紹興小砌塊建筑的裂縫控制及發(fā)展對策

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一、發(fā)展過程的簡要回顧 
    紹興小砌塊的發(fā)展，甘年來走過了曲折發(fā)展的過程。八十年代～第一個十年，從學習、考察、引進、試點、推廠，在政府干預下逐步發(fā)展，到1984年開始興建第一個住宅小區(qū)，此后陸續(xù)興建了4～5個小區(qū)，大有燎原之勢，而當時的社會背景是無房戶、人均住房面積只有幾平方米的較多，人們的需求是有房可住，標準也不要太高、租得起就行。小砌塊順應了這個潮流，這個需求，小砌塊除了符合節(jié)土節(jié)能這基本國策外，還可以多造一層（同等條件由于紅磚重，因而紅磚造五層，小砌塊可造六層），一戶可以多3％～5％的住宅面積（小砌塊比一磚薄5公分）等優(yōu)點，加之紹興紅磚質(zhì)量和觀惑較差等原因，因此，在政府城建部門的統(tǒng)率下，順利地導到推廣。 
    第一個十年也是探索砌訣建筑防滲漏、防裂和加強隔熱的過程，尤其在八十年代末期，有的小砌塊房屋頂層端部出現(xiàn)了“V” 型包角裂縫和縱墻上的“八”字形斜裂縫，有的內(nèi)墻上出現(xiàn)階梯形的干縮裂縫，從第一個小區(qū)開始采用不埋式板基，出現(xiàn)了較大的沉降和沉降差，也導致了一些底層倒八字沉降裂縫以及窗角的斜裂縫（當時推廣不埋板基之后感到在軟土地基既可不打樁，又可多蓋一層，總沉降量一般也不會超過老規(guī)范的經(jīng)驗值）；在第一個小區(qū)也出現(xiàn)一些房屋的滲漏，樓板處的小砌塊形成水槽，造成室外停雨，室內(nèi)流水的現(xiàn)象；有的小區(qū)砌塊房屋，在伸縮縫處設雙墻，荷載加重導致地基過大沉降而促成上部砌塊開裂等等。 
    所有這些裂縫雖引起城建主管部門、設計、施工單位的重視和探索，但對住戶來說因為是租房，只要求補縫、防滲就可以了，反應不是很大。 
    九十年代一第二個十年，這是有高峰有低谷，現(xiàn)在進入邁向新世紀發(fā)展的十年，1993年進入了大建設時期，小砌塊建筑也應運蓬勃發(fā)展。l991年起，總結(jié)過去十年經(jīng)驗教訓，鞏固發(fā)展有效措施，由紹興市建筑設計院主編的小砌塊省標準圖頒布施行，對小砌塊建筑的發(fā)展開始起到指導作用，這期間由市設計院設計的塘南小區(qū)14幢樓按省標要求造的試點住宅，由省沒計院沒計的城東鶴池苑近百幢住宅（采用樁基）相繼建成，效果很好。這期間各房屋開發(fā)公司都建造了大批小砌塊建筑。但是，80年代末期建造的住宅，由于在軟土地基上采用不埋板基或淺埋整板基礎，沉降要持續(xù)很長時間，建筑物的沉降和差異沉降在1996年－1997年陸續(xù)暴露出來，沉降不均勻帶來不同程度的裂縫；90年代初期建造的住宅也由于不少仍采用淺基和大建設時期的一些施工質(zhì)量問題，相應也產(chǎn)生一些裂縫：1994年又實行房改，原有的公房一變而為個人財產(chǎn)，歷史的沉積的裂縫有發(fā)展，就成為投訴的對象，新建房屋一有裂縫就成為上訪的理由，住戶對安全問題感到憂慮。這些房屋雖經(jīng)糾偏加固，于1998－1999兩年先后處理完畢，并已確保住戶使用安全。