某機械廠房地坪開裂原因分析

吳大國，李信，趙莽，彭建和

（1.合肥工業(yè)大學土木與水利工程學院，安徽 合肥 230009；2.安徽省建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測站，安徽 合肥 230088）

0 前言

工業(yè)廠房面積較大，地坪施工過程中質(zhì)量控制不好，經(jīng)常出現(xiàn)各種裂縫[1-4],既影響美觀，也給業(yè)主方與施工方帶來很多經(jīng)濟糾紛。本文通過某機械廠房地坪開裂實例分析了其裂縫形成原因。

1 工程概況

某機械廠房總建筑面積41632.8m2，其中多層框架部分總面積2941.2m2，建筑功能為金屬冶煉、鍛造,檐口高度15.650m。主體結構采用門式剛架結構，獨立基礎?；A持力層為第2層黏土，地基承載力特征值220kPa。擬建場地巖土分布自上而下依次為：素填土：層厚 0.70～3.40m，層底標高 11.25～17.22m，灰褐 ～褐灰～黃褐色，濕～很濕，松散～稍密，以粘性素土為主，含碎石子、植物根莖等雜物；①層淤泥質(zhì)素填土：層厚 1.00～2.00m，層底標高 12.90～15.83m，灰、黑灰、黃灰色，軟塑～流塑，飽和，含粘性土成分，該層土主要分布于水塘（溝）位置；②層粘土：層厚1.00～5.80m，層底標高9.40～14.08m，灰黃、褐灰色，可塑～硬塑，以硬可塑狀態(tài)為主，濕，含鐵錳結核、氧化鐵、鈣質(zhì)結核，無搖振反應，光滑、干強度、韌性高。該層土普遍分布；③層粘土：層厚 3.40～8.00m，層底標高 3.75～7.83m，灰黃、褐灰色，可塑～硬塑，以硬塑狀態(tài)為主，濕，含鐵錳結核、氧化鐵、鈣質(zhì)結核，無搖振反應，光滑、干強度、韌性高，該層土普遍分布；④層粉質(zhì)粘土：該層未鉆穿，最大鉆入深度11.00m，層頂標高3.75～7.83m，層頂埋深9.00～13.40m，黃灰、褐黃、褐灰色，稍濕～濕，硬塑狀態(tài)，含粉質(zhì)、氧化鐵、鐵錳結核等，該層土切面粗糙，無光澤反應，干強度及韌性中等，夾薄層中密狀態(tài)粉土、粉砂。

2 現(xiàn)場檢測

2.1 裂縫分布情況

地坪混凝土裂縫主要分布規(guī)律為沿橫軸開展，柱腳處呈45度方向開裂，以及堆有重物區(qū)域四周，裂縫寬度0.1～1.0mm。裂縫形態(tài)如圖1～圖3所示。

圖2 柱腳裂縫

圖3 主要裂縫分布圖

2.2 混凝土強度

現(xiàn)場共選15個有裂縫的板塊鉆芯法檢測混凝土強度，用取芯機鉆取芯樣并記錄取芯位置，室內(nèi)將所取芯樣加工成高徑比1∶1的試件，兩端磨平，磨平后在壓力試驗機上進行抗壓強度試驗。所抽檢的15個地坪混凝土芯樣現(xiàn)齡期混凝土抗壓強度值在24.8MPa～36.5MPa之間。設計混凝土強度為C30。檢測結果如表1所示。

2.3 地坪構造

由委托單位指定位置，現(xiàn)場將混凝土破除，檢測混凝土、碎石、鋼筋配置、灰土壓實情況。現(xiàn)場如圖4、圖5所示?，F(xiàn)場密度試驗采用灌水法，采用烘干法測定含水率。所檢測3處地坪做法為混凝土→單層雙向鋼筋→碎石→灰土，與設計圖紙一致。其中混凝土厚在171～186mm之間，小于設計200mm要求；碎石厚度在52～77mm之間，小于設計100mm要求；灰土壓實度在87.1%～90.2%之間，小于設計94%要求。

