桂林甘底框混结构综合楼的建筑面积为5976.81m2，第1、2层框架结构钢筋混凝土设计强度为C30，3~6屋为砖混结构，楼盖和屋盖结构的现浇钢筋混凝土设计强度为C20，屋面采用坡屋盖的结构形式。现浇钢筋混凝土屋盖结构施工处于7~8月的高温季节，于1999年7月底施工完毕，8月初检查土建工程质量，发现坡屋盖有13条贯穿裂缝，详见图1。温度降低的傍晚裂缝宽达2mm左右，另外还有较多的表面裂缝和深井裂缝，大多数缝宽多在0.05~.5mm之间，在对梁板、构造柱混凝土进行检查时发现屋盖梁板混凝土表面泛白，起砂和起粉，然后用小尖锤划痕和敲击，判断混凝土的强度低下，为了查清问题，及时处理，消除隐患，用超声波回弹综合法对屋盖及顶层构造柱混凝土质量进行了全面检测；并对屋盖图纸和其变更（修改）的钢筋混凝土结构强度、刚度、稳定性、配筋、混凝土膨胀量和收缩等进行复核验算，经质量检测部门用超声波检测屋盖梁板和构造柱，认为混凝土结构是密实的，用超声回弹综合法检测构造柱混凝土实测强度均大于C20，合格。检测屋盖梁板混凝土实测强度为C13~16。通过结构复核验算和施工质量分析认为，设计和施工均存在问题，屋盖结构混凝土为C20，旧水泥标号为425#（相当于新的水泥强度等级的32.5Mpa），普通硅酸盐水泥用量293kg/m3。

为了满足业主要求，在G~S轴交2~7轴的5层楼顶增加阁楼和露台，为此，该部位的坡屋盖结构重新进行设计（图1），坡屋盖亦由聚胺酯841防水涂膜屋面修改为补偿收缩混凝土结构自防水及防水砂浆 屋面。根据补偿收缩混凝土的抗裂防水原理和理论依据，通过提高混凝土的密实性和控制混凝土内部裂缝产生的途径来提高混凝土的自防水能力，在这工程上多年的实践是可行的，但设计修改后未能根据补偿收缩混凝土在凝结硬化过程中的体积膨胀特点，进行配筋调整，修改期间断的板底筋和负筋为通长的板底筋和板面筋，以使混凝土在钢筋的有效约束限制条件下在混凝土中产生一定的预压力，来抵消混凝土的收缩、蠕变、碳化和温度等因素引起的拉应力[1,2]。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图1 坡屋盖平面加固图及贯穿裂缝分布（1999年8月12日检测）

Fig.1 Reinforcement of pitched roof and crossing cracks distribution(test August 12,1999)

原设计的坡屋盖为一个完整对称坡面的屋盖结构，但根据业主的需要调整了屋脊的位置，形成了不对称结构形式，在坡面大的屋盖上开了一个大洞作为新增阁楼的露台使用，这样大大的消弱了结构的刚度，设计对屋盖结构进行了重新布置，但仍按一般要求配筋，而整个坡屋盖为一个空间结构体系，与平面结构体系有很大的区别，当混凝土在凝结硬化过程中和之后受到干缩、温度变化引起的胀缩和荷载的作用，加之混凝土结构在三维方向上整体刚度中心与期受质量中心有偏离，在混凝土中产生拉应力、压应力、弯曲应力、剪应力，甚至扭转应力的综合影响。在钢筋混凝土构件、配件计算中，其截面的主要尺寸及钢筋数量，在计算中做了许多假定，虽然强度计算足够，但变形计算、抗裂度计算和裂缝宽度计算方法等与实际受力不符，未考虑混凝土的扭转应力、收缩应力、温度应力及配筋率的影响；未考虑结构的构造影响如钢筋的搭接、锚固和构造筋布置等；未按构造要求进行设计，使坡屋盖与砖墙及构造柱连成整体以限制滑动；未对补偿收缩混凝土进行有效的约束限制，因而引起质量事故和裂缝。

如图1，G轴为约束端，约束了屋盖梁板温度和干缩整体变形，其余三面为部分约束端，但由于现浇混凝土 下的砖墙上未设置隔离层，当屋盖变形时不能自由滑动伸缩，而且2轴交1/k~R轴屋盖下有一条高达2m的连续深梁LX11，受两端砖砌体的约束，梁顶与板形成整体。

（1）截面均均温差裂缝，一般材料均有热胀冷缩性质，如果构件不受任何约束，在温度变化时能自由变形，那么在构件中就不会产生附加应力；如果构件受到约束而不能自由变形时，则在构件中产生附加应力，由温度应力引起构件的伸缩值[3]

ΔL=(t₂-t₁) αL.