但社會上傳來傳去，加上媒體反映，給紹興小砌塊籠罩了一片陰影。在這種情況下，只有在政府有能力干預的安居工程繼續(xù)采取了已有的防裂、防滲，隔熱等經(jīng)驗和確保地基基礎強度和穩(wěn)定的措施，推廣使用小砌塊、在艱難中豎起一桿旗幟。1996年一些小砌塊的積極分子開始了三排孔小砌塊的研究，1998年開始了小批應用，于今年初完成了力學和物理性能試驗，現(xiàn)在已在“快閣苑”二期中正式批量使用，同時結(jié)構(gòu)住宅建造試驗工程，進行整幢樓的隔熱、隔聲性能現(xiàn)場試驗研究。這在艱難中又豎起一桿旗幟。紹興小砌塊正走出前進中難免在的和人為影響形成的低谷，大步邁向新世紀。 
    二、裂縫控制的不斷探索 
    為編制省標準設什，對八十年代開始建造的小砌塊建筑進行調(diào)查，出現(xiàn)過以下幾種裂縫[1]： 
    1、溫差應力引起的裂縫，主要在平屋頂，房屋頂層的端部開間，有端部窗上角斜裂縫，端部內(nèi)縱墻的斜裂縫，或為圈梁下的水平縫，最典型的是人民路上一幢4層住宅樓，頂層四角已形成“V”型包角裂縫，下面三層為斜裂縫，頂層裂縫最寬，逐丟減小。 
    2、地基變形引起的裂縫，主要在房屋的底層，表現(xiàn)為房屋端部處縱墻窗角和內(nèi)縱墻上的斜裂縫，嚴重的發(fā)展到二、三層，底層最寬，逐層減少，特別嚴重的對穿窗角或在內(nèi)縱墻上斜穿一層。 
    3、小砌塊干縮引起的裂縫，典型的單純的干縮裂縫較少見，紹興某幼兒園教室橫墻中部出現(xiàn)階梯形裂縫屬于這種裂縫，一般情況是和其他原因一起形成了斜裂縫、階梯縫或豎直縫等。 
    4、差異荷載或應力集中引起的裂縫，常出現(xiàn)在孔洞的底角斜裂縫、底層窗臺下墻體階梯縫、斜裂縫，也有豎直縫，承重梁下部裂縫。 
    在1990年編制小砌塊省標時，筆者曾對裂縫的成因進行初步的分析[1]： 
    紹興地區(qū)平屋頂夏天在太陽直接照射下，屋面表面溫度比屋面下墻體高出20～30℃，這個溫差引起的拉應力可達0.25～0.4MPa，而紹興的年溫差、日溫差引起的應力可達0．4、0．15MPa，而小砌塊墻體的抗剪強度僅為0．1～0．22MPa，因此溫差應力形成屋蓋推力，產(chǎn)生的剪，拉應力超過了墻體抗剪、抗拉能力時就開裂。 
    紹興地區(qū)大多為軟土地基，4～6層小砌塊房屋過去大多采用條基或板基，地基應力呈馬鞍型，沉降極易不均勻，墻體在撓曲作用下產(chǎn)生剪應力或主拉應力過大而開裂。尤其是整板基出，其本身剛度不大，上部結(jié)構(gòu)往往不注意加強整體剛度，因而對地基變形的協(xié)調(diào)能力低。 
    小砌塊是由混凝土澆注而成，不象粘上磚要經(jīng)燒結(jié)而成，因而小砌塊的干縮值比較大，一般在自然養(yǎng)護28天后，其收縮率約0．035％（亦即0.35mm/m），砌成后約為0．02％，其收縮應力可達0．3MPa，大大超過砌體的抗拉強度。而且小砌塊在28天以內(nèi)的收縮率要比28天以后的收縮率大好幾倍，當然28天以后的小砌塊如遇水浸濕。再干燥，其收縮率也在0．025％以上。所以對于長墻容易出現(xiàn)干縮裂縫。
