開裂現(xiàn)澆混凝土樓板的安全性評定

0 引言

隨著人們生活水平的提高，相較以往更加重視住房的安全性，混凝土樓板開裂現(xiàn)象常常引起使用者對結(jié)構(gòu)安全的擔(dān)憂，甚至引起使用者與建設(shè)者的糾紛。常見的混凝土樓板裂縫按形狀劃分主要有：①板角斜裂縫，常見于墻板交界；②縱橫向裂縫，此裂縫常出現(xiàn)在板跨中、支座及管線暗埋處，呈直線或折線狀；③不規(guī)則裂縫，沿板面或板底不規(guī)則出現(xiàn)，一般呈網(wǎng)狀、散狀或龜裂狀。按照裂縫的成因劃分主要包括：結(jié)構(gòu)性裂縫和非結(jié)構(gòu)性裂縫，結(jié)構(gòu)性裂縫即由外荷載作用引起的裂縫；非結(jié)構(gòu)性裂縫即由變形引起的裂縫，是檢測中常見的裂縫，包括收縮裂縫、溫度裂縫、沉降裂縫、施工不當(dāng)造成的裂縫等。不同類型裂縫的成因不同，對樓板安全性的影響不同。基于此，如何科學(xué)而公正地評定開裂現(xiàn)澆樓板的安全性顯得尤為重要。

1 樓板質(zhì)量檢測

1.1 初步調(diào)查

初步調(diào)查一般包含以下內(nèi)容：①查閱圖紙資料：施工圖、竣工圖、竣工質(zhì)檢及隱蔽工程驗收記錄的驗收文件，歷次加固改造圖紙；②查詢建筑物歷史；③現(xiàn)場調(diào)查：核對建筑結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，調(diào)查建筑物實際使用條件和內(nèi)外環(huán)境等；④制定檢測方案：在充分了解委托方的委托目的后，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查的條件，針對性地制定現(xiàn)場檢測方案，方案須包含檢測參數(shù)、檢測方法、抽樣方法以及需由委托方完成的前期準(zhǔn)備工作。

1.2 混凝土強(qiáng)度檢測

1.2.1 常用檢測方法①回彈法：回彈法是一種非破損的無損檢測方法。其工作原理為利用混凝土表面硬度與混凝土強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系，通過回彈儀測定混凝土表面硬度，從而間接地測試混凝土強(qiáng)度。回彈法因其成本低、效率高、非破損、操作簡單，在工程檢測中得到了廣泛的應(yīng)用。②鉆芯法：鉆芯法是直接從結(jié)構(gòu)構(gòu)件上取樣，并根據(jù)芯樣的抗壓強(qiáng)度推定構(gòu)件強(qiáng)度的一種半破損檢測方法，其檢測結(jié)果直觀、可靠，具有可以觀察混凝土內(nèi)部質(zhì)量的優(yōu)點。但其設(shè)備操作復(fù)雜，對結(jié)構(gòu)有一定的損傷，使得其應(yīng)用受到一定限制。③鉆芯-回彈綜合法：鉆芯回彈綜合法結(jié)合了非破損的回彈法及半破損的鉆芯法優(yōu)點，利用芯樣強(qiáng)度換算值修正測區(qū)回彈值，是一種既反映混凝土表面質(zhì)量又反應(yīng)混凝土內(nèi)部質(zhì)量的一種綜合方法。

