建筑工程裂缝及其成因分析
[简介]： 本文对地基基础与上部结构共同工作中出现的质量事故进行了分析，以及通过实论证了三者之间的共同作用是地基勘察、工程设计和施工中不可缺少的关键因素。
[关键字]：地基基础，上部结构，共同作用，裂缝
地基与基础质量，对建筑物的安全使用和耐久性影响甚大。基础或地基的质量事故，常常带来地面的塌陷、各种梁的拉裂、墙体开裂、柱子倾斜等。轻则使人对建筑有不安全感，重则影响建筑物的使用，甚至于危及人们的生命。
据有关单位对43起房屋过大不均匀沉降原因调查分析得知，属于设计不周者占21％，属于施工问题者占70％，属于使用单位管理不善者占9％。由此可见，尽管事故产生的原因是多方面的，而注意施工质量，则是避免事故发生的重要措施。 现浇钢筋混凝土结构由于多方面原因往往会出现一些裂缝，因此，鉴别裂缝、分析裂缝、控制裂缝的产生和发展，并对裂缝的产生进行有效的防治，对保证混凝土结构的整体性及正常使用具有重要的意义。
外荷载引起的裂缝： 外荷载作用下产生的结构裂缝一般具有很强的规律性 ，通过计算分析就可以读出正确的结论。如：矩形楼板板面裂缝成环状，沿框架梁分布，板底裂缝成十字或米字集中于跨中；转角阳台或挑檐板裂缝位于板面起始于墙板交界以角点为中心成米字形向外延伸。受力裂缝，其裂缝与荷载有关，预示结构承载力可能不足或存在严重问题。 温度收缩裂缝：温度收缩裂缝是一种建筑最常见的裂缝，主要是由于结构的温度变形及材料的收缩变形受阻及应力超标所致。现浇板收缩裂缝主要集中在房屋的中部和房屋四周阳角处，裂缝成枣核状止于梁边。房屋四周阳角处的房间在离开阳角１米左右，即在楼板的分离式配筋的负弯矩筋以及角部放射筋未端或外侧发生４５度左右的楼地面斜角裂缝。其原因主要是砼的收缩特性和温差双重作用所引起的，并且愈靠近屋面处的楼层裂缝往往愈大。从设计角度看，现行设计规范侧重于按强度考虑，未充分按温差和混凝土收缩特性等多种因素作综合考虑，配筋量因而达不到要求。而房屋的四周阳角由于受到纵、横二个方向剪力墙或刚度相对较大的楼面梁约束，限制了楼面板砼的自由变形，因此在温差和砼收缩变化时，板面在配筋薄弱处（即在分离式配筋的负弯矩筋和放射筋的未端结束处）首先开裂，产生４５度左右的斜角裂缝。虽然楼地面斜角裂缝对结构安全使用没有影响，但在有水的情况下会发生渗漏，影响正常使用。
地基不均匀沉降产生的裂缝：由于地基沉降不均匀使上部结构产生附加应力，导致楼板裂缝。不均匀沉降产生的裂缝多属贯穿性裂缝，其走向与沉降情况有关。
使用商品混凝土引起的收缩裂缝：商品混凝土由于采用泵送，混凝土的流动性要好，因此一般商品混凝土的坍落度都较大，水灰比较大，如保证水灰比则要增加水泥用量，这样就使混凝土在硬化阶段出现收缩裂缝。裂缝的产生大多在砼浇筑初期，即浇捣后4～6小时左右，裂缝形状不规则且长短不一，互不连贯，产生裂缝部分大多为水泥浮浆层和砂浆层。有于砼坍落度偏大，表面经过振捣形成一层水泥含量较多，收缩性较大的水泥浮浆层及砂浆层一方面由于砼初凝时表面游离水分蒸发过快产生急剧的体积收缩，而此时砼早期强度较低(面层为砂浆层 强度更低)，不能抵抗这种变形应力而导致砼表面开裂，另一方面由于面层浮浆或砂浆的收 缩值比基层砼大许多，而造成变形值不同导致面层开裂。
一,裂缝的成因极其形势
无论是设计不周，还是施工中没认真验槽和钎探使建筑物建造在软硬截然不同的两个地段上，都会使地基产生不均匀的沉降，沉降较大与沉降较小部位之间，出现了相对位移。位移的结果是使上部结构出现与地面呈45。左右夹角的裂缝。