    關于應力集中和差異荷載情況引起的裂縫，這可以從孔口應力集中方面來分析，筆者曾參與混凝土壁板孔口應力的研究，在垂直荷載作用下，垂直壓應力的峰值比平均壓應力大2一3倍，且集中在孔口側(cè)邊一倍板厚的范圍內(nèi)，水平拉應力峰值也集中在孔頂孔底的邊緣，孔角的主拉應力也較集中，同樣小砌塊墻體的孔口也是如此，無論在垂直荷載或變形荷載作用（如溫差、干縮）下，都會因應力集中而產(chǎn)生裂縫。 
    綜上所述，紹興院在編制小砌塊省標中（浙G16一91），針對上述裂縫現(xiàn)狀和分析，采取了下述的一些措施，使紹興小砌塊房屋裂縫，得到了有效的控制[2]。 
    1、為防止由于鋼筋混凝土屋蓋的溫度變形引起的頂層墻體開裂，應采取以下措施。 
    ①鋼筋混凝土平屋蓋上應設置隔熱層或保溫層；采用剛性防水層時，應設置隔離層、分艙縫（分艙縫應填以柔性材料）、隔熱板。檐口和女兒墻也要斷開。 
    ②在多層房屋的兩端頂層及下一層兩個開間的窗臺高度處沿內(nèi)外縱墻及橫墻設置鋼筋混凝土墻帶或鋼筋墻帶（即窗頂設圈梁、窗臺設墻帶），在設置鋼筋混凝土墻帶部位的門窗兩側(cè)一孔，各加：圓10豎筋，再用C15混凝土灌實。 
    ③屋蓋處挑梁伸入墻體部分的長度在滿足抗傾復計算要求情況下宜適當延長，且挑梁根部應與圈梁連成整體。 
    ④在不影響房屋整體剛度的情況下，可在房屋端部或變形縫兩側(cè)開間的屋面板底設置滑動層（刷廢機油二遍或鋪油氈一層）。 
    2、為減少由砌塊干縮引起的墻體開裂應注意以下事項： 
    ①小砌塊應在達到設計強度等級并在齡期一個月以后方可使用。 
    ②砌塊應采用密實性混凝土，并機械成型。 
    ③砌筑前不應灑水淋濕，對于已砌好墻體，最好能覆蓋塑料布防雨，被雨淋濕處，應拆除最上一皮，方能繼續(xù)砌筑。 
    ④嚴格對孔錯縫砌筑，盡量采用塑性砂漿，確?；铱p飽滿并符合規(guī)程要求。 
    3、為防止各種變形作用引起墻體開裂的綜合措施 
    ①多層房屋的墻體陣縮縫、沉降縫應按有關規(guī)范規(guī)程要求設置。并應力求建筑剛度的均勻，建筑體型的簡潔。 
    ②為增強房屋整體剛度，對四層以上房屋須在房屋四大角及外墻轉(zhuǎn)角、樓梯間、四角設置混凝土芯柱，一般為三孔。對于軟弱地基，還要在角孔或中孔配置圓10鋼筋混凝土芯柱。 
    ③對于軟弱地基上的三層及以上的房屋，其長高比值不大于2．5；當房屋長高比且不大于3．0時，盡量作到縱墻不轉(zhuǎn)折或少轉(zhuǎn)折。 
    ④對于軟弱地基上采用整板基礎的房屋，當預估最終沉降量＞120mm時，應有不少于兩道縱墻拉直貫通，每層板底設置圈梁。盡量使上部的重心和板基的形心重合。
    4、對于地震區(qū)，利用抗震措施以防裂，實行平震結(jié)合，震時抗震，平時防裂。 
    此部分不再詳述，詳見小砌塊省標的抗震部分。 
    小砌塊省標在1992年開始施行，1991年按省標要求由市設計院沒計，建造了14幢住宅，迄今沒有發(fā)現(xiàn)上述裂縫，偶爾見到圈梁底一條細小的水平縫。1993年由省設計院設計的經(jīng)濟開發(fā)區(qū)約30萬平方米住宅（六層帶自行車庫），采用沉管灌注樁基，并將芯柱改為構(gòu)造柱。迄今仍沒有發(fā)生上述裂縫，也是偶見圈梁底的細小水平裂縫或窗角短小細裂縫。事實證明小砌塊省標采取的防裂措施是有效的。 
