板钢筋保护层厚度偏差原因及建议*
2021-07-15李东晔
李东晔， 王 刚， 王 建， 王 楠， 王 健
(1 大连市建设工程质量与安全监督服务中心， 大连 116031； 2 大连市建筑科学研究设计院股份有限公司， 大连 116021； 3 大连市建筑工程质量检测中心有限公司， 大连 116021)
0 引言
为落实“强化验收”和“过程控制”，自2002年起，《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB 50204—2002)[1]对梁板钢筋保护层厚度提出了实体检验的具体要求。这主要是基于耐久性和结构安全性考虑[2]：保护层厚度过小易导致钢筋提前发生腐蚀或粘结锚固破坏；保护层厚度过大即钢筋移位易导致构件的承载力降低。从实际情况看，由于施工精度不高、判定标准严苛、施工难度较大等原因，现浇混凝土板顶部钢筋保护层厚度不满足规范要求的现象普遍存在。
相关质量问题的处理需要检测、建设、设计、施工、监理及工程质量监督机构等多家单位的参与和配合，将会产生额外的经济和时间成本支出，而其中较大比例的构件经设计核算后无需处理，实际造成了社会生产力的浪费。探讨合理控制保护层厚度偏差，避免该类问题的普遍发生，有着积极的现实意义。
1 板顶钢筋保护层厚度偏差现状
1.1 检测结果分析
表1统计了大连市检测业务量排名前列的3家检测企业2019年8月现浇混凝土楼板顶部钢筋保护层厚度的检测结果。这3家企业的检测项目遍布大连市全域，并覆盖辽宁省其他地市，检测结果具有一定的普遍性和代表性。
对表1数据分析可以得到以下结论：1)保护层厚度合格率较低；2)负偏差发生概率很小；3)正偏差发生概率很大；4)最大正偏差问题严重。
板顶钢筋保护层厚度偏差检测结果统计 表1
需要注意的是，钢筋移位和混凝土超厚或超薄都可引起保护层厚度偏差，在判别时应排除板厚的影响。图1和图2分别列出了部分板厚偏差(企业一提供)的检测结果和保护层厚度偏差的统计结果。由图1可见，所检构件中除小部分发生板厚正偏差，其余均在允许范围之内，说明板厚控制较好，板顶钢筋向下移位是保护层厚度正偏差的主要原因。实际操作中，应对保护层厚度不合格的板进行板厚检测，修正保护层厚度检测结果。而设计单位在未掌握板厚的情况下，直接出具设计意见，是不负责任的。
图1 板厚偏差统计结果
图2 保护层厚度偏差统计结果
图2中给出了根据实测结果绘制的正态分布曲线，其中μ=11.52，σ=7.24，总体情况好于文献[3]中的检测结果，说明保护层厚度的质量控制水平得到了一定提升。
1.2 保护层厚度偏差问题处理
对于验收不合格的情况，《建筑工程施工质量验收统一标准》(GB 50300—2013)[4]规定了处理流程。当判定保护层厚度偏差不合格时，首先需扩大样本空间二次抽检，全面反映质量问题。然后由设计单位(或鉴定单位)根据两次检测数据复核计算并出具设计意见，设计意见可概况为三类：第一类是可满足要求，无需处理；第二类是满足承载力但不满足耐久性要求，需采取提高耐久性措施；第三类是不满足承载力要求，需加固维修。最后参建单位根据设计意见进行处理，直至最终通过质量验收。
表1数据中，共有785个构件的实测结果超出最大正偏差，占全部构件数的78.3%，在扩大检测的基础上进行了设计核算。但从结果看，只有正偏差很大的极少部分构件采取了加固维修，绝大多数经设计核算后满足要求，无需处理，说明现浇混凝土板具有较大的承载力储备[5-7]。对于这些工程项目，扩大检测和设计核算工作产生了额外的时间和资金支出，增加了建设成本和企业负担，由于问题处理涉及多个部门，少则数日，多则数周，相关费用无法确切统计，造成了社会生产力的浪费。
2 保护层厚度偏差的主要原因