式中：ΔL­—钢筋混凝土构件的变形值；t2-t1—温度变化值；L—构件长度；α—材料的线膨胀系数。

由于钢筋混凝土的α=1.0×10^-5/℃，而普通砖砌体的α=0.5×10^-5/℃，在相同温度下，钢筋混凝土构件的伸缩值要比砖砌大一倍左右，在混凝土结构中，当温度变化时，钢筋混凝土屋盖和楼盖与砖砌体伸缩不一致，必然彼此相牵而产生温度应力，可能使房屋结构开裂破坏，因浇筑混凝土时值夏季高温天气，经测试，屋盖混凝土表面在中午高达56℃，大面积夜间温度为31℃左右，温差达25℃，按24.52m长屋盖结构计算，日夜长度会产生6.13mm的变化，混凝土热膨胀变形产生的压应力，混凝土冷缩变形产生的拉应力，由于混凝土抗拉强度较低，当混凝土内的拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土便产生裂缝，称为截面均匀温差裂缝，混凝土均匀温差约束变形的温度应力[3].

ΔL=(t₂-t₁) αL.

σ_t=EcΔ/L=Ec(t₂-t₁) α,

式中：Ec—混凝土弹性模量。

C20屋盖板的约束应力为：σ_t=25.5×10³×（56~31）×1.0×10^-5=6.38N/mm²,混凝土标准抗拉强度ƒtk=1.5N/mm2(<σt)，由此可见：梁端可自由伸长时，由温度差引起的伸长值ΔL=L(t₂-t₁) α，约束应力σ_t=o，梁端全约束时，温度差引起的伸长值ΔL=o，约束应力σ_t=Ec(t₂-t₁) α,但由于实际上屋盖结构与砖砌体等结构连接既非自由伸缩，亦非全约束，为部分约束，亦称弹性约束。此时，由于温差产生一变位δ1，吗时构件也得到弹簧的反作用而产生变位δ2，混凝土结构的自由变位为两者之和（图2）[4].

即：ΔL=δ1+δ2

δ1=ΔL－δ2=L(t₂-t₁) α－σx/EcL.

式中：σx—梁端约束应力。

由于坡屋盖梁板结构的G轴为约束端，局部又受砖墙、构造柱及连续梁的约束，因此其整体约束状态应为部分约束。

 

 

 

 

 

图2 弹性约束作用梁

Fig.2 Sketch of elastic constraint action

（2）截面上下温差裂缝，由于约束条件复杂，形成各种各样的裂缝，当夏季太阳直接照射到坡屋盖上形成56℃高温，而室内温度较低，只有33℃，在坡屋盖上下产生23℃的表面温差，在一般约束条件下产生结构内温度应力，全约束温度应力最大[4]，当混凝土上下温差变形产生的应力超过混凝土抗拉强度，就出现截面的上下温差裂缝。

（3）截面内外温差裂缝，由于坡屋盖梁板结构内外温差小，可以忽略此类温差变形的影响。

（4）混凝土裂缝的特点，板上裂缝多为贯穿裂缝，梁上裂缝多为表面裂缝。屋（楼）盖裂缝多是平行于短边，大面积上表面裂缝纵横交错。裂缝宽度大小不同，一般在0.5mm以下，裂缝宽度温度高时较细，温度低时较宽，大多数裂缝沿结构高度呈现上宽下窄状，由于结构反复承受温差作用，在结构组合构件之间引起相对运动，有时发生断弦、断索的声音^[4]。

钢筋混凝土构件的变形与裂缝有着一定的关系，结构过大的变形，可产生对应的裂缝，由于设计修改后的结构的刚度削弱很多，结构的断面尺寸变化大，温度应力在截面高度小的板内某截面超过混凝土的抗拉强度而出现裂缝。从各种裂缝的分布来看，裂缝主要集中在坡屋盖洞口周围的1/k~R轴部位，说明这是刚度和截面强度的薄弱部位，支座的型式即非滑动支座，又非固定支座。混凝土的质量和配筋率对裂缝的产生均有影响[2,6].

