超高层建筑中混凝土楼板裂缝产生原因

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摘要：文中以上海白玉兰广场为例，分析超高层建筑中混凝土楼板裂缝产生的原因，并提出具体的措施。

关键词：超高层；建筑裂缝；裂缝处理

1工程概况

上海白玉兰广场位于上海市虹口区，地处北外滩核心金融圈，该项目占地面积为56hm2，建筑面积约为4.2万m2，其中地下建筑面积约为1.6万m2、地上建筑面积约2.6万m2，包括两栋超高层建筑及其配套措施。办公塔楼高320m,共69层，特设68F观光楼层，顶层设有直升机停机坪，酒店塔楼层高172m，共40层，属于超五星酒店，是一个集商业、办公为一体的大型综合商业体。广场为经典钢框混凝土核心筒结构，外框有抗侧力体系。钢筋混凝土核心筒较小,钢梁和型钢混凝土柱组成的外围抗弯框架面积较大,除三道伸臂钢桁架及带状钢桁架形成的加强层外，普通楼层高为4.5m。普通楼层采用钢结构组合楼板，钢梁上铺压型钢板选择闭口型压型板，型号为YXB65-185-555B，板厚为150mm。次梁间距为3.0~3.3m,加强层采用钢筋桁架模板组合结构，板厚为155mm。

2裂缝概况

酒店地上主体结构自2011年4月正式开始施工，目前核芯筒结构已施工至39M层，外框钢结构也已施工至39M层，外框楼板混凝土施工已至33层。在酒店外框楼板区域陆续出现了长度、宽度、深度不一的裂缝。通过对现场实地观测，裂缝最宽处0.5mm，最长处有8m，有部分楼板为贯通裂缝，且有继续发展的趋势。

2.1检测过程

由于本工程楼板裂缝较多，本次检测每层抽取3条最具代表性的裂缝进行。共检测21个部位，其中裂缝中位于梁顶的有7-2，7-3，7夹-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结果分析

经过现场实地的检查分析发现2~21层（含7夹层）压型钢板混凝土楼板裂缝较多，裂缝宽度介于0.3~0.5mm的，共计20条；介于0.6~1.0mm的，共计28条；介于1.1~1.5mm的，共计10条；介于1.6~2.0mm的，共计1条；介于2.1~2.5mm的，共计3条；介于2.6~2.7mm的，共计1条。（1）本项目采用钻芯取样14组（9层9个，12层5个），其中高度大于80mm的芯样6个，可将其切割加工成芯样试件，其余8个芯样因钻到钢筋或钢承板的板肋上，芯样高度不足75mm，不能加工成芯样试件测其抗压强度。但这8个芯样可表达出的信息见表1。①混凝土楼板厚度设计值为125mm，有6个芯样钻在钢承板的肋上：a.12-A处板肋上混凝土楼板厚度78mm；b.12-B处附近板肋上混凝土楼板厚度63mm；c.9-2处板肋上混凝土楼板厚度44mm；d.9-3处板肋上混凝土楼板厚度65mm；e.9-E处板肋上混凝土楼板厚度61mm；f.9-C处附件板肋上混凝土楼板厚度62mm。上述6个芯样其钢承板肋上的混凝土厚度值，加上钢承板肋的高度65mm反映了混凝土现浇楼板的实际厚度值。②混凝土碳化深度为4~6mm，局部为8mm。③钢筋保护层尺量厚度。（2）因项目部已对检测的全部裂缝进行了表面修补，在对混凝土裂缝深度进行超声波检测前，必须用钢刷对修补过的表层做进一步清理。清理过程中，发现很多层楼面，如9层，等混凝土表层的浮浆较厚，起灰较多。（3）混凝土裂缝成因分析：①在前述检测的基础上，反映出的主要问题是混凝土的钢筋保护层过大，该工程的楼板厚度为125mm，设计钢筋保护层厚度为15mm，根据GB50204-2002《混凝土结构工程施工质量验收规范》，其合格的保护层厚度应在10~23mm之间，合格率应达到90%以上，而本工程板面保护层合格率仅为4%，检测结果表明，其施工部分钢筋下沉导致保护层超标。当钢筋保护层偏大严重时，钢梁上的负弯矩钢筋的作用将大大减弱，许多裂缝例如：7-2，7-3，7夹-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等沿钢梁轴线方向开裂；②对8~23层图纸中局部组合楼板进行验算，其配筋满足使用要求，但由于板面的分布钢筋及部分负弯矩钢筋使用了HPB235直径6mm和8mm钢筋，在施工中容易因工人的踩踏而变形，导致钢筋保护层厚度过大；③在某些楼层的楼面上，发现很多钢筋的印痕，可能是该楼层的混凝土还没有达到一定强度时，就有钢筋堆放所致。堆放钢筋的数量和重量未知。本工程采用型号为YXB65—185—555（B）的钢承板，该型号的钢承板厚度为0.75mm，混凝土设计强度等级为C30。当混凝土强度达到30MPa时，能满足设计使用要求，但在混凝土强度还没有达标时，在混凝土成型后的养护期内，过早开展下道工序，产生的应力或振动均不利于混凝土强度的正常发展；④部分楼层混凝土厚度没有达到设计要求，如裂缝9-2部位，钢承板肋上混凝土厚度44mm，钢承板肋的高度65mm，即该部位楼板的混凝土厚度大约为109mm；⑤混凝土表层（尤其是客房的厕所位置）浮浆较多，用钢刷处理时起灰严重，这和混凝土的配合比以及混凝土成型后的湿水养护措施有关。

