旧城区改造施工中出现建筑裂缝问题的探讨

旧城区改造施工中出现建筑裂缝问题的探讨
 郭峰
[摘要]：城区改造施工中引发周边建筑裂缝问题是我市建筑行业普遍存在的问题，本文对此类裂缝问题产生的原因、特性和类型进行了分析，并提出了裂缝处理办法，为其他旧城区改造建设者和相关住户提供一定的参考。
[关键词]：房屋裂缝 地下降水 安全鉴定 裂缝修复
0. 前言
随着中国新一轮城市建设的到来，各地政府都在对旧城区进行改造，打造一个现代文明的城市，在改造中势必会对原旧城区的建筑进行拆、修，由于各施工段施工的时间不一，周边建筑受施工的影响普遍出现房屋裂缝等问题，本文即是对这方面工程施工问题进行分析和探讨，并提出其解决方案。
1.工程案例
位于沅江市沿河路的住宅小区工程，2007年被列入旧城城改造工程，该工程周边均为六七十年代建设的民房，天然基础，层高为一至四层不等的砖混结构。由于基础施工造成南面部分房屋墙面、地面裂缝，裂缝最宽处达1.5厘米宽。开发商和施工单位对此非常重视，在基础施工期间，对基坑的沉降、位移和裂缝进行连续的观测。同时，建设局和质监站等有关领导也非常关注此事，多次到工地现场指导工作。为了安全起见，开发商委托沅江市房地产管理局对裂缝最宽的房屋进行结构安全鉴定，检测结果该房屋满足安全及使用要求。在该工程基础完工后，裂缝的发展已经稳定，施工单位组织对裂缝进行修复，从而圆满解决了此事。
2. 旧城改造中建筑裂缝产生的原因分析
在旧城改造中，由于新的建筑物多为高层建筑，地下室有一至三层不等。在基坑开挖施工过程中，周边建筑物经常受此影响产生墙面、地面裂缝。就此裂缝的产生而言，主要有以下几方面的原因：
2.1基坑支护进度与锚固措施的影响。
在基坑支护过程中，必须采取分层开挖，及时支护的措施，才能确保基坑的安全。如果土方开挖后不及时支护，容易造成土方塌落，产生周边建筑基础下沉、墙地面开裂等严重后果。而且基坑支护应尽量避免雨季施工。另外，锚固的深度对基坑的安全也是至关重要的。
2.2基坑边距离建筑物太近。
由于城中建筑物密集，开发时按红线划分后，相邻地块开发时间不同，造成部分建筑物离基坑的距离太近，有些房屋离基坑的距离甚至在五米以内。而旧城改造项目很多受到施工场地限制，只能垂直开挖，在开挖过程中势必影响附近的建筑物。
2.3地下降水的影响。
由于基础施工过程中必须保证基坑内无水作业，因此施工中要采取连续降水措施，这势必造成大面积地下水位下降，从而大大减少了周边建筑物的基础土层含水量。而旧城中多数建筑均为天然基础，承载能力差，容易引起不均匀沉降，从而产生裂缝。这是导致旧城改造周边建筑裂缝的最主要的原因。
据此分析，旧城改造中引起的裂缝属于变形裂缝。变形裂缝一般有三个阶段，一是潜伏期，二是发展期，三是稳定期。此种裂缝的修复一定要掌握时机，当裂缝进入稳定期不再发展时，一次性修复，不会再裂。
3. 房屋裂缝的特性、类型及成因
3.1房屋裂缝的特性
房屋裂缝，主要表现在混凝土结构和砌体结构上，大多发生在施工或使用过程。房屋在正常使用中，由于旧城城改造过程中的各种原因，使房屋产生裂缝，房屋裂缝有以下特性：
