超高層建筑中混凝土樓板裂縫產(chǎn)生原因
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摘要：文中以上海白玉蘭廣場為例，分析超高層建筑中混凝土樓板裂縫產(chǎn)生的原因，并提出具體的措施。
關(guān)鍵詞：超高層；建筑裂縫；裂縫處理
1工程概況
上海白玉蘭廣場位于上海市虹口區(qū)，地處北外灘核心金融圈，該項(xiàng)目占地面積為56hm2，建筑面積約為4.2萬m2，其中地下建筑面積約為1.6萬m2、地上建筑面積約2.6萬m2，包括兩棟超高層建筑及其配套措施。辦公塔樓高320m,共69層，特設(shè)68F觀光樓層，頂層設(shè)有直升機(jī)停機(jī)坪，酒店塔樓層高172m，共40層，屬于超五星酒店，是一個(gè)集商業(yè)、辦公為一體的大型綜合商業(yè)體。廣場為經(jīng)典鋼框混凝土核心筒結(jié)構(gòu)，外框有抗側(cè)力體系。鋼筋混凝土核心筒較小,鋼梁和型鋼混凝土柱組成的外圍抗彎框架面積較大,除三道伸臂鋼桁架及帶狀鋼桁架形成的加強(qiáng)層外，普通樓層高為4.5m。普通樓層采用鋼結(jié)構(gòu)組合樓板，鋼梁上鋪壓型鋼板選擇閉口型壓型板，型號(hào)為YXB65-185-555B，板厚為150mm。次梁間距為3.0~3.3m,加強(qiáng)層采用鋼筋桁架模板組合結(jié)構(gòu)，板厚為155mm。
2裂縫概況
酒店地上主體結(jié)構(gòu)自2011年4月正式開始施工，目前核芯筒結(jié)構(gòu)已施工至39M層，外框鋼結(jié)構(gòu)也已施工至39M層，外框樓板混凝土施工已至33層。在酒店外框樓板區(qū)域陸續(xù)出現(xiàn)了長度、寬度、深度不一的裂縫。通過對(duì)現(xiàn)場實(shí)地觀測，裂縫最寬處0.5mm，最長處有8m，有部分樓板為貫通裂縫，且有繼續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)。
2.1檢測過程
由于本工程樓板裂縫較多，本次檢測每層抽取3條最具代表性的裂縫進(jìn)行。共檢測21個(gè)部位，其中裂縫中位于梁頂?shù)挠?-2，7-3，7夾-1，8-2，8-3，9-2，9-3，10-1，10-3，12-2，13-2，14-3，15-1，15-2，15-3，16-2，16-3，17-2，17-3，其余位于跨中。
2.2結(jié)果分析
經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)地的檢查分析發(fā)現(xiàn)2~21層（含7夾層）壓型鋼板混凝土樓板裂縫較多，裂縫寬度介于0.3~0.5mm的，共計(jì)20條；介于0.6~1.0mm的，共計(jì)28條；介于1.1~1.5mm的，共計(jì)10條；介于1.6~2.0mm的，共計(jì)1條；介于2.1~2.5mm的，共計(jì)3條；介于2.6~2.7mm的，共計(jì)1條。（1）本項(xiàng)目采用鉆芯取樣14組（9層9個(gè)，12層5個(gè)），其中高度大于80mm的芯樣6個(gè)，可將其切割加工成芯樣試件，其余8個(gè)芯樣因鉆到鋼筋或鋼承板的板肋上，芯樣高度不足75mm，不能加工成芯樣試件測其抗壓強(qiáng)度。但這8個(gè)芯樣可表達(dá)出的信息見表1。①混凝土樓板厚度設(shè)計(jì)值為125mm，有6個(gè)芯樣鉆在鋼承板的肋上：a.12-A處板肋上混凝土樓板厚度78mm；b.12-B處附近板肋上混凝土樓板厚度63mm；c.9-2處板肋上混凝土樓板厚度44mm；d.9-3處板肋上混凝土樓板厚度65mm；e.9-E處板肋上混凝土樓板厚度61mm；f.9-C處附件板肋上混凝土樓板厚度62mm。上述6個(gè)芯樣其鋼承板肋上的混凝土厚度值，加上鋼承板肋的高度65mm反映了混凝土現(xiàn)澆樓板的實(shí)際厚度值。②混凝土碳化深度為4~6mm，局部為8mm。③鋼筋保護(hù)層尺量厚度。（2）因項(xiàng)目部已對(duì)檢測的全部裂縫進(jìn)行了表面修補(bǔ)，在對(duì)混凝土裂縫深度進(jìn)行超聲波檢測前，必須用鋼刷對(duì)修補(bǔ)過的表層做進(jìn)一步清理。