很多文献将保护层厚度偏差的主要原因简单归咎于施工水平，力求通过改进施工工艺和管理水平等措施予以根治，但事实上收效甚微。提高施工质量确实可以在一定程度上改善保护层厚度的控制水平，但若想达到理想的质量水平，势必会以较高的成本投入为代价，市场接受度不高。在保证较高施工质量水平的前提下，本文着眼于施工环节之外，希望通过多角度分析问题的成因，提出合理可行的解决办法。
2.1 保护层厚度偏差判定标准的适用性
在实际应用中，保护层厚度偏差判定标准的适用情况存在争议，主要有以下两点：
2.1.1 正偏差判别尺度不统一
《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB 50204—2015)(简称混凝土结构工程验收规范)对板保护层厚度的允许正偏差为8mm，是钢筋分项工程验收中保护层厚度允许偏差值适当扩大的结果[8]。从多年的应用情况看，并未发现有薄板在满足正偏差情况下影响结构性能，说明钢筋正偏差产生的承载力降幅对于薄板是安全的，保护层厚度偏差的判别尺度是可靠的。但对于厚板来说，这一判别尺度则过于严苛。举例来讲：设计保护层厚度15mm、板厚100mm、板顶钢筋正偏差8mm，按弹性理论分析，对应承载力降幅约10%；而相同设计保护层厚度的200mm厚的板，正偏差8mm时，对应承载力降幅仅为5%；如果统一按照10%的承载力降幅，200mm厚的板对应的正偏差可放宽至18mm，若按塑形理论分析(设计复核计算多采取的方法)，正偏差允许值还应进一步扩大。显然，8mm的正偏差判定标准对薄板可以接受的话，对厚板则过于保守，未能充分发挥构件的承载能力。
2.1.2 最大偏差判定的适用性
混凝土结构工程验收规范考虑有横向钢筋连接，一个保护层厚度不合格的测点可以代表周围一定范围的质量情况，因此有必要设置最大偏差判定[8]。本文的检测数据支持了这一观点，见图3，在全部785个不满足最大正偏差的构件中，仅有1个测点大于12mm的占比为15.9%，6个测点都大于12mm的占比达29.8%，说明实际工程中，同一构件上的钢筋移位不是个别现象。
图3 最大偏差测点数的占比
但如前文所述，对于混凝土受弯构件而言，除悬挑构件外，其他构件的承载力储备较大，即使发生了一定范围内的钢筋移位，对整体结构性能的影响也较为有限，应该通过扩大检测以更全面地反映构件的整体质量水平，而不是直接按最大偏差的标准判定为不合格。
2.2 施工难度的影响
梁的保护层厚度偏差问题远少于板，这是因为梁中受力主筋与架立钢筋、箍筋等构成了一个牢固、完整的钢筋骨架，可以保证上下层钢筋位置的相对固定，控制梁底部钢筋保护层厚度，可确保整个钢筋骨架的位置准确。对板来说，底部钢筋保护层可以依靠垫块控制；但顶部钢筋多采用分离式且非贯通(扁担筋、扣筋)的做法，施工难度较大，位置难以得到有效保证。
在此基础上，建设方和设计方并未充分考虑施工复杂性，而是为了追求更低的建设成本，不惜以更高的施工难度为代价，诸如同一楼层存在的多个板厚、多规格钢筋以及多种钢筋间距混用的情况，这类设计方案增大了板的施工难度，容易诱发工程质量问题。
3 相关建议
自2002年以来，实体检验对保护层厚度的质量控制起到了积极的促进作用。但从近几年的实际情况看，保护层的施工控制水平已趋于稳定，大多数施工企业对加大投入换取更高施工精度的做法积极性不高，在全行业推动施工保证措施的继续提高存在难度。建议从放宽判定标准和降低施工难度等方面着手解决问题。
3.1 适度调整验收标准
保护层厚度偏差的问题多是以设计核算阶段发掘构件承载力储备的方法加以解决。既然如此，可以考虑适当放宽判定标准，在质量验收环节释放构件的承载力储备。需要指出的是，随着保护层厚度偏差允许值增大，荷载作用引起的构件横向裂缝宽度也会增加，但对构件的耐久性影响有限[9]，不应为了减小横向裂缝宽度而加以限制。
