开裂现浇混凝土楼板的安全性评定

0 引言

随着人们生活水平的提高，相较以往更加重视住房的安全性，混凝土楼板开裂现象常常引起使用者对结构安全的担忧，甚至引起使用者与建设者的纠纷。常见的混凝土楼板裂缝按形状划分主要有：①板角斜裂缝，常见于墙板交界；②纵横向裂缝，此裂缝常出现在板跨中、支座及管线暗埋处，呈直线或折线状；③不规则裂缝，沿板面或板底不规则出现，一般呈网状、散状或龟裂状。按照裂缝的成因划分主要包括：结构性裂缝和非结构性裂缝，结构性裂缝即由外荷载作用引起的裂缝；非结构性裂缝即由变形引起的裂缝，是检测中常见的裂缝，包括收缩裂缝、温度裂缝、沉降裂缝、施工不当造成的裂缝等。不同类型裂缝的成因不同，对楼板安全性的影响不同。基于此，如何科学而公正地评定开裂现浇楼板的安全性显得尤为重要。

1 楼板质量检测

1.1 初步调查

初步调查一般包含以下内容：①查阅图纸资料：施工图、竣工图、竣工质检及隐蔽工程验收记录的验收文件，历次加固改造图纸；②查询建筑物历史；③现场调查：核对建筑结构现状，调查建筑物实际使用条件和内外环境等；④制定检测方案：在充分了解委托方的委托目的后，结合现场调查的条件，针对性地制定现场检测方案，方案须包含检测参数、检测方法、抽样方法以及需由委托方完成的前期准备工作。

1.2 混凝土强度检测

1.2.1 常用检测方法①回弹法：回弹法是一种非破损的无损检测方法。其工作原理为利用混凝土表面硬度与混凝土强度的相关关系，通过回弹仪测定混凝土表面硬度，从而间接地测试混凝土强度。回弹法因其成本低、效率高、非破损、操作简单，在工程检测中得到了广泛的应用。②钻芯法：钻芯法是直接从结构构件上取样，并根据芯样的抗压强度推定构件强度的一种半破损检测方法，其检测结果直观、可靠，具有可以观察混凝土内部质量的优点。但其设备操作复杂，对结构有一定的损伤，使得其应用受到一定限制。③钻芯-回弹综合法：钻芯回弹综合法结合了非破损的回弹法及半破损的钻芯法优点，利用芯样强度换算值修正测区回弹值，是一种既反映混凝土表面质量又反应混凝土内部质量的一种综合方法。

1.2.2 检测方法适用性讨论 对楼板强度的检测目前工程上以回弹法为主，但其作为评定楼板强度的准确性还值得商榷。①对于泵送的现浇板，由于浇筑面的表面和底面性能相差较大，不宜直接用回弹法，且随着高效减水剂的使用，造成混凝土表面硬度降低，直接采取回弹法会导致较大的误差甚至误判。②回弹法适用龄期为（14~1000）d，但实际工程检测中，特别是加固改造项目混凝土龄期往往已远超过1000d，虽《民用建筑可靠性鉴定标准》GB50292-2015中制定了“老龄混凝土回弹值龄期修正的规定”，但某些检测项目不能确定修建时间甚至修建年代，为老龄期混凝土推定强度留下了较大的不确定因素。③回弹法的准确性与采用的测强曲线有很大的关系，不同地区、不同年代应具有相适应的专用测强曲线，但遗憾的是大多数地区并未制定地区测强曲线，导致采用统一测强曲线作为回弹法检测混凝土强度的依据，显然有失准确性。

钻芯-回弹综合法是一种既反映混凝土表面质量又反应混凝土内部质量的一种综合方法，在楼板混凝土强度的检测中，没有以上回弹法应用的限制，且相较于取芯法而言，取芯量较小，应在楼板混凝土强度检测中进行积极推广应用，另外考虑到楼板厚度较薄，芯样可采取直径75mm的小芯样。

1.3 楼板钢筋配置及保护层厚度检测

钢筋混凝土楼板承载力评定中，除楼板厚度外，钢筋配置情况（含钢筋规格、钢筋间距、钢筋保护层厚度）对结构构件承载能力具有决定意义。

①钢筋直径：混凝土楼板中钢筋直径常采用原位实测法检测，其测试步骤为采用钢筋探测仪确定待检测钢筋位置，剔除混凝土保护层，露出钢筋，采用游标卡尺测量钢筋直径，测量精确至0.1mm。②钢筋间距：楼板类钢筋间距采用钢筋探测仪测定，且楼板每个方向基本采用等间距布置，因此钢筋平均间距客观反应了钢筋数量，其测试步骤为随机在构件上选择测试部位（测试部位应清洁、平整），然后每个测试部位连续检出7根钢筋，确定钢筋的平均间距，以均值作为钢筋检测的测试结果。③钢筋保护层厚度：保护层厚度采用钢筋探测仪测定，并通过剔凿原位检测法进行验证。需要说明的是，现场检测技术人员为快速检测，常以上一楼层对应部位梁边为基准，退后50cm作为检测测试部位，对于支座负筋采用分离式配筋的小直径钢筋，此测试方法将使得保护层厚度测试值较承载力评定真实值偏大。一是由于小直径钢筋较软，易由于踩踏变形，导致保护层厚度变大，由于支座梁钢筋骨架的约束，越靠近梁边，踩踏变形越小；二是对于两端固定的3.6m常规跨度楼板而言，梁边退后50cm处的弯矩仅为支座弯矩的30%左右，显然不是受力控制截面。综上，笔者建议保护层的测定应靠近梁边。

