既有建筑安全性鑒定中鉆芯法檢測推定混凝土強度的探討

鄧初晴，鄭夷洲，李翠玲

（1.深圳市金眾工程檢驗檢測有限公司，廣東 深圳 518000；2.中冶建筑研究總院（深圳）有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

國內建筑邁進存量時代，大量建筑物進入服役階段中后期。由于建筑物建造年代、施工水平、管理和使用及維護歷史等因素的限制和影響，許多建筑物的安全性有待確定，同時部分建筑物還存在著結構改造需求，也需要確定建筑結構的安全現狀，因此，既有建筑的安全性鑒定越來越受到重視。在對既有建筑進行安全性鑒定時，確定混凝土構件的強度是關鍵檢測項。

常見的混凝土強度檢測方法有無損及局部破損兩類，具體包括：鉆芯法、回彈法、超聲法等。

鉆芯法對既有混凝土結構構件存在一定程度的損傷，無損的回彈法理應得到更大重視。但是回彈法用于既有建筑物的混凝土構件的混凝土強度檢測時，需要鑿除混凝土構件表面 5 個或 10 個測區的裝修層，露出混凝土結構面；并且根據回彈法規范要求，需進行回彈檢測的構件一般多于鉆芯法的取芯數量，即回彈法對既有建筑物的裝飾裝修造成的破損遠大于鉆芯法。在實際的既有建筑物安全性鑒定項目中，委托方更愿意選擇裝修恢復量較小的鉆芯法而非回彈法進行檢測。

同時由于回彈法評定混凝土強度時依賴的測強曲線極具區域性，受檢構件的齡期也有較大限制，再加上老舊建筑混凝土澆筑水平較低，在對老舊既有建筑進行檢測時，回彈法評定的混凝土強度與構件混凝土實際強度存在不小偏差。相比回彈法而言，鉆芯法結果直觀、明確、可信度高、爭議小。該特點也使得鉆芯法相對更受肯定。

鑒于以上原因，在深圳地區既有建筑物安全性檢測及鑒定項目中，特別是對現有住宅及辦公樓等進行檢測時，委托方多數要求采用鉆芯法進行混凝土強度檢測，并采用其結果對檢驗批的混凝土強度進行推定。為盡可能減少鉆芯對原有結構構件的損傷，實際現場檢測中多取為小直徑芯樣，直徑約 75 mm。

目前，多本涉及安全性鑒定或現場檢測的國家標準或行業規范，對采用鉆芯法確定檢驗批混凝土強度的具體要求不一，給實際工作帶來了一定困擾。本文主要對我國現行規范中涉及鉆芯檢測及推定檢驗批混凝土強度值的方法進行比較和分析，并結合實際工程案例進行說明，在此基礎上針對既有建筑安全性鑒定中的鉆芯檢測并評定檢驗批混凝土強度值的方法提出建議，以期彌合既有建筑現場鉆芯時遇到的實際困境與規范要求之間的差距，供同行參考。

1 鉆芯法檢測評定檢驗批混凝土強度的過程及基本參數

鉆芯法檢測評定檢驗批混凝土強度的原理，是直接從混凝土構件上鉆取芯樣試件，并取得該試件的混凝土抗壓強度值fcor；再根據相應技術規程或標準提供的檢驗批混凝土強度推定方法，得到檢驗批混凝土強度的推定值fcu，e；將推定值fcu，e與標準試件的混凝土立方體抗壓強度標準值fcu，k進行對比及判定［1］。

本文將主要集中于從芯樣混凝土強度換算值fcor到檢驗批的混凝土強度推定值fcu,e中的不同批量推定方法的探討。

2 現有規范

我國現行的技術標準或規范，對檢驗批的混凝土強度檢測數據的推定處理方法不同。通過整理，依據其對芯樣混凝土強度的處理方法，將現有標準或規范分為 3 類，現將其檢測要求及數據處理方法簡述如下。

2.1 JGJ/T 384－2016《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程》

檢驗批的混凝土抗壓強度推定值應計算推定區間，推定區間的上限值和下限值應按式（1）、（2）計算［2］。

式中：fcu，e1為混凝土抗壓強度推定上限值，MPa；fcu，e2為混凝土抗壓強度推定下限值，MPa；fcu，cor，m為芯樣試件抗壓強度平均值，MPa；scu為芯樣試件抗壓強度樣本的標準差，MPa；k1，k2為推定區間上限值系數和下限值系數，當采用小直徑芯樣試件時，如表 1 所示。

表1 k1，k2 系數值表（JGJ/T 384-2016）

本方法中，檢驗批芯樣總數應滿足推定區間限值要求，即fcu，e1與fcu，e2之間的差值不宜大于5.0 MPa 和 0.1fcu，cor，m兩者的較大值，以此來確定檢驗批測區數量時宜考慮受檢混凝土抗壓強度的變異性。當不能確定混凝土抗壓強度變異性時，可取混凝土抗壓強度變異系數為 0.15 來確定檢驗批測區數量。小直徑芯樣試件的最小樣本量不宜小于 20 個。

