針對混凝土框架結構開裂的檢測評定及處理

封 云，盧淑雯，王艷平

（中國建筑科學研究院有限公司，北京 100013）

0 引言

混凝土結構施工或使用過程中易產生裂縫，在一定程度上制約了混凝土結構的應用。裂縫產生的原因多種多樣，由于對混凝土結構裂縫的判斷不明，處理不當，會帶來許多其他方面的問題。

混凝土構件開裂后，需對裂縫性質進行判斷，對結構安全性給出評定，提出有效可行的加固方案。本文以實際工程為例，判斷裂縫產生的主要原因，給出安全性評定方法，提出加固方案，對類似工程提供參考。

1 工程概況

某混凝土框架結構廠房主體結構完工后發現混凝土梁、板存在裂縫。該樓地上共 3 層，總高度為 13.70 m，總建筑面積約 4 500 m2，設兩道伸縮縫。A～C 軸及 J～L 軸部分呈矩形，總長度約為 24 m，總寬度約為 15.7 m；D～H 軸部分呈凹字形，總長度約為 35.4 m，總寬度約為 18 m（局部 24 m）。樓面及屋面均為現澆鋼筋混凝土梁板結構。結構平面圖如圖 1 所示。

2 裂縫調查

對該結構進行裂縫調查，梁存在斜裂縫和豎向裂縫，其中梁的斜裂縫最大寬度為 1.42 mm，典型裂縫形態如圖 2 所示；在斜裂縫位置取芯發現部分斜裂縫貫通。樓板存在齊梁裂縫和無規則裂縫，部分齊梁裂縫及樓板無規則裂縫貫通。典型裂縫外觀如圖 3 所示。

3 檢測結果

圖1 結構平面圖（單位：mm）

圖2 梁典型裂縫分布圖

圖3 裂縫外觀示意圖

現場檢測工作包括混凝土抗壓強度檢測、構件截面尺寸檢測、構件鋼筋配置檢測、樓板保護層檢測［1-2］。

3.1 構件混凝土抗壓強度檢測結果

按照 JGJ/T 23－2011《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》［3］的要求，采用回彈法對混凝土梁、柱的混凝土強度進行全數檢測，混凝土梁、柱構件強度在 23.7～32.1 MPa 之間，大部分構件未達到設計強 度（C30）。

混凝土梁、板共取 7 個芯樣，強度在 19.1～45.2 MPa 之間，其中 4 個芯樣強度小于設計強度（C30）。

混凝土柱共取 10 個芯樣，強度在 19.9～46.2 MPa之間，其中 3 個芯樣強度小于設計強度（C30），強度小于設計強度的構件均位于 2 層。

3.2 混凝土構件鋼筋配置檢測結果

抽檢部分混凝土梁、板、柱鋼筋配置，混凝土構件的鋼筋配置均滿足設計要求。

3.3 混凝土構件截面尺寸檢測結果

抽檢部分混凝土梁、板、柱截面尺寸，混凝土構件截面尺寸均滿足設計要求。

3.4 樓板保護層檢測

對該結構所有樓板支座位置的上部鋼筋進行鋼筋保護層檢測，保護層厚度檢測值在 45～55 mm 之間。檢測位置鋼筋保護層設計值為 15 mm，實測鋼筋保護層厚度遠大于設計值，造成樓板支座位置承載力顯著降低。

4 裂縫產生的主要原因分析

根據裂縫特征及相關計算確定裂縫原因。通過梁的受剪承載力計算，明確梁的斜裂縫是否僅為荷載引起，按當前荷載標準組合計算時，結構抗剪承載力大于梁所受剪力，說明梁的斜裂縫與收縮等因素有關；通過樓板的開裂計算，明確樓板支座位置開裂是否僅為荷載引起，按當前荷載標準組合計算時，樓板未達到開裂彎矩，說明樓板裂縫與收縮等因素有關。

4.1 梁受剪承載力計算

根據當前齡期的混凝土強度及配筋情況，采用標準值計算結構抗剪承載力［4］。

根據目前荷載情況（其中施工荷載取 2 kN/m2），荷載采用標準值，計算梁所受剪力。計算結果如表 1 所示。

表1 梁受剪承載力計算

根據當前齡期的混凝土強度，按目前荷載工況，結構抗剪承載力大于梁所受剪力。

4.2 樓板開裂計算

通過當前齡期混凝土強度，采用標準值計算樓板支座位置的抗開裂彎矩。根據目前荷載情況（其中施工荷載取 2 kN/m2），荷載采用標準組合，計算樓板所承受彎矩。計算結果如表 2 所示。

