预应力空心板是以简支板式构件进行设计的，而工程实际当中在有些情况下却违背了这一设计原则，即支座并非完全铰支，其后果是显而易见的。本文就是通过一个工程实例分析来讨论这种情况发生的危害、机理及防止措施。
【关键词】预应力空心板 裂缝 不均匀沉降 支座负弯矩 铰支座

1 工程概况
该住宅楼为七层砖混结构，平面尺寸为56.04×12.94m，层高 3m，建筑面积4800m2。主体共分三个单元，其中东单元（①－③轴）和中单元（①－＠轴）之间设有一条伸缩缝。平面示意图见图1。墙体全部采用MU10实心粘土砖。±0.000以下为M10水泥砂浆，一、二层为m 混合砂浆，三～五层为M7.5混合砂浆，六、七层为MS混合砂浆。楼板采用预应力空心板，厨房、卫生间等局部为现浇板。基础为砖砌条形基础，设计埋深2.5m，地基处理为2m厚7：3砂卵石垫层，并以100mm厚C15素混凝土垫层封盖。开工于1999年6月，主体完工于2000年2月，竣工于2000年8月。2000年9月12日验收该工程时，发现三处门窗洞口角部裂缝，裂缝宽度在0.02－0.2mm之间。同年11月16日，发现了部分楼面空心板的裂缝。
2 地质概况
　　根据《工程地质勘察报告一详查》，地貌单元属汉江南岸一级阶地后缘接触带。主要由第四系全新统人工填土及粉质粘土、砂砾层等冲积相地层组成。场区地下水埋藏较深。场区地处洪庙沟中段人工将原地貌推成池塘式。根据勘察报告及本次检测成果，本场地地层自上而下依次为：
　　l）冲积淤泥层：厚度0.4～1.0m，黑色腐植质为主，含水量较大，处于流限状态。
　
2）粘土和粉质粘土层交互层：饱和、棕黄色，厚度在3.30～5.65m之间，含少量片状页岩和砾石。具有中、低压缩性，呈可塑一硬塑状态。
3）天然砂卵石层：埋藏厚度大于5.0m。
3 裂缝检测结果
对所有房屋的墙体和楼地面进行全面详细检查，结果表明，裂缝全部发生在中西单元，即①轴一囫轴区，东单元未发现裂缝。裂缝按所处部位分为地圈梁裂缝、墙体裂缝和空心板裂缝三类，分别详述如下：
3.1 地、圈梁裂缝
共抽查发现9处纵向地圈粱裂缝，其中5处为地梁，4处为一层圈梁。裂缝主要分布在20轴区两侧和24轴西侧，沿横向大致处于同一轴区位置，沿纵向基本上以22轴为对称。五处地梁共开裂12条缝，缝宽0.15－0.5mm，上宽下窄，沿截面裂通；一层圈梁四处开裂五条缝，缝宽0.1－0.3mm，上宽下窄，裂通。在⒇轴区有砖基础和墙体开裂，其裂缝与该处地梁裂缝连通，另有两处一层圈梁裂缝与其上空心板裂缝连通。
3.2 墙体裂缝
裂缝全部发生于纵向墙体的门窗洞角部，总体走向以22轴为界呈倒八字型。裂缝宽度0.05－0.2mm，沿墙厚全部裂通。其数量和宽度由一层向上逐层递减，主要分布在—一三层，四层以上明显减少。从每层来看，22轴以东的裂缝数量比以西的偏多。内纵墙裂缝见图2。　
3.3 空心板裂缝
　　按裂缝产生位置分为板间缝、板端缝和板跨中部裂缝三种。
　　（1）板问缝是相邻板间灌缝的开裂，非空心板本身开裂。这类缝分布在—一三层（其中一层30多条，二三层　 20多条），往上明显偏少。缝宽在0.05－0.3mm间。
　　（2）板端缝为板端距上下墙皮约200mm范围内的板本身横截面开裂。该类缝主要分布在13轴～25轴区间的一至三层空心板上，四至七层未发现板上有裂缝。这类缝上下大多裂通，上部缝宽度较大，下部较小或不明显，总体呈上宽下窄型。一层缝宽0.5～1.0mm，二层0.1～0.5mm，三层0.1～0.3mm，每层**宽裂缝一般集中在19～20轴区和24～25轴区。另外，这类裂缝非常典型的一个特点是：裂缝基本上仅在板的一端出现。在13～22轴区，板端缝大多仅产生于板的西端；而在22～25轴区，裂缝仅产生于板的东端。总体看，大部分板端缝集中在16～22轴区。一层板面裂缝见图3所示。
（3）板跨中部裂缝很少，仅发生于纵墙圈梁的两侧板。该类空心板侧边在纵墙圈梁上有＜10mm的支承，而支承圈梁本身就有裂缝，且空心板裂缝与圈梁裂缝连通，板缝特点为上宽下窄或下部不明显。如图3中就有两处属此种裂缝。