1.4 楼板厚度与挠度检测

1.4.1 楼板厚度 楼板厚度采用钻芯法（直接法）或楼板测厚仪（间接法）测定，对于悬挑板，取距离支座0.1m处，沿宽度方向取包含中心位置在内的随机3个点为厚度平均值，对于其他楼板，在同一对角线上量测中间及距离两端各0.1m处，取3点平均值。对于板、墙类构件，其截面尺寸通常较薄，几何参数的变异性对构件抗力的影响较大，建议采用实测楼板厚度对结构进行承载力复核验算。

1.4.2 楼板挠度 楼板裂缝反应了楼板局部工作状态，楼板若大量开裂，将可能影响楼板的整体刚度，降低抵抗变形的能力，而通过挠度的检测可以一定程度上反应裂缝是否对楼板整体工作状态产生影响。挠度可采用水准仪或者拉线的方法进行检测，检测时应提供跨中最大挠度值及受检构件的计算跨度。

1.5 裂缝检查

混凝土楼板裂缝通常检查以下几个方面：①裂缝位置及裂缝分布：对楼板表面裂缝现状情况进行详细调查，记录裂缝的形态、条数、长度和走向，并绘制裂缝分布图，需要注意的是要区分裂缝的形状，如是否一端宽一端细，或者两端细中间宽等。②裂缝宽度：裂缝宽度主要检查具有代表性，与裂缝方向垂直的缝宽，常采用的工具为裂缝测宽仪。③裂缝深度：主要区分浅表裂缝、保护层裂缝、较深裂缝或者贯通裂缝，深度检测的技术有：钻芯法、超声波法、水浸法（仅适用于贯通裂缝）等。④开裂时间、裂缝发展与变化：通过咨询相关人员或者查看影像资料获取。

2 承载力分析

2.1 弹性分析方法

弹性分析方法是最基本、最成熟的结构分析方法，也是目前设计院广泛采用的一种分析方法，实际上它是将楼板视为完全弹性的材料，认为楼板中某个截面破坏即宣告承载力失效，忽略了楼板开裂后的塑性性能，因此与实际受力情况出入较大，有时显得过于保守。笔者经历的大量的检测工程案例验证，弹性分析承载力不足的楼板，往往荷载试验验证后能够满足承载力要求。因此对于既有楼板而言，若仅依据弹性分析这种偏于严格的评定方法，大量既有结构将面临加固或拆除，造成不必要的经济浪费。

2.2 塑性内力重分布分析方法

塑性内力重分布法是在弹性分析的基础上，对楼板支座截面进行调幅，降低支座弯矩，增大楼板跨中弯矩，充分挖掘楼板的承载能力，但此法本质上仍属于弹性分析的范畴，构件所承担的总内力不变，仅仅是内力的分布发生变化。对于双向板，支座调幅系数较难确定，因此应用起来存在一定困难。

2.3 塑性极限分析方法

与弹性分析方法以个别截面屈服作为承载力极限不同，塑性极限法是以一系列截面屈服，最终形成机构，不能再承受荷载作为承载力极限，因此也称为上限解。塑性极限法充分发挥了混凝土超静定的承载潜力，使得设计更加经济、合理，具有较大的经济效益，因此也被多数结构设计软件所采纳。塑性极限法看似是一种“非保守”的设计方法，得到的是楼板的极限承载力，但是对于既有楼板而言，由于受到周边梁、墙的水平约束，将产生薄膜效应，使得楼板的实际极限承载力远大于未考虑薄膜效应的极限承载力，大量工程实验表明，采用塑性极限分析计算值与实验值吻合度较好。

2.4 试验分析方法（荷载试验）

荷载试验作为一种有效评估混凝土结构构件承载能力的方法，越来越得到委托人与鉴定人员的认可，常被作为承载力计算分析法的“仲裁”，另外对于开裂混凝土楼板，虽可通过测试挠度等方法近似分析损伤对楼板承载力的影响，但很难定量描述，因此荷载试验分析法在存在质量纠纷的楼板鉴定工程项目中显得极具必要性。此外相对于验算分析方法而言，荷载试验依据现场结构真实情况检验，没有计算分析方法中关于预设计算模式，边界条件的假定，是结构的真实反映。