    但是前述的80年代末期，90年代初期建造的一些采用整板或淺筏基礎的住宅，暴露出小砌塊墻體的不少裂縫，其主因是由于地基沉降不均勻引起的。如某小區(qū)五幢住宅，整體性和砌筑質(zhì)量尚可，芯柱布置也較合理，從裂縫上看兩端單元較多，中間單元較少；另一小區(qū)三幢住宅施工質(zhì)量較差，平立面布局不夠合理，由于地基不均勻沉降導致了上部一至六層大量裂縫，從小砌塊墻體自身情況來看，五幢質(zhì)量較好的住宅，由于部分使用了齡期未到的小砌塊，增加了墻體的收縮，產(chǎn)生了階梯縫；三幢質(zhì)量差的住宅，房屋兩喘底層和二層墻體出現(xiàn)不少豎向裂縫，局部砌塊已有壓碎現(xiàn)象，這雖由于地基沉降引起，但砌體本身強度不足和施工質(zhì)量差，灰漿不飽滿也是導致開裂甚至壓裂的主要因素，三幢住宅頂層縱橫墻的八字縫，階梯形斜裂縫，主要是沒有按省標要求的措施到位，抵抗不了溫差變形而形成的。 
    鑒于軟弱地基采用整板基礎的教訓，市建管局、墻改辦和安居辦在開發(fā)安居工程上采取了強制性的措施，如樂苑新村全部采用水泥攪拌樁，在快閣苑一、二期全部采用沉管灌注樁基礎，解除了由于地基不均勻沉降引起墻體裂縫的后顧之憂。 
    市建管局、市府辦于1997年、1998年相繼頒發(fā)了加強建筑工程質(zhì)量管理工作的紅頭文件，實行強制性實施，主要有對在深厚軟弱上層上建造四層半（含車棚）以上的住宅工程，均應采用沉管樁等樁基礎或?qū)Φ鼗M行處理。對不采用樁基礎的四層半（含車棚）以上的住宅工程，地基必須滿足有關規(guī)范的強度和變形要求，以及對深層攪拌樁作為地基處理手段的控制要求。 
    文件[3]強調(diào)“認真推進墻體改革，不斷發(fā)展混凝上空心小型砌塊等新型墻體材料，加大腫混凝土空心砌塊等新型墻體的研究推廣力度，提高小砌塊的強度、抗裂、隔熱、抗?jié)B等注能。
    小砌塊建筑必須按照現(xiàn)行小砌塊規(guī)程、砌體規(guī)范、抗震規(guī)范和國標、省標圖集一并執(zhí)行。目前凡不具備專門芯柱混凝土配置和灌筑條件時，一律以鋼筋混凝土構(gòu)造柱代替芯柱。小砌塊必須達到設計強度指標，并有一個月齡期方可出廠，砌筑砂漿必須嚴格按照設計要求采用塑性砂漿、低收縮或不收縮砂漿，控制坍落度，減少失水性。6度抗震設防地區(qū)，砌筑砂漿必須達到M5。各類型出肋或不出肋小砌塊，施工單位必須有確保措施使水平和豎直灰縫飽滿度達到現(xiàn)行規(guī)程要求。現(xiàn)行規(guī)程和國標、省標圖集的構(gòu)造防裂措施必須堅持執(zhí)行。當采取有效的防裂措施時，方可采用外墻紅磚，內(nèi)墻小砌塊的結(jié)構(gòu)體系。”市府以文件形式頒布技術性規(guī)定是對建筑工程質(zhì)量特別是小砌塊建筑的發(fā)展和裂縫控制的有力的推動。
    三、繼續(xù)發(fā)展的對策 
    小砌塊的繼續(xù)發(fā)展，裂縫控制仍然是發(fā)展的關鍵因素，對裂縫控制的深入探討、研究和實踐仍然是當務之急。 