1.2.2 檢測方法適用性討論 對樓板強(qiáng)度的檢測目前工程上以回彈法為主，但其作為評定樓板強(qiáng)度的準(zhǔn)確性還值得商榷。①對于泵送的現(xiàn)澆板，由于澆筑面的表面和底面性能相差較大，不宜直接用回彈法，且隨著高效減水劑的使用，造成混凝土表面硬度降低，直接采取回彈法會導(dǎo)致較大的誤差甚至誤判。②回彈法適用齡期為（14~1000）d，但實際工程檢測中，特別是加固改造項目混凝土齡期往往已遠(yuǎn)超過1000d，雖《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》GB50292-2015中制定了“老齡混凝土回彈值齡期修正的規(guī)定”，但某些檢測項目不能確定修建時間甚至修建年代，為老齡期混凝土推定強(qiáng)度留下了較大的不確定因素。③回彈法的準(zhǔn)確性與采用的測強(qiáng)曲線有很大的關(guān)系，不同地區(qū)、不同年代應(yīng)具有相適應(yīng)的專用測強(qiáng)曲線，但遺憾的是大多數(shù)地區(qū)并未制定地區(qū)測強(qiáng)曲線，導(dǎo)致采用統(tǒng)一測強(qiáng)曲線作為回彈法檢測混凝土強(qiáng)度的依據(jù)，顯然有失準(zhǔn)確性。

鉆芯-回彈綜合法是一種既反映混凝土表面質(zhì)量又反應(yīng)混凝土內(nèi)部質(zhì)量的一種綜合方法，在樓板混凝土強(qiáng)度的檢測中，沒有以上回彈法應(yīng)用的限制，且相較于取芯法而言，取芯量較小，應(yīng)在樓板混凝土強(qiáng)度檢測中進(jìn)行積極推廣應(yīng)用，另外考慮到樓板厚度較薄，芯樣可采取直徑75mm的小芯樣。

1.3 樓板鋼筋配置及保護(hù)層厚度檢測

鋼筋混凝土樓板承載力評定中，除樓板厚度外，鋼筋配置情況（含鋼筋規(guī)格、鋼筋間距、鋼筋保護(hù)層厚度）對結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力具有決定意義。

①鋼筋直徑：混凝土樓板中鋼筋直徑常采用原位實測法檢測，其測試步驟為采用鋼筋探測儀確定待檢測鋼筋位置，剔除混凝土保護(hù)層，露出鋼筋，采用游標(biāo)卡尺測量鋼筋直徑，測量精確至0.1mm。②鋼筋間距：樓板類鋼筋間距采用鋼筋探測儀測定，且樓板每個方向基本采用等間距布置，因此鋼筋平均間距客觀反應(yīng)了鋼筋數(shù)量，其測試步驟為隨機(jī)在構(gòu)件上選擇測試部位（測試部位應(yīng)清潔、平整），然后每個測試部位連續(xù)檢出7根鋼筋，確定鋼筋的平均間距，以均值作為鋼筋檢測的測試結(jié)果。③鋼筋保護(hù)層厚度：保護(hù)層厚度采用鋼筋探測儀測定，并通過剔鑿原位檢測法進(jìn)行驗證。需要說明的是，現(xiàn)場檢測技術(shù)人員為快速檢測，常以上一樓層對應(yīng)部位梁邊為基準(zhǔn)，退后50cm作為檢測測試部位，對于支座負(fù)筋采用分離式配筋的小直徑鋼筋，此測試方法將使得保護(hù)層厚度測試值較承載力評定真實值偏大。一是由于小直徑鋼筋較軟，易由于踩踏變形，導(dǎo)致保護(hù)層厚度變大，由于支座梁鋼筋骨架的約束，越靠近梁邊，踩踏變形越小；二是對于兩端固定的3.6m常規(guī)跨度樓板而言，梁邊退后50cm處的彎矩僅為支座彎矩的30%左右，顯然不是受力控制截面。綜上，筆者建議保護(hù)層的測定應(yīng)靠近梁邊。

1.4 樓板厚度與撓度檢測

1.4.1 樓板厚度 樓板厚度采用鉆芯法（直接法）或樓板測厚儀（間接法）測定，對于懸挑板，取距離支座0.1m處，沿寬度方向取包含中心位置在內(nèi)的隨機(jī)3個點為厚度平均值，對于其他樓板，在同一對角線上量測中間及距離兩端各0.1m處，取3點平均值。對于板、墻類構(gòu)件，其截面尺寸通常較薄，幾何參數(shù)的變異性對構(gòu)件抗力的影響較大，建議采用實測樓板厚度對結(jié)構(gòu)進(jìn)行承載力復(fù)核驗算。