3 开裂楼板检测评定程序

通过大量实际工程案例的检验以及楼板开裂事故的处理，总结归纳了一套既有开裂楼板承载力评定的一套程序。初步调查→确定鉴定目的、内容及范围→楼板质量参数检测（混凝土强度、钢筋配置、楼板厚度）→裂缝检测→楼板挠度检测→弹性计算分析（弹性计算分析满足承载力要求，则承载力评定合格，否则进入下一步）→塑性分析（塑性分析不满足，则承载力评定不合格，若塑性分析满足且挠度无异常，则承载力评定合格，若挠度异常或者存在质量争议、仲裁，则进入下一步）→荷载试验：如无明显破坏迹象，且实测挠度满足要求，承载力评定合格，否则不合格。

4 工程案例

某工程1号厂房为5层混凝土框架结构，于2018年7月开工建设，2019年8月主体完工，尚未进行二次结构的施工，例行检查时发现共63块板存在不同程度的开裂现象，由于存在施工质量争议，建设方不予以验收，故2019年9月施工方单方委托对开裂楼板进行安全性鉴定。

4.1 初步调查

查阅原材质检报告，未见异常；楼板厚度均为120mm，采用分离式配筋，分布钢筋采用A6@155，楼面活荷载为2.5kN/m；设置了一道后浇带，目前尚未施工围护墙体。

4.2 楼板质量参数检测

①结构布置复核：按照竣工图对建筑结构平面布置进行了复核，经复核该结构平面布置与原设计相符。②混凝土强度检测：采用钻芯-回弹综合法对开裂楼板混凝土抗压强度进行了检测，开裂楼板混凝土强度满足设计强度C30的要求。③钢筋直径、间距检测：采用钢筋扫描仪对楼板钢筋间距进行了检测，并按照规范对部分构件进行了局部剔凿检查，以验证钢筋直径。检测结果表明：楼板钢筋间距及直径满足设计及规范要求。④保护层厚度检测：采用非破损的方式（钢筋扫描仪）对保护层厚度进行了检测，并采用微破损的方式（局部剔凿）进行验证，楼板板面及板底保护层厚度均不满足设计要求，板底平均保护层厚度为20.9mm，板面平均保护层厚度为34.8mm，较设计保护层厚度（15mm）偏厚。⑤楼板厚度检测：采用楼板测厚仪对受检楼板板厚进行了检测，并局部进行了钻芯验证，实测板厚平均值为132mm，较设计板厚偏厚（设计板厚120mm）。

4.3 楼板挠度检测

采用精密电子水准仪对受检楼板挠度进行了检测，受检楼板未见明显异常变形，挠度测量结果满足规范要求。

4.4 裂缝检测

①楼板板底裂缝主要表现如下：1）沿着房屋短向直裂缝及斜裂缝，部分裂缝沿管线发展，大部分裂缝宽度为0.1~0.2mm，部分裂缝宽度达到0.2mm，裂缝长度较长，约7m左右；2）沿板角的斜裂缝，裂缝宽度较小，大多数宽度小于0.1mm；3）房屋底层裂缝发展最多，向上逐渐减少；4）采用浸水法检测，钻芯法验证，裂缝基本为贯通裂缝，二层裂缝分布见图1。

图1 二层裂缝分布图

②主体结构完工后未投入使用，楼面装修层未施工，也未发现楼面有明显超载、堆载现象，且房屋平面布置较长（达68m），结合裂缝部位、性状及形态分析，楼板裂缝主要为混凝土收缩、温度变形裂缝。且由于设置管线、楼板板面支座钢筋保护层厚度偏大，降低了混凝土抗裂性能，也加剧了裂缝的发展。

4.5 承载力验算

依据实测数据对该板承载力进行弹性分析，在设计荷载作用下，部分楼板板面实际配筋面积小于计算配筋，承载力计算结果不满足规范关于弹性板的要求。

4.6 荷载试验（安全性检验）

由于委托方和建设方关于工程质量存在纠纷，委托方为解决争议，未再进行塑性分析，直接现场以板面支座保护层最大（即受力最不利）及裂缝部位对受力最不利的原则选取了三块板进行静荷载试验。安全性检验荷载为6.0kN/m，分4级加载，加载顺序为（0→1.5→3.0→4.5→6.0）kN/m进行，并按照次序进行卸载。整个加载过程楼板未见产生新裂缝，原有裂缝也未见发展，在外加荷载6.0kN/m作用下，板跨中挠度最大值为（0.845~1.570）mm，均小于验算挠度，卸载后挠度计读数基本恢复到初始值，表明楼板仍处于弹性工作状态，受检楼板满足承载力要求。

5 结语

在大量的工程检测案例及裂缝事故处理案例的基础上，提出了一套开裂现浇混凝土楼板安全性评定的程序，并对检测方法及承载力分析方法的适用性进行了讨论，提出了以下建议。①针对泵送混凝土楼板，特别是老龄期泵送混凝土楼板，应采取钻芯（75mm小芯样）-回弹综合法。②板面钢筋混凝土保护层的测定应尽量靠近支座。③楼板厚度通常较薄，几何参数的变异性对构件抗力的影响较大，建议采用实测楼板厚度对结构进行承载力复核验算。④仅依据弹性分析结果对楼板采取加固措施，与实际受力情况出入较大，有时显得过于保守，还应进行塑性分析复核，必要时采用荷载试验进行检验。