混凝土芯樣抗壓強度匯總表 表1

圖4

圖5

2.4 裂縫開展深度

現(xiàn)場由委托單位指定位置騎縫鉆芯檢查，抽檢的5處騎縫芯樣混凝土厚度在129～178mm之間，均不滿足設計200mm要求，裂縫深度在112～152mm之間，裂縫形態(tài)從地坪混凝土面至混凝土底逐漸變窄，即裂縫在厚度方向呈“V”字型開展，芯樣沒散成兩半。檢測結果如圖6～圖10所示。

2.5 地坪沉降變形

現(xiàn)場對未投入使用區(qū)域的相對高程進行了檢測，測點布置如圖11所示。測量地坪的相對不均勻沉降（含施工誤差），以1#點高程為基準，其他各點與1#點的高程差（負值表示低于1#點，正值表示高于1#點）。最小值為66#點-22.1mm，最大值為102#點30.9mm，兩者之間相對高差為53.0mm，沉降變形無明顯規(guī)律，無明顯沉降較大區(qū)域。

3 裂縫原因分析

①柱腳處開裂的主要原因，是由于混凝收縮變形時在柱腳處產(chǎn)生應力集中，導致柱腳處產(chǎn)生與軸線呈45度向裂縫。

②地坪裂縫主要在分縫板塊的中部，橫向分布，主要是由于分縫板塊縱向長度較長，早期混凝土失水過快，產(chǎn)生收縮變形，在分縫板塊中部產(chǎn)生較大收縮應力，將混凝土拉裂。另外混凝土厚度不均勻時，拉應力分布不均勻，在較薄處產(chǎn)生裂縫。

③堆有重物區(qū)域混凝土裂縫，根據(jù)廠區(qū)巖土工程勘察報告此區(qū)域素填土相對較厚，灰土壓實度不滿足設計要求，在地面較大荷載作用下產(chǎn)生沉降變形，導致地面開裂。

圖6

圖7

圖8

圖9

圖10

圖11

4 結語

本文通過對某機械廠房地坪現(xiàn)場檢測，分析地坪開裂的原因，得如下結論：

①混凝土強度達不到設計要求不是開裂的主要原因。

②混凝土地坪開裂的主要原因是由于養(yǎng)護不及時，前期失水過快產(chǎn)生塑性裂縫。澆筑后的混凝土養(yǎng)護是施工中的一個重要環(huán)節(jié)，養(yǎng)護的好壞直接影響混凝土的強度與質(zhì)量。因此《混凝土質(zhì)量控制標準》中明確規(guī)定“生產(chǎn)和施工單位應根據(jù)結構、構件或制品情況、環(huán)境條件、原材料情況及對混凝土性能的要求等，提出施工養(yǎng)護方案或生產(chǎn)養(yǎng)護制度，并應嚴格執(zhí)行”[5]。

③回填土壓實質(zhì)量控制不好，在局部堆載較大時，地面產(chǎn)生變形，混凝土拉裂，所以在回填施工過程中嚴格控制換填質(zhì)量。a.回填前應做擊實試驗，確定最佳含水率和最大干密度，以指導現(xiàn)場施工。b.回填土選擇較好的黏土，土中不得含有磚頭、樹根、垃圾等雜物。c.分層施工壓實，分層厚度不宜超過30cm，每層施工完成壓實系數(shù)檢測合格后方可施工下一層。

④對于大面積混凝土澆筑，嚴格控制分倉澆筑，縱橫間距不宜大于6m，分倉縫應在混凝土終凝后及時設置。

⑤由于地坪混凝土厚度、碎石墊層厚度、混凝土強度、灰土壓實系數(shù)等均不滿足設計要求，地坪存在一定的變形及開裂，考慮到后期投入使用荷載發(fā)生變化，建議對現(xiàn)有地坪進行整體加固處理措施。