框剪结构建筑施工缺陷问题分析

2022-12-30陈代君杨文义

中国建筑装饰装修 2022年15期

陈代君张峰杨文义

1 框剪结构的特点

框剪结构即框架剪力墙结构，是框架结构与剪力墙结构的综合应用，通过铰支座连接或者固定支座连接的方式将梁、桩、墙体连接在一起，各种结构形成一个完整的承重体系。与其他建筑结构相比，框剪结构的优势体现在两个方面：一是通过计算在框架结构中布置相应数量的剪力墙，结构更灵活，具有更大的自由空间，可最大程度上满足不同的建筑功能使用需求；二是剪力墙的应用能够形成侧向刚度，大大提升了结构整体的抗变形能力，且结构体系的抗震性能也会有所改善[1]。从这个意义上讲，框剪结构是框架结构与剪力墙结构两种结构体系的综合体，兼具上述两种结构的优势，因此具有结构体系更灵活、刚度与承载力更高、施工操作更简便的优势。

从受力特点、刚度特点、抗震特点3个方面分析框剪结构特点。第一，在受力方面，框剪结构体系受到不同作用力的作用时，应力发生变化，构件也会随之出现弯曲与变形。第二，在刚度方面，当框剪结构体系构件的受力性能接近纯框架结构的受力性能时，可能会影响框架的刚度，此时需要强化框剪结构体系。第三，在抗震方面，框架与剪力墙刚度之间的比例关系是决定框剪结构体系抗震等级的主要因素，当然需要结合抗震设计规范进一步确定结构的抗震等级[2]。

2 影响框剪结构施工质量的主要因素

框剪结构出现施工缺陷通常不是由单一原因造成，而是由多个复杂因素所致。具体而言，影响框剪结构施工质量的主要因素包括管理方面、材料方面、机械设备方面、施工工艺及人员方面等。

（1）管理因素。管理因素导致的施工质量缺陷问题主要包括标高错误、建筑轴线偏差超出设计标准、混凝土构件尺寸不符合要求、受力钢筋型号错误、钢筋绑扎位置不规范及门窗尺寸错误等。造成这些问题的主要原因是未针对设计图、施工图进行严格会审，技术交底工作不到位，施工单位盲目施工，未按操作规程、验收规范进行质量管理，施工完成后也未按照基本建设程序进行报检、验收[3]。

（2）材料因素。材料因素造成的施工缺陷问题主要有混凝土构件发生变形、开裂甚至断裂，严重时可能会导致建筑结构坍塌。这主要是由于钢筋力学指标达不到设计标准，水泥质量不达标，石子、砂级配不合理，混凝土中的石子、砂含泥量不符合设计要求。这些因素均会直接影响钢筋混凝土结构的质量，进而影响建筑的整体质量。

（3）其他因素。其他因素包括设备因素、施工工艺因素、人员因素等，虽然这些因素不是造成框剪结构施工缺陷的主要原因，但是也会直接影响建筑结构的质量。机械设备的型号、性能、施工生产的适用性、实用功能等，均会影响框剪结构的施工质量。例如，如果钢筋加工设备型号选型不合理，则钢筋的成型质量就很难达到要求，对钢筋的力学性能产生影响；如果混凝土搅拌设备选择不合理，可能导致混凝土搅拌不充分，最终影响混凝土构件的质量。

此外，混凝土浇筑设备性能的稳定性也会直接影响混凝土的浇筑质量等等。施工工艺主要包括技术方案、工艺流程、施工组织设计等，只有保证相关技术文件的完整性、准确性，才能保证工程质量。施工人员是指参与工程施工的相关人员，主要包括组织人员、指挥人员、具体的施工操作人员等，施工人员的职业道德素养会直接影响施工质量[4]。

3 工程案例分析

3.1 工程概况

阳光一号工程二单元门斗为地上二层（局部三层）、地下一层框架结构，楼板为钢筋混凝土现浇板。该工程勘察单位为新疆岩土工程勘察设计研究院。查阅设计图纸，该工程门斗柱基础采用扩底墩基础，扩底墩持力层为圆砾，进入持力层深度不小于1 m，门斗基础扩底墩顶共设3 道地梁，地梁顶标高均为-5.95 m。经抽测，该工程门斗第二层、第三层框架的柱、梁、板未见明显裂缝现象，负一层、一层的浇构件存在不同程度的裂缝、断裂现象。