1.4.2 樓板撓度 樓板裂縫反應(yīng)了樓板局部工作狀態(tài)，樓板若大量開裂，將可能影響樓板的整體剛度，降低抵抗變形的能力，而通過撓度的檢測可以一定程度上反應(yīng)裂縫是否對樓板整體工作狀態(tài)產(chǎn)生影響。撓度可采用水準(zhǔn)儀或者拉線的方法進(jìn)行檢測，檢測時應(yīng)提供跨中最大撓度值及受檢構(gòu)件的計算跨度。

1.5 裂縫檢查

混凝土樓板裂縫通常檢查以下幾個方面：①裂縫位置及裂縫分布：對樓板表面裂縫現(xiàn)狀情況進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，記錄裂縫的形態(tài)、條數(shù)、長度和走向，并繪制裂縫分布圖，需要注意的是要區(qū)分裂縫的形狀，如是否一端寬一端細(xì)，或者兩端細(xì)中間寬等。②裂縫寬度：裂縫寬度主要檢查具有代表性，與裂縫方向垂直的縫寬，常采用的工具為裂縫測寬儀。③裂縫深度：主要區(qū)分淺表裂縫、保護(hù)層裂縫、較深裂縫或者貫通裂縫，深度檢測的技術(shù)有：鉆芯法、超聲波法、水浸法（僅適用于貫通裂縫）等。④開裂時間、裂縫發(fā)展與變化：通過咨詢相關(guān)人員或者查看影像資料獲取。

2 承載力分析

2.1 彈性分析方法

彈性分析方法是最基本、最成熟的結(jié)構(gòu)分析方法，也是目前設(shè)計院廣泛采用的一種分析方法，實際上它是將樓板視為完全彈性的材料，認(rèn)為樓板中某個截面破壞即宣告承載力失效，忽略了樓板開裂后的塑性性能，因此與實際受力情況出入較大，有時顯得過于保守。筆者經(jīng)歷的大量的檢測工程案例驗證，彈性分析承載力不足的樓板，往往荷載試驗驗證后能夠滿足承載力要求。因此對于既有樓板而言，若僅依據(jù)彈性分析這種偏于嚴(yán)格的評定方法，大量既有結(jié)構(gòu)將面臨加固或拆除，造成不必要的經(jīng)濟(jì)浪費。

2.2 塑性內(nèi)力重分布分析方法

塑性內(nèi)力重分布法是在彈性分析的基礎(chǔ)上，對樓板支座截面進(jìn)行調(diào)幅，降低支座彎矩，增大樓板跨中彎矩，充分挖掘樓板的承載能力，但此法本質(zhì)上仍屬于彈性分析的范疇，構(gòu)件所承擔(dān)的總內(nèi)力不變，僅僅是內(nèi)力的分布發(fā)生變化。對于雙向板，支座調(diào)幅系數(shù)較難確定，因此應(yīng)用起來存在一定困難。

2.3 塑性極限分析方法

與彈性分析方法以個別截面屈服作為承載力極限不同，塑性極限法是以一系列截面屈服，最終形成機(jī)構(gòu)，不能再承受荷載作為承載力極限，因此也稱為上限解。塑性極限法充分發(fā)揮了混凝土超靜定的承載潛力，使得設(shè)計更加經(jīng)濟(jì)、合理，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益，因此也被多數(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件所采納。塑性極限法看似是一種“非保守”的設(shè)計方法，得到的是樓板的極限承載力，但是對于既有樓板而言，由于受到周邊梁、墻的水平約束，將產(chǎn)生薄膜效應(yīng)，使得樓板的實際極限承載力遠(yuǎn)大于未考慮薄膜效應(yīng)的極限承載力，大量工程實驗表明，采用塑性極限分析計算值與實驗值吻合度較好。

