度不足而产生裂缝。
  (2)防治措施:应从控制砖、砂、水泥等材料质量和施工工艺入手,使用合格的原材料,配制合格的砂浆、砖施工前浇水、严格按施工工艺、施工规范和图纸要求施工,控制砌体每一道工序地施工。
  2.砌体局部受压不足引起的裂缝
  (1)产生原因:建筑设计中漏设计了混凝土梁垫块致使砌体局部受压不满足抗压强度而开裂。
  (2)防治措施:采用后加垫块或局部拆除重砌或二者兼用方法处理此类裂缝。
  3.砌体受压不足引起的裂缝
  (1)产生原因:已建好建筑盲目加层致使地基或砌体抗压强度不满足要求而开裂甚至倒塌。这种情况在管理不严的农村或城郊时常见到。
  (2)防治措施:加强管理严格建筑执法,防止此类违法行为发生,以免造成建筑隐患或重大伤人事故。
  4.改变建筑用途引起的裂缝
  (1)产生原因:改变原有建筑用途,如改变原会议室大空间为设备层,在内部放钢水箱或混凝土水箱;在原混凝土梁上砌砖墙将原来大空间分成小空间等引起原房屋结构受力改变,原结构不能承担新加内力而产生裂缝。
  (2)防治措施:轻易不要改变建筑用途,确实要改变用途,改变以前通知设计院对原建筑进行设计核算,当不能满足新改的用途时,一定要先进行加固相关构件后才能施工后面工序。
  (四)工程相关方的决策或方案对对裂缝产生的影响
  1.业主方面
  通常,人们认为施工质量是设计院和施工方和监理方的事,而忽视了业主在施工质量上所起的重要作用。比如说,由于建筑工程投资大,工期紧,业主一味催促施工速度加快的情况屡见不鲜,而为了在激烈的竞争市场获得工程项目,施工方不得不满足业主的不合理工期要求,使施工速度过快,导致裂缝产生或者埋下隐患。如某学院临近开学前几个月才决定建学生公寓,为了能尽快使用,施工方拼命干工,一周一层甚至四至五天一层,此时砌体强度没有达到设计值,而地基又受力过大快速变形,土应力调整滞后,使地基产生不均匀沉降而出现裂缝。遇此情况施工方应耐心细致向业主讲明施工速度过快的危害,业主一般都会接受合理要求同意按照科学合理方案施工。从业主来讲所提要求要科学合理,不可盲目强调工期或造价而损坏工程质量。
  2.设计方面
  设计者应改变长期以来,认为多层砌体房屋结构简单,在强度方面做必要的计算以后,对构造措施只引用国家标准或标准图集,没有对抗裂缝给予从充分考虑、足够重视。比如常见一些六七层建筑最上两层砌体砖强度由MU10降低到MU7.5,砂浆由M5.0降到M2.5,且没有相应的构造措施。此外,还应该注意设计因素考虑周全勿遗漏,例如,梁底承载力验算,梁垫增加、墙和柱长细比验算,建筑节能设计方面的要求等问题。
  3.施工方
  首先要保证所用材料优质合格,例如,砖、水泥、砂子等材料的强度、外形、含泥量等应该符合规范和设计要求。其次严格控制每道工序施工。如砂浆配合比要准确,搅拌要充分,砖夏季洇水要充分,冬季要蓄热保温避免避免冻胀裂缝发生,灰缝厚度要均匀、饱满,按规范规定留茬和墙体拉接筋。
  4.监理
  严格按照国家规范、合同、施工方案的要求监管工程施工,对于设计、施工中未考虑周全或漏掉的问题,要能及早发现,向业主设计院汇报,及早制定出解决方案。发现现场问题立即解决,对于解决不掉的,要积极汇报业主、设计院和建管部门协商解决。公平处理工程中的问题,不偏袒任何一方,任何以工程质量、工期、造价中之一为借口而否定其它条件的做法都不能予以支持。
  
  三、结论
  
  工程实践中,通常较重视前四种造成裂缝的原因及防治,而忽视第五种原因及防治,殊不知有时候,正是第五个原因恰是裂缝产生的重要原因。虽然我们分析裂缝的原因是各个分开的,但是,有时裂缝产生的原因却是我们上述分析原因的几个综合,从上述裂缝的产生原因分析和防治并结合我们多年的工程实践发现,裂缝的产生和防治远比我们所想的要复杂得多,真正防治裂缝的产生是一项系统工程,需要工程管理各方的共同协作方能奏效。
  
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  作者简介:
  苏廷志,1994年毕业于同济大学,工民建专业,2007年毕业于安徽理工大学,工程力学专业,获工学硕士学位,工程师职称,有多年建筑施工、监理和工程造价管理经验,曾去新加坡工作三年,现在浙江建设职业技术学院任教。
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