3.1.1 调整正偏差判定标准
考虑不同截面厚度构件承载力储备的差异，根据可接受的承载力降幅设定正偏差允许值，建议对非悬挑构件采取以下判定标准(h为截面高度，mm)：当h≤120mm时，正偏差允许值取max8mm，h/10；当120mm
图4 板厚对应的保护层厚度偏差允许值
3.1.2 部分取消最大偏差判定
保护层厚度对安全性或耐久性影响较大的构件，建议保留最大偏差判定，例如悬挑构件和厚度较小构件的正偏差判定，以及侵蚀性介质环境中构件的负偏差判定等；其他构件，建议取消最大偏差判定，根据抽检数据，在综合分析构件整体质量水平的基础上，进行合格率判定。
3.1.3 有针对性地进行板厚检测
板厚检测可以发现混凝土超厚或超薄现象，修正保护层厚度的检测结果，是进行设计核算的必要条件。建议增加对板厚抽检的限制条款，明确要求对保护层厚度超差的构件进行板厚检测，保证板厚抽检样本可以覆盖保护层厚度超差的样本，根据实际检测情况确定是否增加抽检数量。
3.2 优化设计方案
设计文件应该兼顾产品经济性和施工便利性，优秀的设计作品有助于降低施工难度，提高施工效率，保证施工质量。鉴于设计方迫于建设成本控制的压力，主动降低施工难度的可行性不高，因此，应对设计方案进行优化。
3.2.1 推荐板顶贯通配筋
板顶部采用分离式非贯通配筋节约钢筋量约25%(单向板中略大)，考虑附加的施工成本(加工、损耗、人工等)，节约量要打折扣，且板顶中部易产生温度或收缩裂缝；比较而言，采用分离式贯通配筋，可以增加钢筋的整体性，提高施工效率，减小施工难度，降低板面开裂风险，综合效益更高。有地区已经推广多年，取得了不错的效果[10]。
3.2.2 推荐采用大直径钢筋
板中常用钢筋的直径范围是8～12mm，近些年光圆钢筋不再用作板的受力钢筋，板顶钢筋易受扰动变形的情况已大大改善。但从实际情况看，直径8mm和10mm带肋钢筋的变形情况仍很普遍，建议在满足最小钢筋间距的基础上，尽量避免使用直径8mm钢筋，优先采用HRB400级直径12mm钢筋，可以从根本上杜绝施工过程中钢筋变形的问题。
3.2.3 避免板厚和钢筋间距的多样化
建议规范板厚和钢筋间距的取值，在满足结构安全性的基础上，尽量减少同一楼层板厚和钢筋间距的规格，或推荐设计人员采用常用的标准规格，避免多样化取值导致施工难度增大。这种做法虽然会造成材料用量一定程度的增加，但会大大提高施工精度和效率，改善质量水平。
4 结论与建议
必须认清施工质量控制水平是影响板钢筋保护层厚度控制的关键因素，考虑到板的承载力储备和钢筋安装的特殊性，提出在保证板钢筋施工质量的前提下，应适度放宽验收标准、降低施工难度，为解决板钢筋保护层厚度普遍不满足验收标准的问题提供技术参考。
(1)检测数据表明，混凝土板的负弯矩钢筋保护层厚度不满足正偏差的现象很普遍，最大正偏差问题较为严重；由于承载力储备较大，绝大多数因保护层厚度正偏差判定不合格的混凝土板经设计复核后可以满足要求，不需要进行处理。
(2)从承载力分析角度考虑，现行混凝土保护层正偏差判别标准，适合厚度较小的板，而对于厚度较大的板过于严苛，易受偶然因素误导，造成承载力储备的浪费。
(3)建议根据板厚逐步放宽保护层厚度的质量判定标准，在质量验收环节释放构件的承载力储备；除保护层厚度对安全性或耐久性影响较大的构件外，应取消最大偏差判定，代以对检测数据的综合分析；应增加对保护层厚度超差构件进行板厚检测的要求，为设计分析提供依据。
(4)建议通过采用板顶贯通配筋、配置大直径钢筋等方法，优化钢筋混凝土板的设计方案，降低施工难度，从而保证钢筋混凝土板的施工质量。