清理過程中，發(fā)現(xiàn)很多層樓面，如9層，等混凝土表層的浮漿較厚，起灰較多。（3）混凝土裂縫成因分析：①在前述檢測的基礎(chǔ)上，反映出的主要問題是混凝土的鋼筋保護(hù)層過大，該工程的樓板厚度為125mm，設(shè)計(jì)鋼筋保護(hù)層厚度為15mm，根據(jù)GB50204-2002《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》，其合格的保護(hù)層厚度應(yīng)在10~23mm之間，合格率應(yīng)達(dá)到90%以上，而本工程板面保護(hù)層合格率僅為4%，檢測結(jié)果表明，其施工部分鋼筋下沉導(dǎo)致保護(hù)層超標(biāo)。當(dāng)鋼筋保護(hù)層偏大嚴(yán)重時(shí)，鋼梁上的負(fù)彎矩鋼筋的作用將大大減弱，許多裂縫例如：7-2，7-3，7夾-1，8-2，8-3，9-2，9-3，10-1，10-3，12-2，13-2，14-3，15-1，15-2，15-3，16-2，16-3，17-2，17-3等沿鋼梁軸線方向開裂；②對(duì)8~23層圖紙中局部組合樓板進(jìn)行驗(yàn)算，其配筋滿足使用要求，但由于板面的分布鋼筋及部分負(fù)彎矩鋼筋使用了HPB235直徑6mm和8mm鋼筋，在施工中容易因工人的踩踏而變形，導(dǎo)致鋼筋保護(hù)層厚度過大；③在某些樓層的樓面上，發(fā)現(xiàn)很多鋼筋的印痕，可能是該樓層的混凝土還沒有達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，就有鋼筋堆放所致。堆放鋼筋的數(shù)量和重量未知。本工程采用型號(hào)為YXB65—185—555（B）的鋼承板，該型號(hào)的鋼承板厚度為0.75mm，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C30。當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到30MPa時(shí)，能滿足設(shè)計(jì)使用要求，但在混凝土強(qiáng)度還沒有達(dá)標(biāo)時(shí)，在混凝土成型后的養(yǎng)護(hù)期內(nèi)，過早開展下道工序，產(chǎn)生的應(yīng)力或振動(dòng)均不利于混凝土強(qiáng)度的正常發(fā)展；④部分樓層混凝土厚度沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求，如裂縫9-2部位，鋼承板肋上混凝土厚度44mm，鋼承板肋的高度65mm，即該部位樓板的混凝土厚度大約為109mm；⑤混凝土表層（尤其是客房的廁所位置）浮漿較多，用鋼刷處理時(shí)起灰嚴(yán)重，這和混凝土的配合比以及混凝土成型后的濕水養(yǎng)護(hù)措施有關(guān)。
2.3檢測結(jié)論及處理建議
本工程混凝土裂縫對(duì)建筑物安全性無明顯影響。從其試驗(yàn)結(jié)果可看出，混凝土樓板厚度設(shè)計(jì)值為125mm，但部分樓板實(shí)際厚度在60~80mm，再者設(shè)計(jì)鋼筋保護(hù)層厚度為15mm，合格率應(yīng)達(dá)到90%，而根據(jù)檢測結(jié)果，其混凝土樓板保護(hù)層厚度合格率在4%。鑒于7層（夾層）的混凝土裂縫相對(duì)比較少，該層的樓板剛度較其它層好（混凝土板厚200mm），建議選用0.75mm厚度以上型號(hào)的鋼承板，可增加樓板的整體剛度。另外，對(duì)于分布鋼筋及負(fù)彎矩鋼筋，建議使用HRB335以上鋼筋。對(duì)裂縫的修補(bǔ)應(yīng)著重防漏水處理，可選用成熟的玻璃纖維黏結(jié)技術(shù)修復(fù)。
3裂縫產(chǎn)生的原因