2.4 試驗分析方法（荷載試驗）

荷載試驗作為一種有效評估混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力的方法，越來越得到委托人與鑒定人員的認(rèn)可，常被作為承載力計算分析法的“仲裁”，另外對于開裂混凝土樓板，雖可通過測試撓度等方法近似分析損傷對樓板承載力的影響，但很難定量描述，因此荷載試驗分析法在存在質(zhì)量糾紛的樓板鑒定工程項目中顯得極具必要性。此外相對于驗算分析方法而言，荷載試驗依據(jù)現(xiàn)場結(jié)構(gòu)真實情況檢驗，沒有計算分析方法中關(guān)于預(yù)設(shè)計算模式，邊界條件的假定，是結(jié)構(gòu)的真實反映。

3 開裂樓板檢測評定程序

通過大量實際工程案例的檢驗以及樓板開裂事故的處理，總結(jié)歸納了一套既有開裂樓板承載力評定的一套程序。初步調(diào)查→確定鑒定目的、內(nèi)容及范圍→樓板質(zhì)量參數(shù)檢測（混凝土強(qiáng)度、鋼筋配置、樓板厚度）→裂縫檢測→樓板撓度檢測→彈性計算分析（彈性計算分析滿足承載力要求，則承載力評定合格，否則進(jìn)入下一步）→塑性分析（塑性分析不滿足，則承載力評定不合格，若塑性分析滿足且撓度無異常，則承載力評定合格，若撓度異?；蛘叽嬖谫|(zhì)量爭議、仲裁，則進(jìn)入下一步）→荷載試驗：如無明顯破壞跡象，且實測撓度滿足要求，承載力評定合格，否則不合格。

4 工程案例

某工程1號廠房為5層混凝土框架結(jié)構(gòu)，于2018年7月開工建設(shè)，2019年8月主體完工，尚未進(jìn)行二次結(jié)構(gòu)的施工，例行檢查時發(fā)現(xiàn)共63塊板存在不同程度的開裂現(xiàn)象，由于存在施工質(zhì)量爭議，建設(shè)方不予以驗收，故2019年9月施工方單方委托對開裂樓板進(jìn)行安全性鑒定。

4.1 初步調(diào)查

查閱原材質(zhì)檢報告，未見異常；樓板厚度均為120mm，采用分離式配筋，分布鋼筋采用A6@155，樓面活荷載為2.5kN/m；設(shè)置了一道后澆帶，目前尚未施工圍護(hù)墻體。

4.2 樓板質(zhì)量參數(shù)檢測

①結(jié)構(gòu)布置復(fù)核：按照竣工圖對建筑結(jié)構(gòu)平面布置進(jìn)行了復(fù)核，經(jīng)復(fù)核該結(jié)構(gòu)平面布置與原設(shè)計相符。②混凝土強(qiáng)度檢測：采用鉆芯-回彈綜合法對開裂樓板混凝土抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了檢測，開裂樓板混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計強(qiáng)度C30的要求。③鋼筋直徑、間距檢測：采用鋼筋掃描儀對樓板鋼筋間距進(jìn)行了檢測，并按照規(guī)范對部分構(gòu)件進(jìn)行了局部剔鑿檢查，以驗證鋼筋直徑。檢測結(jié)果表明：樓板鋼筋間距及直徑滿足設(shè)計及規(guī)范要求。④保護(hù)層厚度檢測：采用非破損的方式（鋼筋掃描儀）對保護(hù)層厚度進(jìn)行了檢測，并采用微破損的方式（局部剔鑿）進(jìn)行驗證，樓板板面及板底保護(hù)層厚度均不滿足設(shè)計要求，板底平均保護(hù)層厚度為20.9mm，板面平均保護(hù)層厚度為34.8mm，較設(shè)計保護(hù)層厚度（15mm）偏厚。⑤樓板厚度檢測：采用樓板測厚儀對受檢樓板板厚進(jìn)行了檢測，并局部進(jìn)行了鉆芯驗證，實測板厚平均值為132mm，較設(shè)計板厚偏厚（設(shè)計板厚120mm）。