⑴裂缝易发性：工程实践说明，结构物的裂缝是不可避免的，房屋工程也是一样。因为微裂的存在，是材料本身固有的一种物理性质。在工程实践中，由于外力的作用，使房屋变形变化，引起的裂缝约占80%以上，由荷载引起的裂缝约占20%左右。裂缝有微观裂缝和宏观裂缝之分。微观裂缝是肉眼看不见的，肉眼可见裂缝范围一般以0.05mm为界（实际最佳视力可见0.02mm的裂缝）。小于0.05mm的裂缝，称为“微观裂缝”；大于或等于0.05mm的裂缝，称为“宏观裂缝”，宏观裂缝是微观裂缝扩展的结果。
⑵裂缝安全性：现实生活中，人们一看到房屋裂缝，就认为房屋不安全，就会垮。工程质量投诉人，持这种观点的屡见不鲜。其实不然，并不是所有的裂缝都是房屋危险的征兆，只有那些影响结构承载能力、稳定性、刚度以及节点构造可靠性的裂缝，可能危及建筑物的安全使用。而大量常见的裂缝，如温度、收缩、约束裂缝等，并不危及建筑结构安全。试验表明：普通混凝土构件内力不到极限荷载的30%（混凝土应力达到抗拉强度，钢筋应力达50～60Mpa左右），便出现裂缝，裂缝宽度在0.05～0.1mm左右，这种裂缝对结构的安全度没有影响，还可承受70%～80%的极限荷载。
⑶裂缝特状性：裂缝的形状有表面的、贯穿的、纵向的、横向的、上宽下窄的、“枣”核形的、对角线式的、垂直的、斜向的、外宽内窄的、纵深的（深度达1/2厚度）等。裂缝形状与结构受力状态有直接关系，一般裂缝的方向同主拉应力方向垂直，但在砌块结构中和结构物的变截面处，剪应力可能同裂缝平行（纯剪裂缝）。同一条裂缝的宽度是不均匀的。裂缝宽度是指较宽区段的平均宽度。较宽区段，是指该裂缝长度10%～15%的较宽范围，此段的平均裂缝宽度为该裂缝的最大宽度，以δmax表示。在裂缝长度的10%～15%较窄区段内，确定的平均宽度为该裂缝的最小裂缝宽度，以δmin表示。在最大与最小之间取平均裂缝宽度，以δ表示（为最大与最小的平均值）。对裂缝状态的客观描述，起码应能给出有关裂缝间距及裂缝宽度的最大、最小及平均值，即使是一条裂缝，其宽度也应有最大、最小及平均值，这会更加接近实际工程状况。
⑷裂缝运动性：裂缝运动性有两种意思：一是裂缝宽度的扩展与缩小；二是裂缝长度的延伸及裂缝数量的增加。裂缝的稳定运动是正常的。裂缝的不稳定运动，是不正常的，要防止。结构物建成后的最初二、三年内，裂缝的运动较为显着，随着时间的推移，裂缝的波动幅度逐渐衰减，最后趋于稳定状态，只在微小的变动幅度内运动。结构上任何裂缝及变形缝，在周期性温差或周期性反复荷载作用下，产生周期性的扩展或闭合，这就是裂缝的运动。例如，许多防水工程冬季渗漏，夏季停止，就是这种道理。有些裂缝产生不稳定性的扩展，应考虑加固措施。
⑸裂缝渗漏性：裂缝引起的各种不利后果中，渗漏水占60%。水分子的直径约0.3×10-6mm，可穿过任何肉眼可见的裂缝（以0.05 mm为界）。但实际情况不是这样的，如上述试验资料。裂缝在0.1～0.2mm，虽然不能完全胶合，但可逐渐自愈。
⑹裂缝危害性：房屋裂缝的危害，不言而喻，众所周知。荷载裂缝、膨胀裂缝及不均匀沉降裂缝，达到严重程度时，会导致地基基础、主体结构的破坏，从而造成房屋垮塌和人员伤亡。有防水要求的屋面、楼面、外墙面，发生裂缝，会产生渗漏。渗漏发生，影响正常使用，导致腐烂，造成不必要损失。
3.2房屋裂缝的类型及成因