本工程裂縫大多在澆筑完成一周后產(chǎn)生，項(xiàng)目部及設(shè)計(jì)院根據(jù)該裂縫分析報(bào)告分析，主要原因有：溫差裂縫、重應(yīng)力分布裂縫樓板整體剛度不足等。本工程為超高層建筑，在酒店外框樓板施工時(shí)，在不同樓層出現(xiàn)了長度、寬度、深度不一的裂縫，通過對(duì)現(xiàn)場實(shí)地觀察統(tǒng)計(jì)，裂縫最寬處為2.6~2.7mm，最長處有8m，有部分樓板為貫通裂縫，且有繼續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)。經(jīng)過專業(yè)機(jī)構(gòu)檢測分析，推測本工程裂縫產(chǎn)生的原因大致有以下幾方面。
3.1設(shè)計(jì)因素
（1）設(shè)計(jì)時(shí)采用的承重板件，厚度過小，導(dǎo)致澆筑完成的樓板剛度不足，板中受拉鋼筋及受壓混凝土應(yīng)力增大，部分結(jié)構(gòu)樓板出現(xiàn)貫穿裂縫。（2）混凝土抗裂強(qiáng)度指標(biāo)偏小。（3）本工程采用壓型鋼板，型號(hào)為YXB65-185-555B，板厚為150mm，此種設(shè)計(jì)將導(dǎo)致混凝土樓板板底鋼筋只能采用單向布置，從而導(dǎo)致樓板剛度不足。（4）鋼承板橫向不受約束或約束較小。（5）混凝土澆筑過程中鋼承板變形較大，導(dǎo)致剛度不足。（6）除6層、7層、7夾層板面受力鋼筋拉通配置外，其余樓層板面配筋未按拉通配置。（7）設(shè)計(jì)圖紙說明中注明壓型鋼板下無需設(shè)置支撐，由于砼自重及其他施工荷載可能導(dǎo)致混凝土樓板產(chǎn)生裂縫。
3.2施工因素
（1）樓板混凝土澆搗施工過程中需接駁砼管，砼管自重及澆搗時(shí)產(chǎn)生的震動(dòng)對(duì)樓板面層鋼筋的壓迫及施工過程中工人踩踏組合樓板支座鋼筋及分布筋，造成樓板面層鋼筋被壓低，且未及時(shí)修復(fù)，造成部分樓板保護(hù)層厚度過大，易產(chǎn)生裂縫。（2）混凝土澆搗施工時(shí)未對(duì)樓板采取排架支護(hù)措施，受樓板自重影響所產(chǎn)生裂縫。（3）混凝土澆搗后養(yǎng)護(hù)工作存在不足：①氣溫較低時(shí)，完成澆搗后未對(duì)樓板面進(jìn)行塑料薄膜或者麻袋覆蓋的保溫養(yǎng)護(hù)；②氣溫較高時(shí)，樓層施工面高度較高時(shí)，未采取足夠的澆水養(yǎng)護(hù)措施，由于水化熱及風(fēng)力作用將水分蒸發(fā)，導(dǎo)致產(chǎn)生裂縫。（4）樓板混凝土在振搗處理時(shí)，表面砼中骨料的坍落導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。（5）在混凝土初凝階段，由于工人操作不到位，加振磨面不足，使表面混凝土的粗骨料坍落，從而導(dǎo)致樓板中混凝土級(jí)配不均，易促使樓板裂縫的產(chǎn)生。（6）在超高層建筑混凝土澆筑過程中，混凝土泵送困難，為了解決混凝土泵送問題，調(diào)整了其配合比，致使砼坍落度、水灰比增大，易出現(xiàn)樓板裂縫。（7）施工單位對(duì)壓型鋼板在施工階段強(qiáng)度及變形驗(yàn)算不足。
4裂縫處理措施
在對(duì)以上問題產(chǎn)生原因進(jìn)行深層次的分析后，在本工程后續(xù)的混凝土施工提出以下措施：（1）對(duì)已經(jīng)產(chǎn)生的裂縫的處理措施［1］：①表面修補(bǔ)法：最常見的樓板混凝土裂縫處理措施，僅針對(duì)未對(duì)建筑的承載力產(chǎn)生影響的裂縫。采用機(jī)械或手工的方式將修補(bǔ)材料涂抹于裂縫表面，使其表面形成一個(gè)封閉的空間。具體施工流程為：表面刷毛→清理污面→清水沖洗→干燥→環(huán)氧膠泥嵌補(bǔ)→合適材料修復(fù)；②填實(shí)密封法：又稱為鑿槽法，對(duì)于構(gòu)件中縫寬0.1~0.2mm的裂縫，若發(fā)展不深時(shí)用手工在構(gòu)件表面沿裂縫走向鑿出槽深和槽寬分別不小于15mm和10mm的槽，形狀呈三角形或矩形，清除灰土、碎屑及松動(dòng)石子，清水沖洗，表面干燥后用環(huán)氧膠泥進(jìn)行充填，并用纖維復(fù)合材料封閉其表面；③高壓灌漿法：壓力灌漿法可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)方法中開槽封堵埋塑料管，用手壓泵漿或者針筒推漿壓力不足的缺陷。