3.2 缺陷分析

3.2.1 负一层轴框柱裂缝

该框柱有两处严重断裂：一处距负一层顶梁梁底以下约100 mm 处呈环形水平断裂，断裂处100 ～300 mm 内有混凝土破碎、脱落现象，裂口处钢筋表面锈蚀；另一处距梁底以下约1 000 mm 处断裂，断裂处约500 mm 范围内存在混凝土破碎、脱落现象，裂口处的钢筋表面锈蚀。该框柱柱顶与一层柱根交接处有水平裂缝，裂缝最大宽度约1.5 mm，靠外角处的裂缝最大，向两边延伸变小。检查发现该框柱在框梁梁底标高处以下柱身已发生位移倾斜，分别向框柱B 面外侧方向最大位移约60 mm，向框柱A面外侧方向最大位移约7 mm。

3.2.2 负一层轴段框梁裂缝

轴段框梁处存在3 道斜向的裂缝：靠11/K 轴的一道斜向裂缝与靠7/K 轴的两道同走向的斜向裂缝整体呈正“八”字形，裂缝均上大下小，裂缝贯穿梁截面，裂缝的最大宽度约2 mm。J ～K/7 轴段框梁靠7/K 轴存在1 道斜向裂缝，裂缝上大下小，裂缝贯穿梁截面，裂缝最大的宽度约0.8 mm。靠7/（1/J）轴次梁处有1道近似竖向裂缝，裂缝贯穿梁截面，裂缝最大宽度约0.5 mm。7/J ～K 轴段框梁存在3道斜向裂缝，裂缝均上大下小，贯穿梁截面，裂缝最大宽度约0.4 mm；靠7/（1/J）轴与7 ～11/（1/J）轴段框梁交接处存在一道竖向裂缝，裂缝最大宽度约1.2 mm。

3.2.3 负一层轴段地梁裂缝

7 ～11/K 轴段地梁靠7/K 轴与墩基交接处存在一道竖向裂缝，裂缝贯穿整个地梁截面。裂缝上大下小，裂缝最大宽度约5 mm，裂缝自地梁顶向下延伸长约520 mm，裂缝处混凝土疏松。该地梁在靠近靠7/K 轴位置存在多道斜向裂缝，贯穿地梁截面，裂缝上大下小，最大宽度约3.5 mm。

J ～K/11 轴段地梁距离11/J 轴约200 mm 处存在一道近似竖向裂缝，贯穿地梁截面，裂缝上大下小，最大宽度约20 mm，裂缝自地梁顶向下延伸至地梁底；距11/J 轴约450 mm 处存在一道近似竖向裂缝，裂缝贯穿地梁截面，裂缝上大下小，最大宽度约10 mm，裂缝自地梁顶向下延伸长约300 mm；地梁中部存在一道斜向裂缝，裂缝贯穿地梁截面，裂缝处上大下小，最大的宽度约为20 mm，裂缝自地梁顶部向下延伸至地梁底。

J ～K/7 轴段地梁靠7/K 轴与墩基交接处存在一道竖向裂缝，裂缝贯穿地梁截面，裂缝上大下小，最大宽度约为3 mm，裂缝自地梁顶向下延伸长度约为200 mm，裂缝处混凝土疏松。

3.2.4 门斗柱地基及桩基缺陷分析

现场对该工程轴段门斗柱地基及桩基进行调查检测，调查检测情况如下。

（1）先在门斗柱基两侧布置两个人工支护探井，查明地基土质、检测桩长、桩身完整性、桩底沉渣及桩端持力层，在西侧7/K 轴门斗柱探井开挖至约10 m，东侧11/K 轴门斗柱开挖至约6.5 m（两侧探井开挖面均从室外地坪下约3 m 开始，开挖面下约3 m 见门斗地梁），因探井的出水量较大，坑壁土体松散出现涌土现象，存在极大安全隐患，停止人工开挖。现场调整检测方案为开挖至地梁顶，采用台钻对11/K 轴门斗柱有明显沉降的基桩进行钻芯检测，并同时对门斗两根桩基分别进行桩身完整性低应变检测。

（2）根据探井及钻孔揭露，门斗区域回填土厚度约21 m（从室外地坪算起），回填土结构松散，力学性能差，属欠固结土；下部为圆砾，埋深约21 m（从室外地坪算起），在该圆砾中进行重型动力触探试验，未修正击数22 ～39 击，力学性能良好，呈中密-密实。

（3）根据人工探井开挖，门斗桩基未见支护痕迹，且西侧7/K 轴门斗桩基在桩顶标高下约6.5 m 有扩径现象（扩出约0.25 m）。

（4）对门斗东侧11/K 轴基桩现场钻芯，在钻至桩顶标高下2.5 ～2.6 m 有轻微漏浆现象，表明该处桩身有裂隙。钻至桩顶标高下约8.3 m，有约7 cm 桩体钻进较快，该处芯样较破碎；钻至桩顶标高下14.9 m，桩身混凝土钻穿，桩端土质为填土（或沉渣），厚度约0.3 m（沉降变形后的厚度），下部为圆砾层。