（1）施工缝设置和处理不当，在坡屋盖混凝土浇筑过程中在长度方向上留设了3道施工缝，且对施工缝未按规范进行处理，新旧混凝土结合差，结构的整体性不良，当混凝土收缩或受力变形后出现裂缝。施工缝处理方法与抗拉强度的关系为（无接缝的混凝土抗拉强度为100）[5]:当现浇板垂直施工缝用水沖洗接搓，其施工缝处抗拉强度只相当于混凝土抗拉强度的60%;在浇筑之前，在施工缝处抹水泥浆砂或素水泥浆，其抗拉强度为抗拉强度的80%；在施工缝处连接表面削去1mm并抹水泥砂浆或素水泥浆，其抗拉强度为混凝土抗拉强度的85%；铲或水泥沙浆，为混凝土抗拉强度的80%;在施工缝处连接表面削去1mm井抹水泥砂浆或素水泥浆，其抗拉强度为混凝土抗拉强度的85%;铲平接搓凹凸处，浇素水泥浆或水泥沙浆，其抗拉强度为混凝土抗拉强度的90%；在施工缝接搓面浇水泥砂浆或素水泥浆，在混凝土朔性状态最晚期（约3-6h）再振捣，其抗拉强度相当于混凝土抗拉强度的100%。可见时施工缝处理好坏直接影响施工缝处的混凝土抗拉强度。由于现场施工未加强施工缝处混凝土的养护，示按规范要求进行处理。造成此处裂缝。

（2）分布筋间距大，为使受力均匀。分布的筋间距一般大于200mm或250mm.但施工单位减少设计图中分布筋数量，增大分布筋间距，经检查，实际间距多为300-350mm，使板受力不均，易在板局部引起裂缝。

（3）板厚不足，刚度折减，因此当温度变化时承受变形能力差，易产生裂缝。在浇捣屋面板时没有设置足够的板厚控制点。板厚难以控制，设计屋面板厚100mm，检查板厚10个点，最大的95mm，最小的71mm.平均82mm，致使屋面板受弯承载力降低22%左右.再则层盖板上下温度差变形产生的应力量超过了混凝土的抗拉强度,产生截面下下温差裂缝。

（4）板钢筋配置位置不当，板支座负筋保护层过厚，有效高度h 减少，受弯承载力降低引起裂缝。施工时板支座负筋绑扎好后，施工作业人员在上面走动，运送混凝土的小车有时也在上面压过。常把支座负筋离板底的高度压低。浇捣混凝土时又未能及时上提复位，致使支座负筋保护层增厚。有效高度  减少，屋面板厚100mm，抽查10个点，负筋保护层最大40mm，最小20mm，平均30mm.板有效高度因此降低了33%。支座受弯承载力下降25%左右。

（5）使用水灰比过大的混凝土浇捣屋面板,使得混凝土在凝结的早期即出现沉缩裂缝.设计配合比中水灰比为0.60。由于施工期间频繁阵雨的影响，施工中水灰比未能及时调整，因此现浇屋面板混凝土水灰比过大。上午浇捣，下午即时现较多的沉缩裂缝，缝宽最大达1.5mm，长度大多为10-30mm，因未及时抹平、封闭裂缝，结果留下许多永久性裂缝。

（6）模板、支撑不善。混凝土初凝受振产生裂缝。混凝土浇筑后，逐渐开始凝结硬化，强度不断提高，早期混凝土强度很低，若受振容易产生裂缝。由于现浇板分段施工，施工过程中阵雨频繁，混凝土强度未达到 1.2MPa以上，施工人员就在结构上行走，并铺设马道，用小车运送混凝土，浇筑混凝土时邻近混凝土在未达到强度要求情况下，因不停受振而产生裂缝。

（7）施工养护不当，混凝土硬化的过程就是水泥水化的反应过程，这一过程需要充足的水分，如果早期养护措施跟不上，将使混凝土失水，而出现表面泛白。起粉起砂、剥皮、裂缝现象。严重降低混凝土强度，加快构件的风化、碳化、腐蚀，大大降低混凝土的寿命，实验资料表明，混凝土早期失水与混凝土强度下降的关系为  。早期失水20%~44%时，混凝土抗压强度下降5%~50%；早期失水10%~40%时，混凝土抗弯强度下降22%~52%。在高温季节，当坡屋盖现浇板浇筑完毕后，未能及时加以覆盖养护，由于板是坡面形式，浇了水后不存水，加之不覆盖。板面在高温下基本处于干燥状态，这是混凝土构件早期强度不能迅速增长，而出现失水裂缝的又一主要原因。

（1）根据表面裂缝、深进裂缝和贯穿裂缝的颁布情况。决定采用在贯穿裂缝部位局部补强加固和在整体式坡屋盖板上做整体式现浇叠合板补强相强合的方案。原坡屋盖为整体式裣收缩钢筋混凝土结构，经超起回弹综合法检测屋盖板混凝土强度为C13~C16。会同设计人员和施工单位认真研究、分析和计算，决定采用在坡屋盖板上增加补偿收缩钢筋混凝土整浇层，调整板的有效高度来恢复或提高屋盖板的整体刚度与承载力，同时恢复屋盖板的自防水能力，采取保护新旧混凝土粘结强度的措施，使之达到加固补强的效果。

