某醫療建筑混凝土裂縫的原因分析和處理

林 亮

（廈門坤煌房地產開有限公司，福建 廈門 361000）

0 引言

隨著我國建設施工技術的不斷提升，對混凝土結構的質量要求也越來越高。混凝土結構未來依然會作為工民建中最常見的結構形式，但會逐漸淘汰其原本粗獷的管理和工藝，高品質、高質量、富有美感的建筑才能滿足未來人們的需求，如何提高施工質量也將成為混凝土結構中不斷創新發展的課題?；炷寥毕莸某霈F將影響房屋的耐久性和實用性，甚至會出現安全問題。裂縫產生原因多種多樣，也是施工過程中控制的難點，其主要產生的原因可分為：混凝土和易性不好，澆筑完產生離析分層現象；模板或支撐架不牢固穩定，產生局部變形或沉降；基礎不均勻沉降引起開裂；大體積現澆混凝土由于收縮和溫度應力產生裂縫；構件強度不足提前拆除支撐或超荷載等等。通過本次施工案例分析發現，在項目全過程管理中，以上問題不僅因為現場施工的管控，也可能來自前期設計階段的疏忽。

1 基本概況

本棟建筑為醫技科教綜合大樓，主要使用功能包括：醫技、科教、住院部、地下車庫等，地下2 層、地上15 層，局部裙樓1 層，總建筑面積34 500m2，建筑總高度70.35m，建筑長度96.4m，寬度43.4m。結構體系采用現澆鋼筋混凝土框架剪力墻結構，基礎為滿堂樁筏基礎，建筑抗震設防類別為乙類，所在地區抗震設防烈度為7 度，設計基本加速度為0.15g。地下室筏板板厚為1 400～1 800mm，地下室外墻厚度為300～400mm，地下室頂板板厚180～400mm。防輻射區域墻厚1 500mm、局部2 900mm，頂板厚1 700mm，局部3 000mm。該建筑大體積混凝土區域為整個地下室區域，面積3 660m2，混凝土澆筑總方量為6 600m3，外墻設計混凝土強度C35，抗滲等級為P8，墻和板同時澆筑混凝土。

2 裂縫情況

混凝土裂縫是混凝土結構在內外因素的作用下引起的物理結構變化，是由材料內部的初始缺陷、微裂拓展引起的，而裂縫是混凝土結構物承載能力、耐久性及防水性降低的主要原因，混凝土裂縫是難以避免，也是施工過程中存在的一個難點和重點。

本項目主體結構封頂后，已進入裝修階段，距離地下室混凝土澆筑時間已超過1 年，醫療設備安裝公司進場參加設備機房裝修工程時，經其專業工程師現場巡檢發現，P-CT 機房混凝土外墻存在裂縫并且滲漏明顯。經參建各方核查現場，該機房位于地下負二層，覆土埋深-9m，機房混凝土外墻除中部存在一條較長豎向裂縫，長度約3.5m，滲水現象明顯。該機房結構外墻墻體厚度300mm，底板厚度1 800mm，頂板厚度400mm，但其相鄰直線加速器機房外墻厚度為1 800mm，此處外墻截面突變，經現場混凝土實體回彈，強度約為C39～C44 之間，高于設計值C35。其余區域混凝土成型較好，未發現裂縫滲水現象，也未發現其他混凝土缺陷。

3 裂縫分類

針對裂縫產生的原因進行歸納總結，也為后續原因分析判斷奠定基礎，將混凝土裂縫大致分為以下幾種：

3.1 干縮裂縫

干縮裂縫大部分出現在混凝土養護結束后的一段期間，其收縮是無法逆轉的，其原因在于混凝土中水分蒸發而產生的干縮現象，混凝土內外水分蒸發程度不同導致變形程度差異造成的。干縮裂縫常見為淺層性的平行線狀或網狀淺細裂縫分布，寬度多在0.05～2mm 之間，大體積混凝土面層較為常見，影響因素主要有主要和混凝土的材料、施工、環境等。

3.2 塑性收縮裂縫

塑性收縮裂縫是指混凝土在凝結前，表面因失水而產生的一種收縮。一般在天氣干燥的大風天或熱天出現，裂縫多層呈中間寬，兩端細，長短不一，裂縫寬度多在1～5mm。其原因由混凝土在終凝前幾乎沒有強度或強度很小，受高溫或大風的影響，混凝土表面失水過快，造成混凝土體積急劇收縮，混凝土強度也無法抵御其本身收縮，因此產生龜裂。影響因素主要有水膠比、凝結時間、環境溫度、風速、相對濕度等。