体形复杂的建筑物，没有按设计规范设置合理的沉降缝，或因施工造成沉降缝被杂物堵塞，都会造成墙体的开裂。
下面我们根据裂缝的形式来分析其产生的原因及其防止的方法。
1．墙身特别是顶层出现“八”字形缝，有时出现倒“八”字形缝。
以上两种裂缝中，对于“八”字形裂缝，一般由于建筑物两端沉降较大，中部沉降较小的原因所致；对于倒“八”字形裂缝，一般则由于建筑物的中间沉降较大，而两端沉降较小所致。
2．顶层墙身的水平缝，一般在平顶的檐口或圈梁下2~3皮砖的灰缝中。通常在外墙顶部，两端较严重，有时位于房屋的四角，出现抱角缝。四角处缝最大，中间逐渐减小。 以上两种形式的裂缝产生的原因主要是温度变化或地基不均匀变形。其防治方法是： 提高砂浆强度；提高砌筑质量；在易裂处设置水平钢筋；顶层采用保温层；合理的设置温度缝等。
3．窗间墙两对角处出现水平裂缝，一般成对出现。
产生原因主要是地基不均匀变形或沉降缝处理不当，沉降单元被顶住后，最易产生这种裂缝。
4．发生在窗间墙、窗台墙、内墙或外墙上的斜裂缝（图3）。大部分裂缝是通过窗口的两对角，在紧靠窗口处缝宽较大，向两边和上下逐渐缩小。产生的主要原因是由于地基不均匀变形，墙身受较大的剪力，造成了砌体受主拉应力的破坏。裂缝往往是由沉降较大的一边逐渐向上发展。
5．发生在纵墙的顶部或底层窗台墙上。产生原因主要是墙的两端沉降值较大，中间沉降数值小，使墙的上端或底层窗台中间受拉所产生。
以上三种形式的裂缝的防治方法是：
处理好地基，对高低差过大、建筑物过长、平面形状复杂、地基处理方法不同（如部分桩基、部分天然地基）、分期建设的建筑物，都应根据不同的条件，设有适当的沉降缝。沉降缝应有一定的宽度，施工时一般应先建重单元、后建轻单元。根据地质和钎探资料加强上层结构的刚度和调整好基础设计。
6．底层窗台墙的裂缝
多发生在底层窗口下面，二层以上少见。缝宽上大下小，一般发生在窗口中部1/2宽度范围内。
其原因主要是地基不均匀变形，使窗台墙起反粮作用而引起；但也有的是窗间墙与窗台墙因荷载差异过大、灰缝压缩不一造成的，以及温度变形和干燥收缩产生裂缝。其预防措施是建议设计在窗口下砌体中配筋或调整基础宽度等。
二、工程实例分析
济南某五层砌体结构住宅楼位于小清河旁，平面呈“一”字形，东西长37m，南北宽9m，建筑面积1721m，采用无埋深筏板基础。在建筑场地平整后，先铺C10素混凝土垫层，厚100mm、在其上浇筑C20的钢筋混凝土筏板基础，筏板厚300mm，在筏板基础上砌砖墙。
当主体工程施工至第五层时，发现东起第五开间中部筏板基础南北向整块横向断裂。经检查，从勘察报告、设计（依据勘察报告）和施工中均找不到原因，而是未处理好地基勘察、基础处理和建筑总平面的关系。对该楼地基土层重新进行勘察，新查明的地基土层和历史变迁如下：
（1）表层为杂填土，西半部厚度1.1～2.4m，东半部厚度2.4～5.5m。
（2）第二层为稻壳灰及淤泥层土，其中稻壳灰占70％～80％。淤泥极为弱：孔隙比高达e＝2.12～2.60；
液性指数IL=1.57～2.47；天然重度很小，仅为γ=14.3～15.2kN／m3，标准压缩系数a1-2=2.05MPa-1，属于超高压缩性土，厚度2.0～2.9m，分布在场地西半部，杂填土下面。
（3）第三层为淤泥层．厚度为1.3～1.5m。此淤泥层也分布在场地西半部，场地东半部无此淤泥软弱土层。
（4）第四层为份土及粉细砂层，场地内普遍分布，层厚4～5m，土质良好。
（5）经深入调查得知该场地原为一南北长70m、东西宽40～50m的水塘。附近餐饮业用户用稻壳作燃料后将稻灰倾倒在塘内，不久塘被填平，还曾用作烧砖窑场。该工程开工前半年多方平整场地修建住宅楼。