高壓灌漿法利用其高壓的特點(diǎn)，將修補(bǔ)漿液灌入裂縫深處，對(duì)裂縫進(jìn)行黏合、補(bǔ)強(qiáng)。對(duì)于裂縫寬度大于0.2mm或長度貫穿全梁的裂縫用環(huán)氧液注漿補(bǔ)強(qiáng)，表面用環(huán)氧膠泥密封。主要施工流程：裂縫調(diào)查→基層處理→封閉裂縫→密封檢查→配制漿液→灌漿→拆除底座恢復(fù)原狀；④結(jié)構(gòu)加固法：當(dāng)其裂縫影響到結(jié)構(gòu)的整體性時(shí)，對(duì)樓板采用靜載試驗(yàn)，檢驗(yàn)其安全可靠性，在必要的時(shí)候，在樓板上增做鋼筋網(wǎng)片，增強(qiáng)其樓板強(qiáng)度。或者在板面采用粘貼碳纖維布粘貼，讓其形成井字形，間距等長等寬。由于本工程裂縫未影響其整體結(jié)構(gòu)，裂縫寬度大多分布在0.3~1.0mm，故在裂縫處理的過程中，主要采用：表面修補(bǔ)法、填實(shí)密封法及高壓灌漿法。（2）對(duì)類似項(xiàng)目樓板的施工建議［2］：①控制被澆筑樓板保護(hù)層厚度。綁鋼筋前，先設(shè)置砼墊塊或工程塑料墊片等剛性材料，使鋼筋鋪設(shè)在正確位置，保障保護(hù)層厚度符合設(shè)計(jì)要求。另外，采用高于樓板面的防踩踏專設(shè)施工通道，緩解鋼筋被踩塌的問題；②在混凝土強(qiáng)度未達(dá)標(biāo)時(shí)，不宜過早開展下道工序，否則易產(chǎn)生應(yīng)力或振動(dòng)，不利于混凝土強(qiáng)度的正常發(fā)展。在混凝土養(yǎng)護(hù)期內(nèi)，不宜上人或堆放材料；③加強(qiáng)施工現(xiàn)場管理，在混凝土澆筑時(shí)，安排專門監(jiān)理人員旁站監(jiān)督施工，確?；炷翗前搴穸冗_(dá)到設(shè)計(jì)要求；④優(yōu)化混凝土配合比及后期養(yǎng)護(hù)措施，減少浮漿現(xiàn)象。（3）對(duì)類似項(xiàng)目樓板的設(shè)計(jì)建議［3］：在設(shè)計(jì)超高層樓板時(shí)，需提高混凝土結(jié)構(gòu)樓板的抗裂性能，充分考慮其保護(hù)層厚度，需適當(dāng)增加配筋，配筋率控制在0.3%~0.5%之間。對(duì)于應(yīng)力集中之處，應(yīng)采取相應(yīng)的加固措施，防止結(jié)構(gòu)發(fā)生突變。同時(shí)，對(duì)可能出現(xiàn)裂縫的部位，增加暗梁構(gòu)造，提高其配筋率，可有效降低其裂縫產(chǎn)生的可能性。合理設(shè)置后澆帶，在設(shè)計(jì)說明中需注明保留時(shí)間要在60d以上，對(duì)于設(shè)計(jì)未考慮之處，施工過程中預(yù)留合理的施工時(shí)間。
5結(jié)語
北外灘白玉蘭廣場作為浦西的第一高樓，自開建以來就受到外界的廣泛關(guān)注，其工程質(zhì)量問題不容忽視。施工期間，對(duì)已產(chǎn)生的裂縫及后續(xù)施工采取了積極有效的處理措施，確保了工程質(zhì)量。該工程在完工后，獲得了魯班獎(jiǎng)、白玉蘭獎(jiǎng)等重大獎(jiǎng)項(xiàng)，產(chǎn)生了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。文中裂縫處理措施作為本工程后續(xù)施工的現(xiàn)場指導(dǎo)依據(jù)，從裂縫產(chǎn)生的原因到后續(xù)處理進(jìn)行了詳盡說明，為以后同類工程提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。
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作者:郝陳棟 單位:上海昊元資產(chǎn)經(jīng)營管理有限公司