框剪結(jié)構(gòu)建筑施工缺陷問(wèn)題分析

陳代君 張 峰 楊文義

1 框剪結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

框剪結(jié)構(gòu)即框架剪力墻結(jié)構(gòu)，是框架結(jié)構(gòu)與剪力墻結(jié)構(gòu)的綜合應(yīng)用，通過(guò)鉸支座連接或者固定支座連接的方式將梁、樁、墻體連接在一起，各種結(jié)構(gòu)形成一個(gè)完整的承重體系。與其他建筑結(jié)構(gòu)相比，框剪結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是通過(guò)計(jì)算在框架結(jié)構(gòu)中布置相應(yīng)數(shù)量的剪力墻，結(jié)構(gòu)更靈活，具有更大的自由空間，可最大程度上滿足不同的建筑功能使用需求；二是剪力墻的應(yīng)用能夠形成側(cè)向剛度，大大提升了結(jié)構(gòu)整體的抗變形能力，且結(jié)構(gòu)體系的抗震性能也會(huì)有所改善[1]。從這個(gè)意義上講，框剪結(jié)構(gòu)是框架結(jié)構(gòu)與剪力墻結(jié)構(gòu)兩種結(jié)構(gòu)體系的綜合體，兼具上述兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，因此具有結(jié)構(gòu)體系更靈活、剛度與承載力更高、施工操作更簡(jiǎn)便的優(yōu)勢(shì)。

從受力特點(diǎn)、剛度特點(diǎn)、抗震特點(diǎn)3個(gè)方面分析框剪結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。第一，在受力方面，框剪結(jié)構(gòu)體系受到不同作用力的作用時(shí)，應(yīng)力發(fā)生變化，構(gòu)件也會(huì)隨之出現(xiàn)彎曲與變形。第二，在剛度方面，當(dāng)框剪結(jié)構(gòu)體系構(gòu)件的受力性能接近純框架結(jié)構(gòu)的受力性能時(shí)，可能會(huì)影響框架的剛度，此時(shí)需要強(qiáng)化框剪結(jié)構(gòu)體系。第三，在抗震方面，框架與剪力墻剛度之間的比例關(guān)系是決定框剪結(jié)構(gòu)體系抗震等級(jí)的主要因素，當(dāng)然需要結(jié)合抗震設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)一步確定結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)[2]。

2 影響框剪結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量的主要因素

框剪結(jié)構(gòu)出現(xiàn)施工缺陷通常不是由單一原因造成，而是由多個(gè)復(fù)雜因素所致。具體而言，影響框剪結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量的主要因素包括管理方面、材料方面、機(jī)械設(shè)備方面、施工工藝及人員方面等。

（1）管理因素。管理因素導(dǎo)致的施工質(zhì)量缺陷問(wèn)題主要包括標(biāo)高錯(cuò)誤、建筑軸線偏差超出設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、混凝土構(gòu)件尺寸不符合要求、受力鋼筋型號(hào)錯(cuò)誤、鋼筋綁扎位置不規(guī)范及門(mén)窗尺寸錯(cuò)誤等。造成這些問(wèn)題的主要原因是未針對(duì)設(shè)計(jì)圖、施工圖進(jìn)行嚴(yán)格會(huì)審，技術(shù)交底工作不到位，施工單位盲目施工，未按操作規(guī)程、驗(yàn)收規(guī)范進(jìn)行質(zhì)量管理，施工完成后也未按照基本建設(shè)程序進(jìn)行報(bào)檢、驗(yàn)收[3]。

（2）材料因素。材料因素造成的施工缺陷問(wèn)題主要有混凝土構(gòu)件發(fā)生變形、開(kāi)裂甚至斷裂，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)坍塌。這主要是由于鋼筋力學(xué)指標(biāo)達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，水泥質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，石子、砂級(jí)配不合理，混凝土中的石子、砂含泥量不符合設(shè)計(jì)要求。這些因素均會(huì)直接影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，進(jìn)而影響建筑的整體質(zhì)量。