4 混凝土构件检测
4.1 地、圈梁混凝土强度
采用回弹法进行现龄期混凝土抗压强度检测，结果表明，地、圈梁混凝土强度高达C30～C40，大于设计要求的C20。
4.2 空心板抽样
根据板端缝分布情况，在三个不同位置抽取三块有典型代表预应力空心板，分别检查了断面尺寸，钢筋数量、直径及保护层厚度，并分别对每块板做三个试样进行混凝土轴心抗压试验。抽样空心板存在个别外观及尺寸缺陷，其余各项质量要求基本合格。另外也得到证实：施工期间空心板强度达到要求后才上楼面的，按批量进行的结构性能检验也是合格的。
5 楼房标高测定及沉降估测
根据3个探坑坑底的C15混凝土垫层上表面标高测量结果，发现由东向西，标高呈上升趋势，**大相差38mm。另外，对北立面一层窗台线和南立面一层阳台线相对标高进行测量，发现曲线亦呈东低西高趋势，**大相差40～50mm多。
6 地基基础质量检测
地基基础质量检测包括基础部分和人工砂卵石垫层部分。基础部分的检测主要是根据楼房裂缝情况抽样检查基础的宽度、放大脚及埋深；人工砂卵石垫层的施工质量检测主要包括砂石垫层的压实系数、含石量和均匀性、砂石垫层的承载力。结果表明，各项质量均满足设计和有关规范要求。
7 地基下卧土层物理力学性能指标测定
7.1 室内试验成果分析
　　（1）本场地的自由膨胀率为9％－48％，平均值为23％，依据国家标准《膨胀土地区建筑技术规范》（GBJllZ－87）可判定为微膨胀性土。
　　（2）本场地土饱和度Sr＞85％，与原勘察报告中本层土已达饱和相一致。
　　（3）本场地压缩模量Es为4.74－18.28MPa，总的趋势来说楼南压缩模量高，楼北压缩模量较低；西南角压缩模量较高，东北角压缩模量较低；根据液性指数IL判定为可塑一硬塑状态；根据压缩系数判定为中低压缩性土；根据塑性指数IP，判定土层名称为粘土或粉质粘土。
（4）根据下卧土层的物理力学指标可以判定其承载力**低可以达到 265kPa。
7.2 标贯试验成果分析
本层土标贯击数N30一般为11－13击，**低值为6.5击。按**低击数判定其承载力标准值，亦可达到178kPa。
7.3 重11动探成果分析
根据动探击数，下卧土层层底埋深即天然砂卵石层顶面线在楼北自西向东逐渐加深，由－10.35m～-6.5击；在楼南以22～24轴区为分界线，两边逐渐加深，由-7.35m～-8.30m；楼北深于楼南。
8 基底压力、下卧土层应力验算及基础沉降估算
8.1 基底压力、下卧土层应力验算
根据墙体、圈梁和楼板开裂部位及裂缝程度，选择五个部位按照国家标准《建筑地基基础设计规范》（GBJ7－89）对其基底压力、人工砂卵石垫层承载力、下卧土层承载力进行验算。结果表明，承载力设计值fZO基底压力和下卧土层承载力经验算均满足上部结构荷载及规范的要求。
8.2 地基变形计算
　　由于本场地原地形**标高在270.00m的等高包揽线以内，现室内**标高为272.00m，室外**标高为　271.20～271.40m，所以变形计算包括两部分：一部分为住宅楼结构荷载引起的地基附加应力影响地基产生的压缩变形，一部分为由于该场地地坪大面积抬高即相当于大面积堆载对地基产生的压缩变形。**后按照变形叠加计算出每个点基础的沉降量。
　　表1表明，基础沉降值与其下卧土层的厚度密切相关，下卧土层厚，因其压缩量大，基础沉降也大。
依据国标《建筑地基基础设计规范》（GBJ7－89）有关条文，“建筑物的地基变形计算值，不应大于地基变形允许值”，“对于砌体承重结构应由局部倾斜控制”，并规定砌体承重结构基础的局部倾斜允许值对于中低压缩性土为0.002。显然表1中的局部倾斜率未超出规范要求。
9 楼房沉裂原因分析
综合以上几点，可判定地圈梁、纵向墙体以及楼板出现裂缝，均系基础产生不均匀沉降所致。
9.1 裂缝原因分析
　　（1）下表2地圈梁裂缝与基础差异沉降对照表表明，基础沉降差较大的部位，地圈梁裂缝及宽度也较多。