4.3 樓板撓度檢測

采用精密電子水準(zhǔn)儀對受檢樓板撓度進(jìn)行了檢測，受檢樓板未見明顯異常變形，撓度測量結(jié)果滿足規(guī)范要求。

4.4 裂縫檢測

①樓板板底裂縫主要表現(xiàn)如下：1）沿著房屋短向直裂縫及斜裂縫，部分裂縫沿管線發(fā)展，大部分裂縫寬度為0.1~0.2mm，部分裂縫寬度達(dá)到0.2mm，裂縫長度較長，約7m左右；2）沿板角的斜裂縫，裂縫寬度較小，大多數(shù)寬度小于0.1mm；3）房屋底層裂縫發(fā)展最多，向上逐漸減少；4）采用浸水法檢測，鉆芯法驗證，裂縫基本為貫通裂縫，二層裂縫分布見圖1。

圖1 二層裂縫分布圖

②主體結(jié)構(gòu)完工后未投入使用，樓面裝修層未施工，也未發(fā)現(xiàn)樓面有明顯超載、堆載現(xiàn)象，且房屋平面布置較長（達(dá)68m），結(jié)合裂縫部位、性狀及形態(tài)分析，樓板裂縫主要為混凝土收縮、溫度變形裂縫。且由于設(shè)置管線、樓板板面支座鋼筋保護(hù)層厚度偏大，降低了混凝土抗裂性能，也加劇了裂縫的發(fā)展。

4.5 承載力驗算

依據(jù)實測數(shù)據(jù)對該板承載力進(jìn)行彈性分析，在設(shè)計荷載作用下，部分樓板板面實際配筋面積小于計算配筋，承載力計算結(jié)果不滿足規(guī)范關(guān)于彈性板的要求。

4.6 荷載試驗（安全性檢驗）

由于委托方和建設(shè)方關(guān)于工程質(zhì)量存在糾紛，委托方為解決爭議，未再進(jìn)行塑性分析，直接現(xiàn)場以板面支座保護(hù)層最大（即受力最不利）及裂縫部位對受力最不利的原則選取了三塊板進(jìn)行靜荷載試驗。安全性檢驗荷載為6.0kN/m，分4級加載，加載順序為（0→1.5→3.0→4.5→6.0）kN/m進(jìn)行，并按照次序進(jìn)行卸載。整個加載過程樓板未見產(chǎn)生新裂縫，原有裂縫也未見發(fā)展，在外加荷載6.0kN/m作用下，板跨中撓度最大值為（0.845~1.570）mm，均小于驗算撓度，卸載后撓度計讀數(shù)基本恢復(fù)到初始值，表明樓板仍處于彈性工作狀態(tài)，受檢樓板滿足承載力要求。

5 結(jié)語

在大量的工程檢測案例及裂縫事故處理案例的基礎(chǔ)上，提出了一套開裂現(xiàn)澆混凝土樓板安全性評定的程序，并對檢測方法及承載力分析方法的適用性進(jìn)行了討論，提出了以下建議。①針對泵送混凝土樓板，特別是老齡期泵送混凝土樓板，應(yīng)采取鉆芯（75mm小芯樣）-回彈綜合法。②板面鋼筋混凝土保護(hù)層的測定應(yīng)盡量靠近支座。③樓板厚度通常較薄，幾何參數(shù)的變異性對構(gòu)件抗力的影響較大，建議采用實測樓板厚度對結(jié)構(gòu)進(jìn)行承載力復(fù)核驗算。④僅依據(jù)彈性分析結(jié)果對樓板采取加固措施，與實際受力情況出入較大，有時顯得過于保守，還應(yīng)進(jìn)行塑性分析復(fù)核，必要時采用荷載試驗進(jìn)行檢驗。