開裂現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，混凝土樓板開裂現象常常引起使用者對結構安全的擔憂，甚至引起使用者與建設者的糾紛。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，此裂縫常出現在板跨中、支座及管線暗埋處，呈直線或折線狀；③不規則裂縫，沿板面或板底不規則出現，一般呈網狀、散狀或龜裂狀。按照裂縫的成因劃分主要包括：結構性裂縫和非結構性裂縫，結構性裂縫即由外荷載作用引起的裂縫；非結構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，如何科學而公正地評定開裂現澆樓板的安全性顯得尤為重要。

1 樓板質量檢測

1.1 初步調查

初步調查一般包含以下內容：①查閱圖紙資料：施工圖、竣工圖、竣工質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現場調查：核對建筑結構現狀，調查建筑物實際使用條件和內外環境等；④制定檢測方案：在充分了解委托方的委托目的后，結合現場調查的條件，針對性地制定現場檢測方案，方案須包含檢測參數、檢測方法、抽樣方法以及需由委托方完成的前期準備工作。

1.2 混凝土強度檢測

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度的相關關系，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用。②鉆芯法：鉆芯法是直接從結構構件上取樣，并根據芯樣的抗壓強度推定構件強度的一種半破損檢測方法，其檢測結果直觀、可靠，具有可以觀察混凝土內部質量的優點。但其設備操作復雜，對結構有一定的損傷，使得其應用受到一定限制。③鉆芯-回彈綜合法：鉆芯回彈綜合法結合了非破損的回彈法及半破損的鉆芯法優點，利用芯樣強度換算值修正測區回彈值，是一種既反映混凝土表面質量又反應混凝土內部質量的一種綜合方法。

1.2.2 檢測方法適用性討論 對樓板強度的檢測目前工程上以回彈法為主，但其作為評定樓板強度的準確性還值得商榷。①對于泵送的現澆板，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超過1000d，雖《民用建筑可靠性鑒定標準》GB50292-2015中制定了“老齡混凝土回彈值齡期修正的規定”，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度留下了較大的不確定因素。③回彈法的準確性與采用的測強曲線有很大的關系，不同地區、不同年代應具有相適應的專用測強曲線，但遺憾的是大多數地區并未制定地區測強曲線，導致采用統一測強曲線作為回彈法檢測混凝土強度的依據，顯然有失準確性。

鉆芯-回彈綜合法是一種既反映混凝土表面質量又反應混凝土內部質量的一種綜合方法，在樓板混凝土強度的檢測中，沒有以上回彈法應用的限制，且相較于取芯法而言，取芯量較小，應在樓板混凝土強度檢測中進行積極推廣應用，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（含鋼筋規格、鋼筋間距、鋼筋保護層厚度）對結構構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，剔除混凝土保護層，露出鋼筋，采用游標卡尺測量鋼筋直徑，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了鋼筋數量，其測試步驟為隨機在構件上選擇測試部位（測試部位應清潔、平整），然后每個測試部位連續檢出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果。③鋼筋保護層厚度：保護層厚度采用鋼筋探測儀測定，并通過剔鑿原位檢測法進行驗證。需要說明的是，現場檢測技術人員為快速檢測，常以上一樓層對應部位梁邊為基準，退后50cm作為檢測測試部位，對于支座負筋采用分離式配筋的小直徑鋼筋，此測試方法將使得保護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，導致保護層厚度變大，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，筆者建議保護層的測定應靠近梁邊。

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的隨機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、墻類構件，其截面尺寸通常較薄，幾何參數的變異性對構件抗力的影響較大，建議采用實測樓板厚度對結構進行承載力復核驗算。

1.4.2 樓板撓度 樓板裂縫反應了樓板局部工作狀態，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裂縫是否對樓板整體工作狀態產生影響。撓度可采用水準儀或者拉線的方法進行檢測，檢測時應提供跨中最大撓度值及受檢構件的計算跨度。

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：對樓板表面裂縫現狀情況進行詳細調查，記錄裂縫的形態、條數、長度和走向，并繪制裂縫分布圖，需要注意的是要區分裂縫的形狀，如是否一端寬一端細，或者兩端細中間寬等。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：主要區分淺表裂縫、保護層裂縫、較深裂縫或者貫通裂縫，深度檢測的技術有：鉆芯法、超聲波法、水浸法（僅適用于貫通裂縫）等。④開裂時間、裂縫發展與變化：通過咨詢相關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、最成熟的結構分析方法，也是目前設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，若僅依據彈性分析這種偏于嚴格的評定方法，大量既有結構將面臨加固或拆除，造成不必要的經濟浪費。