（3）其他因素。其他因素包括設(shè)備因素、施工工藝因素、人員因素等，雖然這些因素不是造成框剪結(jié)構(gòu)施工缺陷的主要原因，但是也會(huì)直接影響建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。機(jī)械設(shè)備的型號(hào)、性能、施工生產(chǎn)的適用性、實(shí)用功能等，均會(huì)影響框剪結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。例如，如果鋼筋加工設(shè)備型號(hào)選型不合理，則鋼筋的成型質(zhì)量就很難達(dá)到要求，對(duì)鋼筋的力學(xué)性能產(chǎn)生影響；如果混凝土攪拌設(shè)備選擇不合理，可能導(dǎo)致混凝土攪拌不充分，最終影響混凝土構(gòu)件的質(zhì)量。

此外，混凝土澆筑設(shè)備性能的穩(wěn)定性也會(huì)直接影響混凝土的澆筑質(zhì)量等等。施工工藝主要包括技術(shù)方案、工藝流程、施工組織設(shè)計(jì)等，只有保證相關(guān)技術(shù)文件的完整性、準(zhǔn)確性，才能保證工程質(zhì)量。施工人員是指參與工程施工的相關(guān)人員，主要包括組織人員、指揮人員、具體的施工操作人員等，施工人員的職業(yè)道德素養(yǎng)會(huì)直接影響施工質(zhì)量[4]。

3 工程案例分析

3.1 工程概況

陽(yáng)光一號(hào)工程二單元門(mén)斗為地上二層（局部三層）、地下一層框架結(jié)構(gòu)，樓板為鋼筋混凝土現(xiàn)澆板。該工程勘察單位為新疆巖土工程勘察設(shè)計(jì)研究院。查閱設(shè)計(jì)圖紙，該工程門(mén)斗柱基礎(chǔ)采用擴(kuò)底墩基礎(chǔ)，擴(kuò)底墩持力層為圓礫，進(jìn)入持力層深度不小于1 m，門(mén)斗基礎(chǔ)擴(kuò)底墩頂共設(shè)3 道地梁，地梁頂標(biāo)高均為-5.95 m。經(jīng)抽測(cè)，該工程門(mén)斗第二層、第三層框架的柱、梁、板未見(jiàn)明顯裂縫現(xiàn)象，負(fù)一層、一層的澆構(gòu)件存在不同程度的裂縫、斷裂現(xiàn)象。

3.2 缺陷分析

3.2.1 負(fù)一層軸框柱裂縫

該框柱有兩處嚴(yán)重?cái)嗔眩阂惶幘嘭?fù)一層頂梁梁底以下約100 mm 處呈環(huán)形水平斷裂，斷裂處100 ～300 mm 內(nèi)有混凝土破碎、脫落現(xiàn)象，裂口處鋼筋表面銹蝕；另一處距梁底以下約1 000 mm 處斷裂，斷裂處約500 mm 范圍內(nèi)存在混凝土破碎、脫落現(xiàn)象，裂口處的鋼筋表面銹蝕。該框柱柱頂與一層柱根交接處有水平裂縫，裂縫最大寬度約1.5 mm，靠外角處的裂縫最大，向兩邊延伸變小。檢查發(fā)現(xiàn)該框柱在框梁梁底標(biāo)高處以下柱身已發(fā)生位移傾斜，分別向框柱B 面外側(cè)方向最大位移約60 mm，向框柱A面外側(cè)方向最大位移約7 mm。

3.2.2 負(fù)一層軸段框梁裂縫

軸段框梁處存在3 道斜向的裂縫：靠11/K 軸的一道斜向裂縫與靠7/K 軸的兩道同走向的斜向裂縫整體呈正“八”字形，裂縫均上大下小，裂縫貫穿梁截面，裂縫的最大寬度約2 mm。J ～K/7 軸段框梁靠7/K 軸存在1 道斜向裂縫，裂縫上大下小，裂縫貫穿梁截面，裂縫最大的寬度約0.8 mm?？?/（1/J）軸次梁處有1道近似豎向裂縫，裂縫貫穿梁截面，裂縫最大寬度約0.5 mm。7/J ～K 軸段框梁存在3道斜向裂縫，裂縫均上大下小，貫穿梁截面，裂縫最大寬度約0.4 mm；靠7/（1/J）軸與7 ～11/（1/J）軸段框梁交接處存在一道豎向裂縫，裂縫最大寬度約1.2 mm。