表2 樓板開裂計算

根據當前齡期的混凝土強度，按目前荷載工況，樓板均未達到開裂彎矩。

4.3 裂縫產生的主要原因分析

根據裂縫所處位置、分布情況、形態，該類裂縫與不均勻沉降引起裂縫的特征不符；部分樓板無規則裂縫貫通，與受力裂縫特征不符；按目前荷載情況，混凝土梁的抗剪承載力仍大于梁所受剪力，樓板均未達到開裂彎矩，梁斜裂縫及樓板齊梁裂縫與非荷載性質的間接作用有關。

裂縫出現在施工完成后 1～3 個月，與混凝土收縮量較大的時間相符；通過芯樣外觀可發現混凝土內砂子含量較少，易造成混凝土收縮量大。該結構為現澆混凝土結構，混凝土的收縮變形受到制約，產生約束拉應力。

綜合以上分析，該結構產生裂縫原因為混凝土收縮與荷載效應共同作用，部分構件拉應力過大導致混凝土開裂。受彎構件開裂后，裂縫寬度與構件受拉區保護層厚度有關，樓板上部鋼筋保護層厚度過大，導致梁負彎矩位置的齊梁裂縫寬度較寬。

5 結構安全性評定及處理建議

依據設計圖紙并結合現場檢測情況進行承載力計算，構件混凝土強度采用實測值，構件截面尺寸、鋼筋配置情況及鋼材強度采用設計值。恒荷載按照設計值取值，采用 PKPM 軟件對結構進行承載力計算，結構構件承載力驗算結果如下所述。

1）根據檢測結果，支座負彎矩鋼筋的保護層厚度明顯大于設計值，混凝土強度低于設計值，造成樓板抗力下降，各層均有部分樓板承載力不滿足規范要求；

2）根據檢測結果，混凝土強度低于設計值，造成梁、柱、次梁的抗力下降，部分框架梁、柱、次梁承載力不滿足規范要求。

檢測結果顯示部分梁裂縫及樓板裂縫貫通，梁的斜裂縫影響構件的抗剪承載力，樓板貫通裂縫使用中可能發生漏水現象，影響結構使用性。混凝土開裂后，內部鋼筋容易銹蝕，影響結構耐久性。為了確保結構的可靠性需對裂縫進行處理。裂縫處理后對承載力不滿足的構件進行加固處理。

6 結構加固方案

根據檢測評定結果需對裂縫進行處理，對部分梁、柱、板進行加固，提高承載力。該項目外立面已完成，考慮拆除外立面存在實施上的困難，該結構對邊柱、邊梁的加固方案進行了創新。

6.1 裂縫加固方案

裂縫壓力注膠修補，裂縫修補后方可進行結構加固，存在斜裂縫的梁構造粘鋼加固。

6.2 柱加固方案

部分柱承載力不滿足的柱采用增大截面加固，并延至基礎［5］。中柱采用 C40 加固型細骨料灌漿料四面增大截面法加固，梁柱節點區，箍筋分解為拉鉤，單面焊 10 d；考慮到不影響已完成的外立面，邊柱、角柱采用 C40 混凝土三面加大截面，梁柱節點區，箍筋分解為拉鉤，單面焊 10 d（見圖 4）。

圖4 邊柱、角柱加固方案（單位：mm）

6.3 樓板加固方案

1～3 層頂的板面負筋保護層厚度大及板齊梁裂縫采用板面新增鋼筋混凝土疊合層加固，板底粘貼碳纖維布加固。板上疊合層 50 mm，配筋單層雙向通長，采用直徑 8 mm HRB400 鋼筋，間距 150 mm。

6.4 梁加固方案

1～3 層頂的框架梁采用 C40 混凝土增大截面加固，中間主梁采用三面增大截面。考慮到不影響已完成的外立面，四周主梁采用一面增大截面，箍筋采用開口 U 型箍穿過樓板，冷彎后焊接（見圖 5）。次梁采用粘鋼加固，鋼板強度為 Q345B（見圖 6）。

圖5 四周主梁加固方案（單位：mm）

圖6 次梁加固方案（單位：mm）

7 結語

針對框架結構梁、板產生裂縫的問題，進行了裂縫調查、混凝土強度檢測、混凝土構件尺寸檢測，混凝土構件鋼筋配置檢測及計算分析，對裂縫原因進行了系統分析研究。通過結構承載力計算結果，對結構進行評定。受現場條件限制，部分梁只能做單側加固，部分柱只能做三側加固。針對項目的特殊性，采用了有針對性的加固方案。