2.2 塑性內力重分布分析方法

塑性內力重分布法是在彈性分析的基礎上，對樓板支座截面進行調幅，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，但此法本質上仍屬于彈性分析的范疇，構件所承擔的總內力不變，僅僅是內力的分布發生變化。對于雙向板，支座調幅系數較難確定，因此應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，最終形成機構，不能再承受荷載作為承載力極限，因此也稱為上限解。塑性極限法充分發揮了混凝土超靜定的承載潛力，使得設計更加經濟、合理，具有較大的經濟效益，因此也被多數結構設計軟件所采納。塑性極限法看似是一種“非保守”的設計方法，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，將產生薄膜效應，使得樓板的實際極限承載力遠大于未考慮薄膜效應的極限承載力，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構構件承載能力的方法，越來越得到委托人與鑒定人員的認可，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，荷載試驗依據現場結構真實情況檢驗，沒有計算分析方法中關于預設計算模式，邊界條件的假定，是結構的真實反映。

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，總結歸納了一套既有開裂樓板承載力評定的一套程序。初步調查→確定鑒定目的、內容及范圍→樓板質量參數檢測（混凝土強度、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，若撓度異常或者存在質量爭議、仲裁，則進入下一步）→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層混凝土框架結構，于2018年7月開工建設，2019年8月主體完工，尚未進行二次結構的施工，例行檢查時發現共63塊板存在不同程度的開裂現象，由于存在施工質量爭議，建設方不予以驗收，故2019年9月施工方單方委托對開裂樓板進行安全性鑒定。

4.1 初步調查

查閱原材質檢報告，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；設置了一道后澆帶，目前尚未施工圍護墻體。

4.2 樓板質量參數檢測

①結構布置復核：按照竣工圖對建筑結構平面布置進行了復核，經復核該結構平面布置與原設計相符。②混凝土強度檢測：采用鉆芯-回彈綜合法對開裂樓板混凝土抗壓強度進行了檢測，開裂樓板混凝土強度滿足設計強度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行了檢測，并按照規范對部分構件進行了局部剔鑿檢查，以驗證鋼筋直徑。檢測結果表明：樓板鋼筋間距及直徑滿足設計及規范要求。④保護層厚度檢測：采用非破損的方式（鋼筋掃描儀）對保護層厚度進行了檢測，并采用微破損的方式（局部剔鑿）進行驗證，樓板板面及板底保護層厚度均不滿足設計要求，板底平均保護層厚度為20.9mm，板面平均保護層厚度為34.8mm，較設計保護層厚度（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行了檢測，并局部進行了鉆芯驗證，實測板厚平均值為132mm，較設計板厚偏厚（設計板厚120mm）。

4.3 樓板撓度檢測

采用精密電子水準儀對受檢樓板撓度進行了檢測，受檢樓板未見明顯異常變形，撓度測量結果滿足規范要求。

4.4 裂縫檢測

①樓板板底裂縫主要表現如下：1）沿著房屋短向直裂縫及斜裂縫，部分裂縫沿管線發展，大部分裂縫寬度為0.1~0.2mm，部分裂縫寬度達到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，大多數寬度小于0.1mm；3）房屋底層裂縫發展最多，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主體結構完工后未投入使用，樓面裝修層未施工，也未發現樓面有明顯超載、堆載現象，且房屋平面布置較長（達68m），結合裂縫部位、性狀及形態分析，樓板裂縫主要為混凝土收縮、溫度變形裂縫。且由于設置管線、樓板板面支座鋼筋保護層厚度偏大，降低了混凝土抗裂性能，也加劇了裂縫的發展。

4.5 承載力驗算

依據實測數據對該板承載力進行彈性分析，在設計荷載作用下，部分樓板板面實際配筋面積小于計算配筋，承載力計算結果不滿足規范關于彈性板的要求。

4.6 荷載試驗（安全性檢驗）

由于委托方和建設方關于工程質量存在糾紛，委托方為解決爭議，未再進行塑性分析，直接現場以板面支座保護層最大（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進行，并按照次序進行卸載。整個加載過程樓板未見產生新裂縫，原有裂縫也未見發展，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，卸載后撓度計讀數基本恢復到初始值，表明樓板仍處于彈性工作狀態，受檢樓板滿足承載力要求。

5 結語

在大量的工程檢測案例及裂縫事故處理案例的基礎上，提出了一套開裂現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，應采取鉆芯（75mm小芯樣）-回彈綜合法。②板面鋼筋混凝土保護層的測定應盡量靠近支座。③樓板厚度通常較薄，幾何參數的變異性對構件抗力的影響較大，建議采用實測樓板厚度對結構進行承載力復核驗算。④僅依據彈性分析結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，還應進行塑性分析復核，必要時采用荷載試驗進行檢驗。