（5）现场对门斗地梁开挖清理，发现7/K 轴门斗柱桩头顶部存在一道弧形裂缝，为贯穿性裂缝，局部裂缝延伸至下部桩基中。

（6）现场对门斗桩基进行低应变桩身完整性检测，西侧7/K 轴门斗桩身基本完整，根据特征波速，推测桩长大约为15.7 m。

3.3 原因分析

根据现场裂缝特征及地基、桩基检测结果，该工程7 ～11/J ～K 轴段门斗柱断裂、桩顶及地梁裂缝产生的主要原因为：门斗基础采用桩基，在施工时东侧11/K 轴桩基桩端为欠固结填土（或塌孔沉渣），造成桩基产生严重沉降，与西侧11/K 轴桩基产生较大的差异沉降，导致门斗柱断裂、桩顶及地梁产生裂缝。

4 框剪结构建筑施工缺陷问题的解决措施

针对框剪结构建筑施工中存在的各类缺陷问题，需要从根源上分析缺陷问题发生的原因，并采取科学的施工技术，以提高施工质量，具体可从以下几个方面着手。

4.1 设置合理的桩基刚度分布

上述案例中桩基严重沉降是导致门斗断裂、桩顶及地梁产生裂缝的主要原因，因此要设置合理的桩基刚度分布，减少桩基沉降。建筑工程中的桩基沉降包括群桩沉降和单桩沉降。群桩沉降即不同桩基发生不均匀沉降，当角桩附加应力低于中心桩时，中心桩就会发生严重沉降，最终导致建筑整体发生沉降。与单桩沉降相比，群桩沉降的概率更高，且影响更大[5]。

因此，施工单位在施工过程中要对现场土地体的内部形变进行协调，比如采用地基刚度特征分布调整，即调节建筑桩基支承刚度、现场土体刚度等，保证建筑桩基刚度合理分布，避免发生不均匀沉降问题。

土体刚度调整可以采用刚度垫层处理方法，根据大量的工程实践经验可知，混凝土垫层宽度与基础宽度为0.3 ～0.7时土地刚度可达到最佳。在调节建筑桩基支承刚度时，当桩基布设面积占总面积的1/3 左右时可显著提升地基的承载力，有效防止中心桩出现较大沉降，避免出现不均匀沉降问题[6]。

4.2 采取规范的抬升试验

所谓抬升试验是指抬高施工现场土体，改变施工现场参数，其目的是改善不均匀沉降问题。采用抬升试验时需要注意几个问题。

首先，抬升试验参数设计要合理。施工单位要认真研究建筑平面布置图，结合现场勘查报告，将施工现场的地面划分为若干地块，每个地块配置承台，承台的高程即为抬升试验的地面平整度标准，以此为标准可以最大程度上保证建筑地基的平整度，使得每个地块均处于同一平面。在实际工程施工中，要保证不同地块处于同一平台存在一定的难度，因此，不同地块的高程差允许范围在2 cm 以内。此外，如果相邻的两个承台沉降差异较大，具体施工过程中相邻地块的提升基准可以以二者地面的连线为基础，整体呈平滑过渡趋势，保证了施工现场连续地块的一致性。

其次，合理布设注浆孔。在建筑施工过程中，桩基抬升试验会对现场土层造成不同程度的破坏，影响后续的正常施工。为了将这种破坏影响降至最低，施工过程中要合理布设注浆孔，科学进行施工规划，参照施工参数确定注浆孔的直径。建筑桩基施工注浆孔的直径应控制在6.0 ～6.3 cm，且注浆孔需远离地面板，能够有效保护地面。

最后，实时抬升观测。抬升试验过程中需要选择合适的器具对地面抬升数值进行实时观测，及时了解抬升试验的具体情况，避免抬升量过小达不到效果，或者抬升量过大导致工程量加大的问题。地面抬升观测可采用4.5 ～5.0 cm 量程百分表，如果观测到抬升高程数值与标准高程数量接近时，抬升即刻停止，注浆即可开始，直到各地块高程与平整度要求相符[7]。

4.3 加强混凝土施工质量控制

首先，合理选择混凝土供应商，详细考察混凝土供应点到工程所在地的行车线路，优化行车路线，保证混凝土的性能稳定。其次，合理安排混凝土浇筑程序。框剪结构的混凝土浇筑程序一般是先柱后梁，然后墙，最后板。这种浇筑程序更符合混凝土的强度增长要求，能够防止混凝土结构发生裂缝。最后，合理控制混凝土配合比。振捣时要振捣到表面出浆为止，避免发生模板漏浆。