2.3检测结论及处理建议

本工程混凝土裂缝对建筑物安全性无明显影响。从其试验结果可看出，混凝土楼板厚度设计值为125mm，但部分楼板实际厚度在60~80mm，再者设计钢筋保护层厚度为15mm，合格率应达到90%，而根据检测结果，其混凝土楼板保护层厚度合格率在4%。鉴于7层（夹层）的混凝土裂缝相对比较少，该层的楼板刚度较其它层好（混凝土板厚200mm），建议选用0.75mm厚度以上型号的钢承板，可增加楼板的整体刚度。另外，对于分布钢筋及负弯矩钢筋，建议使用HRB335以上钢筋。对裂缝的修补应着重防漏水处理，可选用成熟的玻璃纤维黏结技术修复。

3裂缝产生的原因

本工程裂缝大多在浇筑完成一周后产生，项目部及设计院根据该裂缝分析报告分析，主要原因有：温差裂缝、重应力分布裂缝楼板整体刚度不足等。本工程为超高层建筑，在酒店外框楼板施工时，在不同楼层出现了长度、宽度、深度不一的裂缝，通过对现场实地观察统计，裂缝最宽处为2.6~2.7mm，最长处有8m，有部分楼板为贯通裂缝，且有继续发展的趋势。经过专业机构检测分析，推测本工程裂缝产生的原因大致有以下几方面。

3.1设计因素

（1）设计时采用的承重板件，厚度过小，导致浇筑完成的楼板刚度不足，板中受拉钢筋及受压混凝土应力增大，部分结构楼板出现贯穿裂缝。（2）混凝土抗裂强度指标偏小。（3）本工程采用压型钢板，型号为YXB65-185-555B，板厚为150mm，此种设计将导致混凝土楼板板底钢筋只能采用单向布置，从而导致楼板刚度不足。（4）钢承板横向不受约束或约束较小。（5）混凝土浇筑过程中钢承板变形较大，导致刚度不足。（6）除6层、7层、7夹层板面受力钢筋拉通配置外，其余楼层板面配筋未按拉通配置。（7）设计图纸说明中注明压型钢板下无需设置支撑，由于砼自重及其他施工荷载可能导致混凝土楼板产生裂缝。

3.2施工因素

（1）楼板混凝土浇捣施工过程中需接驳砼管，砼管自重及浇捣时产生的震动对楼板面层钢筋的压迫及施工过程中工人踩踏组合楼板支座钢筋及分布筋，造成楼板面层钢筋被压低，且未及时修复，造成部分楼板保护层厚度过大，易产生裂缝。（2）混凝土浇捣施工时未对楼板采取排架支护措施，受楼板自重影响所产生裂缝。（3）混凝土浇捣后养护工作存在不足：①气温较低时，完成浇捣后未对楼板面进行塑料薄膜或者麻袋覆盖的保温养护；②气温较高时，楼层施工面高度较高时，未采取足够的浇水养护措施，由于水化热及风力作用将水分蒸发，导致产生裂缝。（4）楼板混凝土在振捣处理时，表面砼中骨料的坍落导致裂缝的产生。（5）在混凝土初凝阶段，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，从而导致楼板中混凝土级配不均，易促使楼板裂缝的产生。（6）在超高层建筑混凝土浇筑过程中，混凝土泵送困难，为了解决混凝土泵送问题，调整了其配合比，致使砼坍落度、水灰比增大，易出现楼板裂缝。（7）施工单位对压型钢板在施工阶段强度及变形验算不足。