由于该楼西半部置于原水塘内，东半部位于塘外岸上，塘内外土质突变是造成钢筋混凝土筏板基础受力不合理断裂，从而导致上部结构破坏的主要原因。
本人参与下曾提供四个处理方案进行比较：
方案一，将住宅楼五层全部拆至四层，并在四层顶部，加设钢筋混凝土封闭圈梁。 方案二，在方案一的基础上，东半部场地土质较好，东部四间仍修复至五层。
方案三，保留住宅楼为五层，自上至下拆除基础开裂这一开间，将一幢楼房分成东、西两幢楼。这样处理后，减小了建筑物的长高比．相对增加建筑物的刚度；并使东西两幢楼可以自由沉降。
方案四，暂缓处理，待进一步沉降观测后，再分析处理。
上述四个方案各有利弊。经多次研究讨论，最后采用卸荷处理方案，即将原设计建造的五层住宅楼，全部拆至四层，即采用方案一。后又进一步卸荷，将住宅楼全部拆成至三层。 在该住宅楼已使用多年，观察到该按原来筏板基础断裂的裂缝已经稳定，没有再继续发展。住户已放心，消除了忧虑。但由于这一事故处理，拆除两层楼房，损失建筑面积40％。如不用卸荷处理方案，改用锚杆静压桩加固场地西半部软弱地基，则可在保证住宅楼安全的前提下，保持住宅楼五层不变。
三、结束语
可见地基基础与上部结构共同作用是地基勘察、设计和施工中都不可缺少的关键因素，他的工作机理有待进一步研究。
【参考文献】
[1] 陈仲颐，叶书麟.基础工程学[M].中国建筑工业出版社，1991
[2]罗福干.建筑结构缺陷事故的分析及防治[M].清华大学出版社，2002.
[3]建筑地基基础设计规范GB50007—2002[S].中国建筑工业出版社，2002.
[4] 崔干祥.工程事故分析与处理[M].科学出版社，2002.
建筑工程裂缝及其成因分析
[简介]： 本文对地基基础与上部结构共同工作中出现的质量事故进行了分析，以及通过实论证了三者之间的共同作用是地基勘察、工程设计和施工中不可缺少的关键因素。
[关键字]：地基基础，上部结构，共同作用，裂缝
地基与基础质量，对建筑物的安全使用和耐久性影响甚大。基础或地基的质量事故，常常带来地面的塌陷、各种梁的拉裂、墙体开裂、柱子倾斜等。轻则使人对建筑有不安全感，重则影响建筑物的使用，甚至于危及人们的生命。
据有关单位对43起房屋过大不均匀沉降原因调查分析得知，属于设计不周者占21％，属于施工问题者占70％，属于使用单位管理不善者占9％。由此可见，尽管事故产生的原因是多方面的，而注意施工质量，则是避免事故发生的重要措施。 现浇钢筋混凝土结构由于多方面原因往往会出现一些裂缝，因此，鉴别裂缝、分析裂缝、控制裂缝的产生和发展，并对裂缝的产生进行有效的防治，对保证混凝土结构的整体性及正常使用具有重要的意义。
外荷载引起的裂缝： 外荷载作用下产生的结构裂缝一般具有很强的规律性 ，通过计算分析就可以读出正确的结论。如：矩形楼板板面裂缝成环状，沿框架梁分布，板底裂缝成十字或米字集中于跨中；转角阳台或挑檐板裂缝位于板面起始于墙板交界以角点为中心成米字形向外延伸。受力裂缝，其裂缝与荷载有关，预示结构承载力可能不足或存在严重问题。 温度收缩裂缝：温度收缩裂缝是一种建筑最常见的裂缝，主要是由于结构的温度变形及材料的收缩变形受阻及应力超标所致。现浇板收缩裂缝主要集中在房屋的中部和房屋四周阳角处，裂缝成枣核状止于梁边。房屋四周阳角处的房间在离开阳角１米左右，即在楼板的分离式配筋的负弯矩筋以及角部放射筋未端或外侧发生４５度左右的楼地面斜角裂缝。