　　（2）纵向墙体裂缝以22轴为中心呈典型的倒八字型，是由于在住宅楼基础下22轴处下卧土层**薄，其两侧下卧土层较厚，地基上压缩变形也较大，基础在22轴两侧发生了较大沉降而引起上部墙体开裂。
　　（3）板端缝的特征排除了仅仅荷载能引起这种裂缝的可能性。板的一端有裂缝而另一端无裂缝，说明板两端的受力状态完全不一样。根据设计采用的《预应力混凝土空心板》图集（XBG－92），板端做以下处理：板端坐浆在横墙圈梁上，其外露钢丝向上折直角钩挂在横向设置的邮通长筋上，再用不低于C20的细石混凝土浇灌密实（包括板孔堵块外约50mm的空腔）。而且，测试结果表明：圈梁用混凝土强度明显偏高，C20混凝土竟达C40。再加之上部多层砖墙传递的荷重压在板端上，形成空心板端部的非完全铰支状态。鉴于此，一旦板两端发生差异沉降，必造成两端支座产生弯矩，而形成两端支座的两种受力状况：沉降较大的一端为上部受压下部受拉的应力状态；沉降较小（或未沉降）的一端为下部受压上部受拉的应力状态（即形成支座负弯矩）。前者因板底配有受拉筋而具有很强的抗弯能力；而后者因板上部未配有受拉筋，仅靠混凝土本身的抗拉强度来抵抗弯矩，其能力是相当有限的。因此，后者在板端上部极易开裂，而前者一般不会开裂。就一块板而言，支座沉降大的一端板上部受压不会开裂，支座沉降小的一端板上部受拉容易开裂。
　　结合该楼目前板端缝的位置、特点以及基础沉降计算结果，可推断出在22轴两侧因下卧土层变厚，使地基发生了较大的压缩变形，导致地基不均匀沉降而引起板端出现裂缝。显然，底层距离地基近，对不均匀沉降敏感程度高，故裂缝严重；六七层距离地基远，对不均匀沉降敏感程度低，故裂缝不明显。
　　（4）板跨中部裂缝在该处圈梁有裂缝，缝上宽下窄，说明下部地基发生差异沉降，板两端随之发生差异沉降，但板侧在圈梁上有支承，相当于在板跨内增加了一个支座，因而在此造成板上部处于受拉应力状态（产生负弯矩），加上空心板上部无配筋，故必然在此产生裂缝。
（5）抽样空心板存在个别外观及尺寸缺陷，但基本不影响板端缝的产生。3.6m板混凝土强度仅达到C25，经过验算，其现有抗弯能力相当于设计C30的99.2％；抗剪能力充分满足《预应力混凝土空心板》图集（XBG－921）中的**大检验荷载要求，故其现有强度对空心板的工作能力基本不影响，也基本不影响板缝的产生。
9.2 空心板端抗负弯矩能力验算
　　在考虑到板端支座非完全铰支的情况下，假定两端支座发生差异沉降，则沉降小的一端承受负弯矩。该工程采用的三种规格的空心板在以下两种支座假定情况下，抗负弯矩能力见下表3。
　　由表3可以看出，在假定两支座为固定端情况下，两支座发生差异沉降1.l－1.9mm时，三种板已分别达到抗负弯矩极限状况，超过该值时，将在该板负弯矩处产生裂缝；在假定一端支座固定另一端支座铰支情况下，两支座发生差异沉降2.2～3.7mm时，三种板已分别达到抗负弯矩极限状况，超过该值时，将在该板负弯矩处产生裂缝。
　　因此，这种板端上部未配负弯矩筋的空心板，在支座非完全铰支状况下，在两端支座发生差异沉降时，抵抗负弯矩能力极小。
基础局部倾斜虽满足规范要求，但相邻两承重横墙的差异沉降部分达5.25～6.96mm，大于表3中预应力空心楼板能承受的极限差异沉降1.1～3.7mm，这是楼板产生板端缝的主要原因。同时也是该楼这种罕遇裂缝——预应力空心楼板板端裂缝非常严重而墙体洞口裂缝却非常小——的主要原因。
10 处理措施
　　10.1 对该楼进行为期三个月的不均匀沉降观测和裂缝观测，待稳定后进行加固。
　　10.2 加固措施：对支座处裂缝较严重的空心板板孔上部刻槽，植人适当钢筋作为支座负筋以抵抗支座负弯矩。该方法隔孔进行，并用不低于C30的细石混凝土浇筑密实。
目前该楼已投人正常使用近10个月。
11 结束语
　　此工程实例告诉我们，该楼的预应力空心板对地基不均匀沉降非常敏感，甚至胜过墙体对它的敏感程度。虽然这一现象并不多见，但给我们提出了一个很大的疑问：砖混结构中的预应力空心板在支座处实际的受力状态究竟如何？楼面在堆载过大情况下空心板板端会不会出现裂缝？看来，这仍需要作更加深人的观察和研究工作。