房屋裂缝，可以说是因“力”而生。这有几种情况：
一是由外荷载（如静、动荷载）作用，直接应力（即常规计算的主要应力）引起的裂缝。
二是由外荷载作用，结构次应力引起的裂缝。许多结构物的实际工作状态同常规计算模型有出入，例如屋架按铰接节点计算，实际混凝土屋架节点却有显着的弯矩和切力，这里所称的弯矩和切力即为次应力，它们时常引起节点裂缝。
三是变形变化作用，发生应力引起的裂缝。因温度、收缩、膨胀及不均匀沉陷等因素，引起变形变化。当变形得不到满足才引起应力，应力超过一定数值才引起裂缝。裂缝出现后，变形得到满足或部分满足，同时刚度下降，应力就发生松弛、消失。
概而言之，裂缝分为两大类：即荷载裂缝和变形裂缝。有关资料表明，变形变化（温度、收缩、不均匀沉陷）引起的裂缝占80%以上，由荷载引起的裂缝约占20%左右。在前述80%的裂缝中，也包括变形与荷载共同作用，但是以变形变化为主所引起的裂缝。同样，在20%的裂缝中，也包括变形变化与荷载共同作用，但是以荷载为主所引起的裂缝。
⑴混凝土结构裂缝
①荷载裂缝：结构物受到荷载作用，混凝土内部产生拉应力，当其超过混凝土的极限抗拉强度时，混凝土产生裂缝。普通钢筋混凝土结构受弯构件，如无特殊要求，在荷载标准值作用下是允许出现裂缝的，但其裂缝宽度，在荷载长期效应组合下，不得超过规范限值。实践证明：混凝土结构如严格按现行设计规范进行正确设计，按现行施工及验收规范精心施工，在荷载标准值作用下，其裂缝宽度皆不会超过规范限值。
②设计不周裂缝：由于设计考虑不周，导致混凝土产生裂缝。例如：将各层阳台混凝土挑梁端部，用混凝土柱上下相连，导致上部各层部分荷载传到下部挑梁上，造成底层混凝土挑梁根部出现竖向裂缝。
③变形裂缝：由于混凝土构造措施不当，导致混凝土产生裂缝。例如：在梁上搁置预应力空心板，当板受荷载后，板端（即支座处）转动变形，产生沿板端平行于梁的裂缝。这是因为，设计时预应力空心板按简支板设计，但在构造上未考虑板受荷载后，板端转动变形使板端开裂所致。预应力空心板，由于板与板间接缝构造措施和施工处理不当，导致板间接缝出现了裂缝。例如，有一住户反映，他的客厅地板砖破裂，并发生一声重响。实地查看，是板间接缝开裂。
（2）温度裂缝
由于外界温度变化，使混凝土产生胀缩变形，这种变形即为温度变形。当混凝土构件受到约束时，构件内产生应力。混凝土内部由此产生拉应力，当其超过混凝土抗拉强度极限值时，混凝土便产生温度裂缝。
温度裂缝，往往具有顶层重、下层轻，两端重、中间轻，向阳重、背阴轻，且随温度变化而变化。梁板式结构或长度较大的结构，裂缝多平行于短边；大面积结构，裂缝常纵横交错。深进的或贯穿的温度裂缝，一般与短边平行或接近于平行，且沿建筑物长度方向分段出现，中间较密。此外，在梁板交界处有水平裂缝，梁端出现斜裂缝，屋面板四角易生45°斜裂缝，短肢剪力墙结构现浇板裂缝呈放射形状等。
混凝土结构的温度裂缝，由于其约束程度不同，将产生较大的差别。混凝土约束大致可分为“外约束”和“内约束”两类。“外约束”是指一个物体受到其它物体阻碍，一个结构变形受到另一结构阻碍，这种物体与物体之间，结构与结构之间的相互牵制作用称作“外约束”。“内约束”是指一个物体或一个构件本身质点之间的相互约束作用，称为“内约束”。混凝土结构产生的温度裂缝，绝大部分与“外约束”有关，少部分是由于“内约束”所造成。