其原因主要是砼的收缩特性和温差双重作用所引起的，并且愈靠近屋面处的楼层裂缝往往愈大。从设计角度看，现行设计规范侧重于按强度考虑，未充分按温差和混凝土收缩特性等多种因素作综合考虑，配筋量因而达不到要求。而房屋的四周阳角由于受到纵、横二个方向剪力墙或刚度相对较大的楼面梁约束，限制了楼面板砼的自由变形，因此在温差和砼收缩变化时，板面在配筋薄弱处（即在分离式配筋的负弯矩筋和放射筋的未端结束处）首先开裂，产生４５度左右的斜角裂缝。虽然楼地面斜角裂缝对结构安全使用没有影响，但在有水的情况下会发生渗漏，影响正常使用。
地基不均匀沉降产生的裂缝：由于地基沉降不均匀使上部结构产生附加应力，导致楼板裂缝。不均匀沉降产生的裂缝多属贯穿性裂缝，其走向与沉降情况有关。
使用商品混凝土引起的收缩裂缝：商品混凝土由于采用泵送，混凝土的流动性要好，因此一般商品混凝土的坍落度都较大，水灰比较大，如保证水灰比则要增加水泥用量，这样就使混凝土在硬化阶段出现收缩裂缝。裂缝的产生大多在砼浇筑初期，即浇捣后4～6小时左右，裂缝形状不规则且长短不一，互不连贯，产生裂缝部分大多为水泥浮浆层和砂浆层。有于砼坍落度偏大，表面经过振捣形成一层水泥含量较多，收缩性较大的水泥浮浆层及砂浆层一方面由于砼初凝时表面游离水分蒸发过快产生急剧的体积收缩，而此时砼早期强度较低(面层为砂浆层 强度更低)，不能抵抗这种变形应力而导致砼表面开裂，另一方面由于面层浮浆或砂浆的收 缩值比基层砼大许多，而造成变形值不同导致面层开裂。
一,裂缝的成因极其形势
无论是设计不周，还是施工中没认真验槽和钎探使建筑物建造在软硬截然不同的两个地段上，都会使地基产生不均匀的沉降，沉降较大与沉降较小部位之间，出现了相对位移。位移的结果是使上部结构出现与地面呈45。左右夹角的裂缝。
体形复杂的建筑物，没有按设计规范设置合理的沉降缝，或因施工造成沉降缝被杂物堵塞，都会造成墙体的开裂。
下面我们根据裂缝的形式来分析其产生的原因及其防止的方法。
1．墙身特别是顶层出现“八”字形缝，有时出现倒“八”字形缝。
以上两种裂缝中，对于“八”字形裂缝，一般由于建筑物两端沉降较大，中部沉降较小的原因所致；对于倒“八”字形裂缝，一般则由于建筑物的中间沉降较大，而两端沉降较小所致。
2．顶层墙身的水平缝，一般在平顶的檐口或圈梁下2~3皮砖的灰缝中。通常在外墙顶部，两端较严重，有时位于房屋的四角，出现抱角缝。四角处缝最大，中间逐渐减小。 以上两种形式的裂缝产生的原因主要是温度变化或地基不均匀变形。其防治方法是： 提高砂浆强度；提高砌筑质量；在易裂处设置水平钢筋；顶层采用保温层；合理的设置温度缝等。
3．窗间墙两对角处出现水平裂缝，一般成对出现。
产生原因主要是地基不均匀变形或沉降缝处理不当，沉降单元被顶住后，最易产生这种裂缝。
4．发生在窗间墙、窗台墙、内墙或外墙上的斜裂缝（图3）。大部分裂缝是通过窗口的两对角，在紧靠窗口处缝宽较大，向两边和上下逐渐缩小。产生的主要原因是由于地基不均匀变形，墙身受较大的剪力，造成了砌体受主拉应力的破坏。裂缝往往是由沉降较大的一边逐渐向上发展。
5．发生在纵墙的顶部或底层窗台墙上。产生原因主要是墙的两端沉降值较大，中间沉降数值小，使墙的上端或底层窗台中间受拉所产生。
以上三种形式的裂缝的防治方法是：
处理好地基，对高低差过大、建筑物过长、平面形状复杂、地基处理方法不同（如部分桩基、部分天然地基）、分期建设的建筑物，都应根据不同的条件，设有适当的沉降缝。沉降缝应有一定的宽度，施工时一般应先建重单元、后建轻单元。根据地质和钎探资料加强上层结构的刚度和调整好基础设计。