3.2.3 負(fù)一層軸段地梁裂縫

7 ～11/K 軸段地梁靠7/K 軸與墩基交接處存在一道豎向裂縫，裂縫貫穿整個(gè)地梁截面。裂縫上大下小，裂縫最大寬度約5 mm，裂縫自地梁頂向下延伸長(zhǎng)約520 mm，裂縫處混凝土疏松。該地梁在靠近靠7/K 軸位置存在多道斜向裂縫，貫穿地梁截面，裂縫上大下小，最大寬度約3.5 mm。

J ～K/11 軸段地梁距離11/J 軸約200 mm 處存在一道近似豎向裂縫，貫穿地梁截面，裂縫上大下小，最大寬度約20 mm，裂縫自地梁頂向下延伸至地梁底；距11/J 軸約450 mm 處存在一道近似豎向裂縫，裂縫貫穿地梁截面，裂縫上大下小，最大寬度約10 mm，裂縫自地梁頂向下延伸長(zhǎng)約300 mm；地梁中部存在一道斜向裂縫，裂縫貫穿地梁截面，裂縫處上大下小，最大的寬度約為20 mm，裂縫自地梁頂部向下延伸至地梁底。

J ～K/7 軸段地梁靠7/K 軸與墩基交接處存在一道豎向裂縫，裂縫貫穿地梁截面，裂縫上大下小，最大寬度約為3 mm，裂縫自地梁頂向下延伸長(zhǎng)度約為200 mm，裂縫處混凝土疏松。

3.2.4 門(mén)斗柱地基及樁基缺陷分析

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)該工程軸段門(mén)斗柱地基及樁基進(jìn)行調(diào)查檢測(cè)，調(diào)查檢測(cè)情況如下。

（1）先在門(mén)斗柱基兩側(cè)布置兩個(gè)人工支護(hù)探井，查明地基土質(zhì)、檢測(cè)樁長(zhǎng)、樁身完整性、樁底沉渣及樁端持力層，在西側(cè)7/K 軸門(mén)斗柱探井開(kāi)挖至約10 m，東側(cè)11/K 軸門(mén)斗柱開(kāi)挖至約6.5 m（兩側(cè)探井開(kāi)挖面均從室外地坪下約3 m 開(kāi)始，開(kāi)挖面下約3 m 見(jiàn)門(mén)斗地梁），因探井的出水量較大，坑壁土體松散出現(xiàn)涌土現(xiàn)象，存在極大安全隱患，停止人工開(kāi)挖?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)整檢測(cè)方案為開(kāi)挖至地梁頂，采用臺(tái)鉆對(duì)11/K 軸門(mén)斗柱有明顯沉降的基樁進(jìn)行鉆芯檢測(cè)，并同時(shí)對(duì)門(mén)斗兩根樁基分別進(jìn)行樁身完整性低應(yīng)變檢測(cè)。

（2）根據(jù)探井及鉆孔揭露，門(mén)斗區(qū)域回填土厚度約21 m（從室外地坪算起），回填土結(jié)構(gòu)松散，力學(xué)性能差，屬欠固結(jié)土；下部為圓礫，埋深約21 m（從室外地坪算起），在該圓礫中進(jìn)行重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)，未修正擊數(shù)22 ～39 擊，力學(xué)性能良好，呈中密-密實(shí)。

（3）根據(jù)人工探井開(kāi)挖，門(mén)斗樁基未見(jiàn)支護(hù)痕跡，且西側(cè)7/K 軸門(mén)斗樁基在樁頂標(biāo)高下約6.5 m 有擴(kuò)徑現(xiàn)象（擴(kuò)出約0.25 m）。