（2）在板上配双向钢筋网、悬挑板顶配筋及裂缝处板顶配筋（图1、图3、图4）。浇筑40mm厚的补偿收缩细混凝土整浇叠合层。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图3 坡屋盖连续板加固

Fig.3 Reinforcement of continuous slab on pitched roof

 

 

 

 

 

 

 

 

图4 坡屋盖悬挑板加固

Fig.4 Reinforcement of overhanging slab on pitched roof

（3）现浇层与坡屋盖混凝土叠合加固补强后的受力特征完全同整体板；旧混凝土的强度等级取实测值，新混凝土的强度等级取C20；断面，旧混凝土取90mm厚，新混凝土取40mm厚；荷载分别按恒载和活荷载的设计值取用；受力构件的内力按强性理论进行计算；  强度殷实照整体板验算受弯构件的正截面强度和叠合面的抗剪强度；分别求出跨中和支座截面的配筋需要量，对照跨中实际配筋量是否满足需要，如不满足可增加叠合板的厚度，重新计算；根据支座截面配筋需要量设计钢筋，进行施工；由于新旧两层混凝土的强度等级不一致，则在计算配筋时在正弯矩区段内混凝土强度按后浇叠合层混凝土的强度取用。在支座负弯矩内段内混凝土强度按原屋盖板混凝土强度实测值取用；挠度不必验算，因为刚度增大很多。

（4）为了使原屋盖板与后浇叠合屋结合为整体，以共同抵抗板中的水平剪力。加固补强施工要求将原屋盖板面凿去10mm。表面形成5mm凹凸面，清洗干净后用水充分湿润，再按设计要求绑扎钢筋，浇筑40mm厚C20补偿收缩细石混凝土叠合层，为消除裂缝，防止钢筋锈蚀，保证结构的整体性，在整浇层施工时，对于贯穿裂缝，根据不同的部位分别处理。悬挑板处的板面和板底分别凿“V型”槽，用环氧树脂胶泥刮压挤浆、嵌缝，使之贯穿裂缝填充饱满密实，连续板则凿掉贯穿裂缝两侧200mm宽范围的400mm宽板带，用C25补偿收缩细石混凝土浇捣后浇板带。如凿板割断钢筋则要求新配钢筋与原板钢筋搭焊，搭接焊缝长度为10d(d为钢筋直径），在连续板的跨中部位下面设置临时顶撑，间距0.8m；同样，在悬挑板下设临时顶撑，纵横间距为0.6m,顶撑下有木楔，利用木楔调整顶撑；板底的支撑系统要稳固可靠，不得虚撑而使板的原有挠度消失或减少。 2轴变1/k~R轴的φ10@200的负筋的锚固方法为在挑出600mm悬挑板墙约200mm的位置钻

孔。然后凿出LX11连续深梁的Φ14钢筋，穿筋后与腰筋搭焊10d，钢筋穿孔后应灌浆，以防钢筋锈蚀。最后在悬挑板下支撑，浇筑补偿收缩混凝土（图4）。

（5）加固程序，加固施工的顺序为：凿除屋盖板面薄弱层，并凿板面形成凹凸面→凿“V型”槽，凿除贯穿裂缝400mm宽范围板带→环氧树脂胶泥挤压嵌缝，浇筑C20补偿收缩细石混凝土后浇带→基层清理，保护养护→原板面上绑扎钢筋→浇素水泥浆→浇筑新的补偿收缩混凝土叠合层，表面搓平→养护屋面。钢筋位置用垫块固定好，注意成品保护，基层清理并浇水养护24h后，浇筑C20补偿收缩细石混凝土。用平板振动器振实，找平搓平，做好混凝土的现场覆盖养护工作，做好检查验收记录。

对于检测出的坡屋盖结构质量问题，根据不同的工程部位、不同的质量问题和构件受力特征采用不同的加固补强处理方法。坡屋面经堆荷静载试验、大雨和淋水试验，完全达到原设计要求的承载力，满足使用功能的要求。经有关部门检查验收，确认加固补强施工方法较方便。经济4年多的使用检验，证明其加固补强效果是可靠的。

[1]龚壮杰.混凝土工程施工新技术[M].北京:中国环境科学出版社,995.

[2]杨举.预应力膨胀混凝土刚性屋面防水技术[J].施工技术,1997 (4)13-14.

[3]全国监理工程师培训教材编写委员会.工程建设质量控制[M].北京:中国建筑工业出版社会1997.

[4]卓  木.季直仓.卓昌志,钢筋混凝土结构事故分析与加固[M]  北京:  中国建筑工业出版社 1997

[5]彭圣浩.建筑工程质量通病防治手册[M].北京.中国建筑工业出版社,1984.

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