总之，温度裂缝，由于温度分布、温差大小，约束程度以及结构构件的类型不同，其温度裂缝的形状和发生的部位，都有较大的差异。同时，还会随时间的推移，温度裂缝会逐渐开展，甚至恶化，温度裂缝是混凝土裂缝中较为复杂的一类。
⑶不均匀沉陷裂缝
地基处理达不到规范要求，特别是在严重湿陷性黄土、冻胀土、膨胀土、盐渍土、软弱土等不良场地，时常产生地基沉陷（膨胀），致使混凝土产生裂缝。
地基沉陷裂缝具有底层重、上层轻，外墙重、内墙轻，开洞墙重、实体墙轻等特点，且多数为斜向裂缝，少数为竖向和水平向裂缝。地基沉陷裂缝首先在混凝土梁上出现，或在梁柱交界处发生，当上部主体结构刚度较大时，有时也在独立基础与柱根交接处出现裂缝。
⑷砌体裂缝
砌体裂缝与混凝土裂缝，产生的原因基本相同，大体上来说，可分为两大类：荷载和变形变化（温度、约束、冻胀、不均匀沉陷）。直观地说，上部裂缝与屋面（温度）有关，中部裂缝与约束有关，下部裂缝与地基（差异、沉降）有关。
①女儿墙裂缝：混凝土屋面板，受热膨胀变形，必然推挤女儿墙，致使女儿墙承受剪力和偏心拉力，在最大变形区——墙角区引起竖向、斜向或水平开裂，同时产生明显的侧移。屋面面层和保温层愈厚、愈密实，且直接顶接女儿墙侧面时，开裂及外移愈加严重。一般裂缝宽度靠端部大，中部小，南、西向比东、北向严重。
②正八字形裂缝：在房屋两端的顶层和次顶层，尤其是顶层，在窗口对角、窗间墙、窗台墙、外墙及内墙都可能产生斜裂缝（或有水平裂缝）。大多数情况下，顶层纵向墙两端部或第一个门窗口出现裂缝的概率高，裂缝往往通过窗口的两对角，且在窗口处缝宽较大，向两边逐渐缩小，缝宽通常在0.2mm以上。顶层外纵墙，或者在室内的横隔墙和山墙上的斜裂缝，呈正八字形，这是屋面板热胀冷缩引起的。
③倒八字形裂缝：在个别的建筑物上，也发现过倒八字形裂缝。这是因为，构件受热后，不是膨胀变形，是缩短，而引起倒八字形裂缝。研究表明，热膨胀及收缩都有一个时间问题，收缩作用是一个延续时间较长的过程，当受热或由于混凝土材质不良，养护条件不利时，都会加大收缩变形。所以，如遇温差较小，膨胀变形不大，收缩变形就可能超过膨胀变形。也可能瞬时受热膨胀，引起墙体正八字形裂缝，后期逐渐收缩使约束应力松驰，如进一步收缩，就能引起倒八字形裂缝。实践表明，温差往往是可逆，而收缩是不可逆的。
④水平裂缝：屋顶下的水平裂缝，这种情况最多见，是受屋面受热膨胀引起的。其特征是：位于平屋顶下或屋顶圈梁下2~3皮砖的灰缝中，裂缝一般沿外墙顶部分布，两端较为严重，有时形成水平包角缝，裂缝向中部逐渐减小，且成断续状态。外纵墙窗口处的水平裂缝，在高大空旷的房屋中较多见，也是因屋盖受热伸展引起的。
⑤竖向裂缝：房屋长度过大，又不按规定设置伸缩缝，当气温或环境温度的温差太大时，在楼（屋）盖上，每隔一定距离就会产生贯通楼（屋）盖全宽的裂缝，这种裂缝往往在墙体的门窗口边或楼梯间等薄弱部位，产生贯通房屋全高的竖向裂缝。
⑸约束裂缝