（4）對(duì)門(mén)斗東側(cè)11/K 軸基樁現(xiàn)場(chǎng)鉆芯，在鉆至樁頂標(biāo)高下2.5 ～2.6 m 有輕微漏漿現(xiàn)象，表明該處樁身有裂隙。鉆至樁頂標(biāo)高下約8.3 m，有約7 cm 樁體鉆進(jìn)較快，該處芯樣較破碎；鉆至樁頂標(biāo)高下14.9 m，樁身混凝土鉆穿，樁端土質(zhì)為填土（或沉渣），厚度約0.3 m（沉降變形后的厚度），下部為圓礫層。

（5）現(xiàn)場(chǎng)對(duì)門(mén)斗地梁開(kāi)挖清理，發(fā)現(xiàn)7/K 軸門(mén)斗柱樁頭頂部存在一道弧形裂縫，為貫穿性裂縫，局部裂縫延伸至下部樁基中。

（6）現(xiàn)場(chǎng)對(duì)門(mén)斗樁基進(jìn)行低應(yīng)變樁身完整性檢測(cè)，西側(cè)7/K 軸門(mén)斗樁身基本完整，根據(jù)特征波速，推測(cè)樁長(zhǎng)大約為15.7 m。

3.3 原因分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)裂縫特征及地基、樁基檢測(cè)結(jié)果，該工程7 ～11/J ～K 軸段門(mén)斗柱斷裂、樁頂及地梁裂縫產(chǎn)生的主要原因?yàn)椋洪T(mén)斗基礎(chǔ)采用樁基，在施工時(shí)東側(cè)11/K 軸樁基樁端為欠固結(jié)填土（或塌孔沉渣），造成樁基產(chǎn)生嚴(yán)重沉降，與西側(cè)11/K 軸樁基產(chǎn)生較大的差異沉降，導(dǎo)致門(mén)斗柱斷裂、樁頂及地梁產(chǎn)生裂縫。

4 框剪結(jié)構(gòu)建筑施工缺陷問(wèn)題的解決措施

針對(duì)框剪結(jié)構(gòu)建筑施工中存在的各類缺陷問(wèn)題，需要從根源上分析缺陷問(wèn)題發(fā)生的原因，并采取科學(xué)的施工技術(shù)，以提高施工質(zhì)量，具體可從以下幾個(gè)方面著手。

4.1 設(shè)置合理的樁基剛度分布

上述案例中樁基嚴(yán)重沉降是導(dǎo)致門(mén)斗斷裂、樁頂及地梁產(chǎn)生裂縫的主要原因，因此要設(shè)置合理的樁基剛度分布，減少樁基沉降。建筑工程中的樁基沉降包括群樁沉降和單樁沉降。群樁沉降即不同樁基發(fā)生不均勻沉降，當(dāng)角樁附加應(yīng)力低于中心樁時(shí)，中心樁就會(huì)發(fā)生嚴(yán)重沉降，最終導(dǎo)致建筑整體發(fā)生沉降。與單樁沉降相比，群樁沉降的概率更高，且影響更大[5]。

因此，施工單位在施工過(guò)程中要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)土地體的內(nèi)部形變進(jìn)行協(xié)調(diào)，比如采用地基剛度特征分布調(diào)整，即調(diào)節(jié)建筑樁基支承剛度、現(xiàn)場(chǎng)土體剛度等，保證建筑樁基剛度合理分布，避免發(fā)生不均勻沉降問(wèn)題。

土體剛度調(diào)整可以采用剛度墊層處理方法，根據(jù)大量的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知，混凝土墊層寬度與基礎(chǔ)寬度為0.3 ～0.7時(shí)土地剛度可達(dá)到最佳。在調(diào)節(jié)建筑樁基支承剛度時(shí)，當(dāng)樁基布設(shè)面積占總面積的1/3 左右時(shí)可顯著提升地基的承載力，有效防止中心樁出現(xiàn)較大沉降，避免出現(xiàn)不均勻沉降問(wèn)題[6]。