4裂缝处理措施

在对以上问题产生原因进行深层次的分析后，在本工程后续的混凝土施工提出以下措施：（1）对已经产生的裂缝的处理措施［1］：①表面修补法：最常见的楼板混凝土裂缝处理措施，仅针对未对建筑的承载力产生影响的裂缝。采用机械或手工的方式將修补材料涂抹于裂缝表面，使其表面形成一个封闭的空间。具体施工流程为：表面刷毛→清理污面→清水冲洗→干燥→环氧胶泥嵌补→合适材料修复；②填实密封法：又称为凿槽法，对于构件中缝宽0.1~0.2mm的裂缝，若发展不深时用手工在构件表面沿裂缝走向凿出槽深和槽宽分别不小于15mm和10mm的槽，形状呈三角形或矩形，清除灰土、碎屑及松动石子，清水冲洗，表面干燥后用环氧胶泥进行充填，并用纤维复合材料封闭其表面；③高压灌浆法：压力灌浆法可以弥补传统方法中开槽封堵埋塑料管，用手压泵浆或者针筒推浆压力不足的缺陷。高压灌浆法利用其高压的特点，将修补浆液灌入裂缝深处，对裂缝进行黏合、补强。对于裂缝宽度大于0.2mm或长度贯穿全梁的裂缝用环氧液注浆补强，表面用环氧胶泥密封。主要施工流程：裂缝调查→基层处理→封闭裂缝→密封检查→配制浆液→灌浆→拆除底座恢复原状；④结构加固法：当其裂缝影响到结构的整体性时，对楼板采用静载试验，检验其安全可靠性，在必要的时候，在楼板上增做钢筋网片，增强其楼板强度。或者在板面采用粘贴碳纤维布粘贴，让其形成井字形，间距等长等宽。由于本工程裂缝未影响其整体结构，裂缝宽度大多分布在0.3~1.0mm，故在裂缝处理的过程中，主要采用：表面修补法、填实密封法及高压灌浆法。（2）对类似项目楼板的施工建议［2］：①控制被浇筑楼板保护层厚度。绑钢筋前，先设置砼垫块或工程塑料垫片等刚性材料，使钢筋铺设在正确位置，保障保护层厚度符合设计要求。另外，采用高于楼板面的防踩踏专设施工通道，缓解钢筋被踩塌的问题；②在混凝土强度未达标时，不宜过早开展下道工序，否则易产生应力或振动，不利于混凝土强度的正常发展。在混凝土养护期内，不宜上人或堆放材料；③加强施工现场管理，在混凝土浇筑时，安排专门监理人员旁站监督施工，确保混凝土楼板厚度达到设计要求；④优化混凝土配合比及后期养护措施，减少浮浆现象。（3）对类似项目楼板的设计建议［3］：在设计超高层楼板时，需提高混凝土结构楼板的抗裂性能，充分考虑其保护层厚度，需适当增加配筋，配筋率控制在0.3%~0.5%之间。对于应力集中之处，应采取相应的加固措施，防止结构发生突变。同时，对可能出现裂缝的部位，增加暗梁构造，提高其配筋率，可有效降低其裂缝产生的可能性。合理设置后浇带，在设计说明中需注明保留时间要在60d以上，对于设计未考虑之处，施工过程中预留合理的施工时间。

5结语

北外滩白玉兰广场作为浦西的第一高楼，自开建以来就受到外界的广泛关注，其工程质量问题不容忽视。施工期间，对已产生的裂缝及后续施工采取了积极有效的处理措施，确保了工程质量。该工程在完工后，获得了鲁班奖、白玉兰奖等重大奖项，产生了良好的社会效益和经济效益。文中裂缝处理措施作为本工程后续施工的现场指导依据，从裂缝产生的原因到后续处理进行了详尽说明，为以后同类工程提供了宝贵的经验。

参考文献

［1］孙辉，石璟瑶，潘玉府.高层建筑楼板混凝土的裂缝控制及处理［J］.山东工业技术，2018（21）：100.

［2］祁飞.高层建筑楼板混凝土的裂缝控制及处理［J］.住宅与房地产，2018（2）：120，123.

［3］揭晓余，李光耀，朱海峰.超高层建筑压型钢板混凝土组合楼板中混凝土的质量的控制［J］.工程质量，2018（5）：19-21.

作者:郝陈栋 单位:上海昊元资产经营管理有限公司