6．底层窗台墙的裂缝
多发生在底层窗口下面，二层以上少见。缝宽上大下小，一般发生在窗口中部1/2宽度范围内。
其原因主要是地基不均匀变形，使窗台墙起反粮作用而引起；但也有的是窗间墙与窗台墙因荷载差异过大、灰缝压缩不一造成的，以及温度变形和干燥收缩产生裂缝。其预防措施是建议设计在窗口下砌体中配筋或调整基础宽度等。
二、工程实例分析
济南某五层砌体结构住宅楼位于小清河旁，平面呈“一”字形，东西长37m，南北宽9m，建筑面积1721m，采用无埋深筏板基础。在建筑场地平整后，先铺C10素混凝土垫层，厚100mm、在其上浇筑C20的钢筋混凝土筏板基础，筏板厚300mm，在筏板基础上砌砖墙。
当主体工程施工至第五层时，发现东起第五开间中部筏板基础南北向整块横向断裂。经检查，从勘察报告、设计（依据勘察报告）和施工中均找不到原因，而是未处理好地基勘察、基础处理和建筑总平面的关系。对该楼地基土层重新进行勘察，新查明的地基土层和历史变迁如下：
（1）表层为杂填土，西半部厚度1.1～2.4m，东半部厚度2.4～5.5m。
（2）第二层为稻壳灰及淤泥层土，其中稻壳灰占70％～80％。淤泥极为弱：孔隙比高达e＝2.12～2.60；
液性指数IL=1.57～2.47；天然重度很小，仅为γ=14.3～15.2kN／m3，标准压缩系数a1-2=2.05MPa-1，属于超高压缩性土，厚度2.0～2.9m，分布在场地西半部，杂填土下面。
（3）第三层为淤泥层．厚度为1.3～1.5m。此淤泥层也分布在场地西半部，场地东半部无此淤泥软弱土层。
（4）第四层为份土及粉细砂层，场地内普遍分布，层厚4～5m，土质良好。
（5）经深入调查得知该场地原为一南北长70m、东西宽40～50m的水塘。附近餐饮业用户用稻壳作燃料后将稻灰倾倒在塘内，不久塘被填平，还曾用作烧砖窑场。该工程开工前半年多方平整场地修建住宅楼。
由于该楼西半部置于原水塘内，东半部位于塘外岸上，塘内外土质突变是造成钢筋混凝土筏板基础受力不合理断裂，从而导致上部结构破坏的主要原因。
本人参与下曾提供四个处理方案进行比较：
方案一，将住宅楼五层全部拆至四层，并在四层顶部，加设钢筋混凝土封闭圈梁。 方案二，在方案一的基础上，东半部场地土质较好，东部四间仍修复至五层。
方案三，保留住宅楼为五层，自上至下拆除基础开裂这一开间，将一幢楼房分成东、西两幢楼。这样处理后，减小了建筑物的长高比．相对增加建筑物的刚度；并使东西两幢楼可以自由沉降。
方案四，暂缓处理，待进一步沉降观测后，再分析处理。
上述四个方案各有利弊。经多次研究讨论，最后采用卸荷处理方案，即将原设计建造的五层住宅楼，全部拆至四层，即采用方案一。后又进一步卸荷，将住宅楼全部拆成至三层。 在该住宅楼已使用多年，观察到该按原来筏板基础断裂的裂缝已经稳定，没有再继续发展。住户已放心，消除了忧虑。但由于这一事故处理，拆除两层楼房，损失建筑面积40％。如不用卸荷处理方案，改用锚杆静压桩加固场地西半部软弱地基，则可在保证住宅楼安全的前提下，保持住宅楼五层不变。
三、结束语
可见地基基础与上部结构共同作用是地基勘察、设计和施工中都不可缺少的关键因素，他的工作机理有待进一步研究。
【参考文献】
[1] 陈仲颐，叶书麟.基础工程学[M].中国建筑工业出版社，1991
[2]罗福干.建筑结构缺陷事故的分析及防治[M].清华大学出版社，2002.
[3]建筑地基基础设计规范GB50007—2002[S].中国建筑工业出版社，2002.
[4] 崔干祥.工程事故分析与处理[M].科学出版社，2002.