4.2 采取規(guī)范的抬升試驗(yàn)

所謂抬升試驗(yàn)是指抬高施工現(xiàn)場(chǎng)土體，改變施工現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)，其目的是改善不均勻沉降問(wèn)題。采用抬升試驗(yàn)時(shí)需要注意幾個(gè)問(wèn)題。

首先，抬升試驗(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)要合理。施工單位要認(rèn)真研究建筑平面布置圖，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘查報(bào)告，將施工現(xiàn)場(chǎng)的地面劃分為若干地塊，每個(gè)地塊配置承臺(tái)，承臺(tái)的高程即為抬升試驗(yàn)的地面平整度標(biāo)準(zhǔn)，以此為標(biāo)準(zhǔn)可以最大程度上保證建筑地基的平整度，使得每個(gè)地塊均處于同一平面。在實(shí)際工程施工中，要保證不同地塊處于同一平臺(tái)存在一定的難度，因此，不同地塊的高程差允許范圍在2 cm 以內(nèi)。此外，如果相鄰的兩個(gè)承臺(tái)沉降差異較大，具體施工過(guò)程中相鄰地塊的提升基準(zhǔn)可以以二者地面的連線為基礎(chǔ)，整體呈平滑過(guò)渡趨勢(shì)，保證了施工現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)地塊的一致性。

其次，合理布設(shè)注漿孔。在建筑施工過(guò)程中，樁基抬升試驗(yàn)會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)土層造成不同程度的破壞，影響后續(xù)的正常施工。為了將這種破壞影響降至最低，施工過(guò)程中要合理布設(shè)注漿孔，科學(xué)進(jìn)行施工規(guī)劃，參照施工參數(shù)確定注漿孔的直徑。建筑樁基施工注漿孔的直徑應(yīng)控制在6.0 ～6.3 cm，且注漿孔需遠(yuǎn)離地面板，能夠有效保護(hù)地面。

最后，實(shí)時(shí)抬升觀測(cè)。抬升試驗(yàn)過(guò)程中需要選擇合適的器具對(duì)地面抬升數(shù)值進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)，及時(shí)了解抬升試驗(yàn)的具體情況，避免抬升量過(guò)小達(dá)不到效果，或者抬升量過(guò)大導(dǎo)致工程量加大的問(wèn)題。地面抬升觀測(cè)可采用4.5 ～5.0 cm 量程百分表，如果觀測(cè)到抬升高程數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)高程數(shù)量接近時(shí)，抬升即刻停止，注漿即可開(kāi)始，直到各地塊高程與平整度要求相符[7]。

4.3 加強(qiáng)混凝土施工質(zhì)量控制

首先，合理選擇混凝土供應(yīng)商，詳細(xì)考察混凝土供應(yīng)點(diǎn)到工程所在地的行車線路，優(yōu)化行車路線，保證混凝土的性能穩(wěn)定。其次，合理安排混凝土澆筑程序?？蚣艚Y(jié)構(gòu)的混凝土澆筑程序一般是先柱后梁，然后墻，最后板。這種澆筑程序更符合混凝土的強(qiáng)度增長(zhǎng)要求，能夠防止混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生裂縫。最后，合理控制混凝土配合比。振搗時(shí)要振搗到表面出漿為止，避免發(fā)生模板漏漿。

5 結(jié)語(yǔ)

框剪結(jié)構(gòu)在建筑工程中的應(yīng)用十分廣泛，其同時(shí)兼具框架結(jié)構(gòu)與剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，大大保證了建筑項(xiàng)目的安全性，有利于提高建筑質(zhì)量。實(shí)際施工過(guò)程中，應(yīng)注意避免施工缺陷，通過(guò)合理分布樁基剛度、采取規(guī)范的抬升試驗(yàn)以及加強(qiáng)混凝土施工質(zhì)量控制等措施，減少施工缺陷，提高工程整體質(zhì)量。