3.3 沉降裂縫

沉降裂縫的產生是由于結構地基土質不均勻、基礎持力層土層較差，造成基礎不均勻沉降所在，多見于坡地、近沿海灘涂、河流湖泊處建筑，也有部分因模板剛度不足，模板支撐間距過大導致，使混凝土出現裂縫。裂縫多為貫穿性裂縫或深度較深，其裂縫發展方向往往和沉降有關，裂縫寬度和沉降量成一定比例，持力層土層變形沉降后，其裂縫也趨于穩定。

3.4 溫差裂縫

溫度裂縫多發在大體積混凝土表面或溫差變更較大地區的混凝土結構中。混凝土在硬化過程中，水泥水化熱產生大量的熱量，從而使混凝土內部溫度升高，甚至能到達70℃～80℃，由于混凝土的體積較大，大量的水化熱聚集在混凝土內部不易散開，導致內部溫度急劇上升，而表面散熱較快，內外溫差較大，造成收縮程度不同，裂縫多常見于混凝土使用中后期。溫差裂縫通常走向無規律，大面積結構裂縫?？v橫交錯，裂縫寬度也通常不一[1]。

3.5 荷載裂縫

主要由基礎不均勻沉降導致上部結構承擔較大應力、施工荷載超載超過設計工況下的荷載、混凝土強度尚未達到而提前拆除支撐加載等。其裂縫通常包括受彎、受剪、受扭等多種形式。受彎構件如梁板通常發生夸中，受剪構件通常發生在梁的支點附件，受扭構件如梁的裂縫通常表現為斜裂縫，裂縫的寬度和長度隨著應力大小而變大

3.6 化學反應裂縫

堿骨料反應裂縫和鋼筋銹蝕引起的裂縫是鋼筋混凝土結構中最常見化學反應引起的裂縫。混凝土拌合后會產生一些堿性離子，與活性骨料發生化學反應并吸收周圍環境中的水而體積增大，造成混凝土酥松、膨脹開裂。此類裂縫通常出現在混凝土結構使用期間，裂縫很難采取修補措施，在施工過程中應盡量避免。

4 裂縫原因

（1）查閱相關施工日志、材料進場報驗、混凝土養護方案等施工資料，并進行混凝土現場實體強度回彈檢測，混凝土強度C39～C46，混凝土進場材料合格，未發現其他混凝土缺陷?；炷翝仓r處于11 月份，氣候條件正常，當地日氣溫為16℃～31℃，故可排除混凝土材料和施工工藝問題，也可排除混凝土養護問題情況。

（2）查閱沉降觀測記錄和檢查周邊混凝土、底板情況，未發現裂縫，沉降數據均勻且在合理范圍內，鑒于該建筑基礎采用筏板加滿堂樁基形式，底板厚度達1 400～1 800mm，底板可提供很強的剛度，筏板基礎臥置于粉質黏土，土層均勻，未有淤泥等軟弱土層，故可排除為不均勻沉降所致。

（3）查閱設計圖紙，其設計外墻墻體厚度為300mm，按地下室底板和頂板兩端剛接的單向板考慮計算，豎向鋼筋采用Φ25@150，支座處附加Φ16@150，水平方向Φ12@150 構造配筋。經結構設計人員通過重新核算外墻在不同荷載工況下情況，發現存在以下問題，其右側1 800mm 厚的外墻，產生很強的剛度，完全可以作為固定支座考慮，其可作為約束以改變該外墻的受力形式，故應按雙向板考慮設計，另應考慮右側1 800mm 厚地下室外墻大體積混凝土溫度收縮時產生拉應力的影響，其水平方向的構造配筋Φ12@150 明顯偏小不足以抵抗拉應力，造成該300mm 厚外墻混凝土從中部貫穿性拉裂，應力得以釋放。