    1、從概念原則上解決裂縫的控制。筆者[3]在1992年提出“防，放、調(diào)的結(jié)合”，在1994年、1997年又相繼提出“加強整中約束和局部約束”、“注意釋放和調(diào)整”、“提高抗御能力”以及“防裂和抗震結(jié)合”等原則。也就是說對待裂縫控制，腰約束又要釋放：既要抵抗，又要調(diào)整。積甘年紹興的經(jīng)驗，有效的裂縫控制措施基本上是建立在上述原則上的。下一步需要對“約束、釋放、抗御。調(diào)整”進行具體的理論上的深比。實踐上的發(fā)展，以形成裂縫控制技術上的配套。 
    2、從體系上解決裂縫的控制，小砌塊本身就是薄壁空心的微觀體系，由小砌塊作為墻體與地基基礎。樓屋蓋等組成另一種砌體結(jié)構(gòu)體系，過去純粹采用芯柱是仍歸屬于砌塊體系，但小砌塊加構(gòu)造柱的體系又有別于有芯柱的體系。紹興也建造了一批外磚內(nèi)塊體系，現(xiàn)在正籌劃小砌塊加異形柱或短肢剪力墻的體系。l998年開始市建管局推薦樓屋蓋采用現(xiàn)澆體系，這又有別于多年習慣的多孔板的裝配體系。 
    市墻改辦也考慮搞一些配筋砌塊體系，不同的結(jié)構(gòu)體系對裂縫的控制均是尺有所短、寸有所長。所以必須加強各種砌塊結(jié)構(gòu)體系的裂縫控制的研究和實踐。 
    3、從整體上解決裂縫控制[3][4]。過去的砌塊房屋的防裂抗裂主要是從結(jié)構(gòu)上去考慮，有一些非結(jié)構(gòu)手段也只在減少溫差裂縫方面。而沒有更多地從整體上去控制。諸如平面布局。立面布置。房屋體型。整體剛度。共同作用等等。例如紹興有一幢底框五層磚房，磚房平面尺寸為20.64X9.54，外挑陽臺和雨蓬，屋面有隔熱層、防水層、隔離層及架空隔熱板。結(jié)果頂層四角墻體被推出。雨蓬挑梁下出現(xiàn)大的斜裂縫，或者是雨蓬沿梁下縱墻出現(xiàn)斜裂縫，甚至交叉裂縫，開裂原因主要是溫差變形加上雨蓬挑梁頭部荷載偏大所致。但是單純從溫度變形分析，應該說20m長10m寬的屋面不致有如此大的推力，所以對小砌塊房屋的裂縫控制應該與抗震一樣，從概念設計入手，從整體原則開始，加強構(gòu)造措施，由理比到量化，綜合控制。 
    4、在小砌塊上做文章。小砌塊是以單排孔型式問世的。在紹興，考慮到江南地區(qū)隔熱的需要，設計制作了雙排孔，使用于西山墻上。從1996年起又研制三排孔小砌塊，1998年開始推廣，在兩幢主宅上應用，1998年底由浙江大學作了力學和物理性能試驗，性能良好，熱工指標與粘土磚一磚相一致，力學性能也比單排孔有較大提高，由于三排孔砌塊采用封底形成盲孔，端部形成槽齒，保證了砌筑豎向灰縫的飽滿度并增加了咬合力，封底保證了水平灰縫的飽滿度。從而提高了砌體的抗壓、抗剪。抗拉能力。由于封底，形成橫向隔板，從墻體分析，增加了墻體剛度和穩(wěn)定性，從施工來看，保證了鋪灰的質(zhì)量，所以雖然從提高隔熱性能來研制三排孔，但實質(zhì)也提高了小砌塊結(jié)構(gòu)的抗裂度，因此還需要進一步在小砌塊類型。系列化及墻厚等方面作深入的研究。 
    5、加強工程試驗研究，從理論結(jié)合實踐上解決裂縫的控制。紹興今年對三排孔小砌塊選擇安居工程兩幢建筑進行熱工性能對比試驗?，F(xiàn)在由市墻改辦牽頭。正與浙江大學協(xié)商，共同進行裂縫控制的工程試驗研究，以期取得工程性的定性定量分析成果，再推廣到量大面廣的砌塊建筑上來。