①窗台裂缝：这种裂缝常出现在窗台墙中间位置处，或窗孔的两个下角处，上宽下窄，竖向。多数窗台缝出现在底层，个别工程向上层延伸，有的延伸至四、五层窗台上。窗台墙裂缝，产生原因有多种，如地基的变形，地基反压力和窗间墙对窗台墙的作用（窗台墙两端嵌固约束），即约束变形，使窗台墙向上弯曲，在窗台墙的1/2跨度附近，出现弯曲拉应力，由此产生上宽下窄的竖向裂缝。同时，窗间墙给窗台墙的压力作用，在窗角处产生较大的剪应力，且很集中，引起下窗角开裂。
②过梁端（板端）墙裂缝：砖混结构的门窗洞口上，常设置钢筋混凝土过梁等构件， 在梁端部的墙体上，常出现局部竖向或稍倾斜的裂缝。裂缝中间宽，上、下端小，有的还通到窗口下角附近。当过梁不明露（暗梁）时，裂缝细微或不易发现。过梁外露时，裂缝都很明显。过梁愈大，裂缝愈较宽、较长。
过梁端部和错层部位（楼梯间）砌体的裂缝，是组合结构的变形差异引起的，如过梁的收缩和降温变形在梁端达到最大值，错层（梯间）的钢筋混凝土楼板，在错层处（楼板端处）的变形也达到最大值，而砌体在这些部位，却没有适应梁板端部变形的余地，变形达到一定数值后，引起局部受拉而开裂。
⑹承重墙裂缝
有些建筑物，在承重墙的中间部位出现竖向裂缝，上宽下窄。这是砌体承受负弯矩作用所致。随着砌体长高比的减小，结构受到基础或楼盖的约束也随之减少。这时的砌体上干缩裂缝的分布则变为上部轻下部重，底层最重，二层较轻，二层以上很少见。裂缝走向，是从底部的窗台墙（或窗下角）垂直或斜向向下发展，上宽下窄，严重的直接近地面。
⑺沉降裂缝
由于处力作用，地基差异沉降有以下几种情况：一是不均匀地基，地基土为软土、填土、填料、冲沟、古河道、暗渠等；二是地基均匀，但荷载差别过大，结构物刚度差别悬殊时，必然引起地基变形；三是旧建筑物旁建设体量大的新建筑物，因新建筑物沉降远大于旧建筑物，致使旧建筑物地基不均匀沉降；四是工程附近有深基坑开挖、井点降水、沉井降水、大面积堆料、填土和打桩等，这些因素对工程产生附加沉降和水平位移，特别是在软土条件下；五是地基处理和结构造型不当。
①正八字形裂缝（中部沉降）：这种裂缝发生在建筑物中下部砌体，有的居中，有的在墙角局部。一般情况下，地基受到上部传递的压力，引起地基的沉降变形呈“凹”形，称为“盆形沉降曲面”，状如倒置的双曲扁壳。这是由于中部压力相互影响，高于边缘处相互影响，以及边缘处非受载区地基对受载区下沉有剪切阻力等共同作用的结果，它使地基反压力在边缘区偏高。这种沉降使建筑物形成中部沉降大、端部沉降小的弯曲，产生正弯矩。结构中下部受拉，端部受剪。墙体由于剪力形成的主拉应力而破裂，裂缝呈正八字形。越靠近地基和门窗孔部位，墙体裂缝越严重。因中上部受压后有“拱”作用，中下部开裂区的墙体因自重下坠，造成垂直方向拉应力，可能形成水平裂缝。
②倒八字形（两端部沉降）：地基中部有回填砂、石，或中部地基坚硬而端部软弱，或由于荷载相差悬殊，建筑物两端部沉降大于中部时，主拉应力引起差异沉降及斜裂缝，即形成倒八字形裂缝。局部的差异沉降不仅引起斜裂缝，而且由于垂直沉降引起砌体水平裂缝。这是砌体中存在垂直向下的下沉应力。
③半八字形裂缝（一端沉降）：房屋地基一端软弱，或建筑物一端楼层较高（荷重），造成房屋一端沉降量大而产生半八字形裂缝，其方向朝沉陷上方或高楼层方向延伸。相邻建筑物间距较小，后建高大建筑物，造成原有房屋，产生新的不均匀沉降（一端沉降量大），而出现半八字形裂缝，其方向向高大房屋升高。建筑物沉降缝宽度太小，当发生不均匀沉降时，两侧建筑物均向沉降缝倾斜，因缝内填塞的建筑垃圾，产生了水平挤压力，在较低部分的墙体上出现半八字形裂缝。