綜合分析，因此外墻并不屬于大體積混凝土、其材料和施工過程控制并無異常，其他部位混凝土未出現類似裂縫和其他缺陷，根據裂縫存在的部位和發展形態判斷，不屬于構件承載力不足造成的結構裂縫，也不屬于地基承載力不足或沉降不均勻變形造成的，不影響結構安全。其產生的原因為地下室外墻在此處截面突變，從1 800mm 厚變為300mm，大體積混凝土在硬化過程中產生較大的收縮拉應力，水平鋼筋僅按構造要求配筋，未充分考慮大體積混凝土收縮應力的補償，造成配筋不足，面對較大拉應力情況，混凝土外墻在截面較小處拉裂，故產生豎向貫穿性裂縫，基本斷定上述原因是導致該裂縫產生的根本原因。

5 裂縫處理措施

鑒于P-CT 機房處于地下二層，結構埋深大，外墻東側室外環境較復雜，附近有排水渠、排水暗管等通過、地下水水位高，機房內的設備價值昂貴、對使用環境要求高，應當全面排除隱患、確保使用功能安全。經現場參建各方討論，并結合專家意見，故采取如下措施：

（1）對外墻已發生的裂縫，先采取的環氧樹脂注漿封閉處理，沿裂縫全長壓力注射，環氧樹脂能很好起到封閉效果，并對鋼筋起到保護作用，處理后也起到較明顯的效果。

（2）鑒于外墻裂縫發現的時間較晚，其經處理后的時間有限，基于目前的氣候條件，在室外地面（緊鄰地下室外墻面附近）打孔回灌水，灌水井點間距8m 間隔設置，并設置觀察井一口，觀察水位高度不低于室外地面-0.5m，保持水位24h。通過人為加大地下水位，模擬高水位情況下，增加外墻水壓力，觀察外墻的裂縫、滲水是否開展或者還有新增。

（3）若發現裂縫處存在滲漏、裂縫顯現，則在室外地面利用回灌水井變為降水井，通過抽水降低地下室水位，減少裂縫處的地下水壓力，對裂縫采用環氧樹脂注漿封閉，以利于注漿在裂縫內飽滿。

（4）對明顯可見的裂縫，在經注漿封閉后，其內表面做二次加固處理，如：粘貼鋼板等措施。

（5）P-CT 機房外墻，經以上處理后，其內墻面再涂刷水泥基滲透結晶型防水涂料。

（6）設計單位對P-CT 機房的地下室外墻，按其實際受力支承條件以及邊界環境實際情況做承載力及正常使用極限狀態復核，以保證受力安全。

（7）使用期間做好觀測工作，施工單位應提前做好針對后續可能再次出現滲水的處理預案；包括若室內空間允許的情況下，外墻內側增加防潮隔離墻預案。

6 施工控制和常見處理方法

6.1 設計

合理布置建筑平面和立面，避免結構構件界面尺寸突變，造成應力集中。較長的建筑結構在設計時應考慮分割分段，如采用沉降縫、伸縮縫、防震縫等措施，將結構分割成若干個規則的單元，減少超長建筑帶來的混凝土收縮或不均勻沉降。

注意分布鋼筋的布置，盡量使用小直徑、排數多、間距密的鋼筋。在建筑平面有較大凹凸部位，屋面或陽臺板的陽角處，與周圍梁柱墻整體澆筑受較強約束的樓板處設置溫度鋼筋。

優先使用低強度水泥，以控制混凝土水化熱，減少混凝土塑性收縮應力。樓板、屋面板采用普通混凝土時，其強度等級不宜大于C30，基礎底板、地下室外墻不宜大于C35。

結構驗算時應充分考慮溫度應力和外墻受力模型，避免出現雙向板設計成單向板，未充分考慮溫度鋼筋的布置等。墻體的水平分布鋼筋除滿足強度計算要求外，其分布鋼筋的配筋率不應小于0.4%，間距不宜大于100mm。

6.2 施工

根據澆筑區域結構構件的類別、截面大小、鋼筋配置情況選用合適的機械和澆筑方案，一次澆筑量要使用應充分計算考慮計算，保證混凝土澆筑的連續性，也確保澆筑的混凝土均勻密實。

澆筑豎向構件時，一次澆筑的豎向高度一般每層不超過500～600mm，也要確?；炷敛环直离x析為前提，并且每次需平整后再澆筑上一層，澆筑時要確保振搗密實，使混凝土充滿各角落和端部。

當樓板構件和梁墻柱一起澆筑時，應先澆筑墻和柱子，待其密實后，使其具有一定支撐強度，再次澆筑梁和樓板，并且應先澆筑梁，再澆筑平面樓板。

由于混凝土的泌水、骨料下沉、容易產生塑性收縮裂縫，應對混凝土表面進行壓實抹光，澆筑時如果遇到高溫、太陽暴曬、大風天氣，澆筑后應立即采取防護措施，進行表面包裹覆蓋，避免發生表面硬結。

澆筑時要防止鋼筋、模板移位或變形，對于大體積混凝土，應控制入模溫度不大于30℃，澆筑完成后應控制混凝土內外溫差和表面與大氣溫差。

6.3 養護

混凝土的養護是預防混凝土開裂的主要措施，項目應結合施工時的周圍環境和氣候條件，制定專門的方案，組織專人進行養護和檢查，監理單位和建設單位也應進行例行巡檢。其時間從澆筑完成凝結后立即按照制定的方案進行保溫、保濕的養護。

澆筑完成后采用覆蓋、灑水、噴霧，或薄膜覆蓋等養護措施，保溫保濕的時間對于硅酸鹽水泥，普通硅酸鹽水泥，礦渣硅酸鹽水泥的混凝土，養護時間不少于7d，對于摻有混凝土緩凝型外加劑的混凝土，不得少于14d。

底板和樓板等平面結構構件，在混凝土收漿和抹壓后，采用塑料薄膜覆蓋，防止表面水分蒸發，后續去除塑料膜，采用麻袋布或草簾等吸水性較好的材料覆蓋于表面，用水澆透，并定期澆筑，避免水分蒸發干燥。柱墻等豎向構件，可采用保水性較好的材料澆水養護，也可用密封性較好的材料包裹，避免水分快速蒸發和干燥。

冬季施工時，不能直接向養護構件上澆筑水，應采用封閉材料保溫、保濕養護，其材料的選用應經過熱工計算確定后采用。

6.4 常見處理方法

（1）表面處理法：適用于修補對結構的承載力未造成影響和裂縫區域穩定的淺層裂縫，裂縫寬度較細，較淺，裂縫寬度小于0.3mm?？稍诹芽p處用水沖洗，然后涂刷水泥凈漿或將混凝土表面清洗干凈并干燥后涂刷改下環氧樹脂漿液、瀝青、油漆等封閉材料[2]。

（2）鑿槽填充法：適用于修補中等寬度的混凝土裂縫，裂縫寬度大于0.3mm。修補裂縫應用機械開槽或手工剔槽，鑿成“V”或“U”形，槽寬和槽深可根據裂縫深度和有利于封閉裂縫來判斷。“V”形槽適用于樹脂類填充材料，寬度和深度一般為30～60mm；“U”形槽適用于水泥砂漿類材料填充，其傷口寬度一般為50～90mm。

（3）注射法（定壓注射法）：通常采用的注射材料為低黏度的改性環氧結構膠作為修補劑，適用于0.1～1.5mm 的“靜止”或貫穿性裂縫，該方法用專用注射器以一定壓力將低黏度、高強度的混凝土裂縫修補液注入裂縫中，注入的修補液可與混凝土形成一個整體，起到封閉補強的作用。

（4）壓力灌漿法：采用送壓設備將漿液灌入混凝土內部，漿液凝結、硬化后對構件裂縫起到粘合、封閉、補強作用，恢復構件的力學作用，提高結構的耐久性。通常采用的灌漿材料有水泥和化學類，采用水泥灌入時，適用于裂縫寬度較為穩定，不再發展的裂縫，寬度大于1mm 時才能有較好的修補效果；采用化學類漿料通常采用改性環氧類漿液，選用時要根據不同裂縫寬度采用不同粘稠度，其使用于裂縫較小的修復，裂縫寬度一般大于0.3mm 以上時采用。

7 結論

混凝土裂縫問題目前依然是建設施工過程中難以控制的通病問題，目前主要通過各種施工控制措施和后期養護來處理，施工技術發展通過近幾十年的發展，已進入更新的瓶頸。但通過本項目實例分析，其裂縫產生的本質卻為設計考慮不足引起，如何不斷提高混凝土質量，建設高品質的建筑質量，是值得業界不斷思考探索的命題?，F階段，在不斷提高施工工藝水平和新技術、新材料的同時，也應該充分發散思維，全面考慮，通過設計技術創新不斷提高房屋施工技術，以適應未來發展趨勢。