⑻震动裂缝
由于机械震动后，砌体常常产生交叉剪切裂缝。这类裂缝宽度较大，长度较长。在机械震动作用下，使地基产生动态变形，并通过基础传递给结构物，在结构物上产生惯性力，包括垂直方向与水平方向分力。其中，水平惯性分力是主要的，并常常引起斜裂缝。由于机械震动力在地基与墙体结合面上引起剪应力，因机械震动作用，地基反复的动态变形，就使剪应力方向反复变化，从而引起交叉裂缝，房屋底层较为突出。如果，软土地基是非均匀分布的，那么，垂直惯性分力在垂直方向，引起差异沉降，将导致结构物竖向开裂。
4.裂缝的处理方法
如何处理基础沉降造成的裂缝？解决的方法应从沉降问题着手。沉降引起的裂缝，不管沉降，只修裂缝，再好的修复方法，也抵抗不了沉降的变形力，修完肯定还要裂。因此，发现裂缝时，我们不应急于维修，而是要做好各项观测工作，包括观测裂缝的发展、基坑的沉降、位移等，待沉降及位移趋于稳定后，进行一次性修复。具体的来说，应该从以下几方面着手：
4.1 在施工过程中加强观测。
在基坑开挖、桩基施工、地下室结构施工期间，观测基坑的沉降及位移是首要工作。特别是在基坑开挖过程中，每开挖一层必须观测一次，而且每层开挖的深度应控制在1.5米以内，根据不同的土质情况可适当调整。当沉降或位移值超过规范允许范围时，应立即采取相应措施处理。
4.2 合理选用桩型，减少桩基施工时振动的影响
对于旧城改造项目基础桩型，应谨慎考虑，并对各种桩型作技术经济比较。为减少对周边建筑的影响，建议采用静压桩。如采取捶击桩，应采取措施隔离周边建筑，如挖防振沟等。
4.3 采取随挖随支护的分层开挖支护措施
特别是靠近建筑物的部位，施工单位应该重点突击，随挖随支护，不宜让开挖层暴露时间太长。同时，应加强薄弱部位的锚索或土钉密度及深度，确保基坑的稳定。
4.4 采取必要的结构安全鉴定
房屋出现裂缝后，住户和发展商都应对此类 问题 持积极处理的态度，若对裂缝的发展表示怀疑或认为有危险时，可委托具有相关资质的安全鉴定机构进行结构安全鉴定，从而判定房屋的结构安全性能及使用性能，并对裂缝的维修提出建议。
4.5 加快基础工程施工
由于降水是造成周边建筑裂缝的主要原因，所以，尽早停止降水是阻止裂缝 发展 的有效措施。只有基础工程(即地下室)完工后，降水作业停止，基坑得以回填，沉降及位移将趋于稳定，裂缝也不再发展。
5.结语
旧城改造有利于我市建设和发展，是利国利民的大事，我们应该积极地支持和配合此项工作。如果在旧城改造中遇到上述问题，作为住户，应该积极配合施工单位做好观测工作，配合有关单位分析和处理裂缝，不必产生裂缝恐惧感或将问题夸大；作为发展商和施工单位，应参考以上意见对裂缝进行观测和处理，对住户的疑问进行耐心的解释，共同分析和解决问题。

参考文献：
[1]周京华,夏永承.房屋基础工程[M],成都：西南交通大学出版社,2007
[2]毛鹤琴主编.土木工程施工[M],武汉：武汉工业大学出版社,2008
[3]彭圣浩主编.建筑工程施工组织设计实例应用手册[M],北京：中国建筑工业出版社，2008