采用同類評估方法的規范還有 GB/T 50344－2019《建筑結構檢測技術標準》、GB/T 50784－2013《混凝土結構現場檢測技術標準》、GB 50144－2019《工業建筑可靠性鑒定標準》、JGJ 125－2016《危險房屋鑒定標準》、北京地方標準 DB 11637－2015《房屋結構綜合安全性鑒定標準》等等。

同樣采用類似方法，以置信區間為混凝土強度推定值表達形式的，還有 CECS 03∶2007《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程》［3］。但該規程有部分內容與 JGJ/T 384－2016 不盡相同，具體如下所述。

1）鉆芯的最小樣本量不同。在 CECS 03∶2007 中，該檢驗批小直徑芯樣試件的最小樣本量應較 15 個適當增加，未指定為最少 20 個。

2）公式中k1、k2的取值不同。在 CECS 03∶2007 中，推定區間的上限值和下限值計算公式與 JGJ/T 384－2016 相同，但公式中k1及k2的取值不同，CECS 03∶2007中k1及k2值如表 2 所示。

表2 k1，k2 系數值表（CECS 03∶2007）

2.2 GB 50292－2015《民用建筑可靠性鑒定標準》

該標準中提供檢驗批的強度標準值的評定方法如式（3）所示［4］。

式中：fk為構件材料強度的標準值，MPa；mf為按n個構件算得的材料強度均值，MPa；s為按n個構件算得的材料強度標準差，MPa；k為與α、γ和n有關的材料標準強度計算系數（見表 3）。

表3 k 值表（GB 50292-2015）

該規范規定了在混凝土強度批量評定時現場受檢構件n的最低數量為 5～10 個，按n個受檢構件材料強度標準差算得的變異系數不宜超過 0.20。

采用類似評估方法還有 GB 50550－2010《建筑結構加固工程施工質量驗收規范》附錄 T，也采用了較少數量（n不宜少于 5，且不應小于 4）樣品推定核查某一檢驗批混凝土強度標準值的方法。當抽樣n趨于無窮大時，k值為1.645。

2.3 JTS 239－2015《水運工程混凝土結構實體檢測技術規程》

該規范中通過鉆芯得到構件的混凝土強度代表值。當混凝土強度代表值個數≥ 9 個時，計算該代表值的平均值和標準差，當同時滿足以下兩條要求時，判為合格［5］，如式（4）、式（5）所示。

式中：f′cu，m為混凝土強度代表值的平均值，MPa；sfcu為混凝土強度代表值的標準差，MPa；f′cu，min為混凝土強度代表值中的最小值，MPa；fcu，k為混凝土立方體抗壓強度標準值，MPa；c為系數，如表 4 所示；σ0為混凝土抗壓強度標準差的平均水平的值，如表 5 所示。

表4 c 值表

表5 σ0 值表

2.4 小結

第一類規范，以 JGJ/T 384－2016《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程》為例，認為采用隨機抽樣檢測得到的混凝土強度推定值應為一個推定區間，推定區間的置信度表示推定值落在該區間內的概率。該方法需要取樣的數量不少于 15 個，小直徑還需要再增加數量，同時還應滿足變異系數 0.15 或上下限值差值差求，即推定區間寬度范圍的要求。當采用小直徑時，該推定區間的置信水平為 0.85，錯判概率為 0.05，漏判概率為 0.10。

第二類規范，以 GB 50292－2015《民用建筑可靠性鑒定標準》為例，認為材料強度滿足正態分布。為滿足 95 % 的保證率，又要考慮取樣數量的有限，因為公式中未直接引用設計規范的計算參數 1.645，而是制定了系數k的取值，供計算混凝土強度標準值時取用。在按批量評定混凝土強度時，GB 50292－2015 規定了最小取芯數量最少為 5 個，且變異系數不宜超過 0.2。該規范中混凝土強度推定值的置信水平為 0.75。

第三類規范，以 JTS 239－2015《水運工程混凝土結構實體檢測技術規程》為例，該規范未直接給出混凝土強度的推定值，但從公式參數的含義，及該規范舊版本 JTJ/T 272－1999《港口工程混凝土非破損檢測技術規程》［6］關于混凝土強度評定的第5.5章節內容來看，可認為在批量評定時，可參考取f′cu，m-sfcu及f′cu，min+c·σ0中的較小值視為推定值進行判定，該檢驗批最小取芯數量為 9 個。結合規范內容理解認為，該方法未考慮 95 % 的保證率，而是通過限制其最小值來實現對混凝土強度檢測結果離散性的控制。

上述 3 類評定方法，出發點不同，置信水平不同，最小取樣數量不同。下面案例中將分別采用上述 3 類評定方法，對取樣的檢驗批的混凝土強度進行評定，并對比其差異。

3 工程實例分析

深圳某區一商場需進行鉆芯取樣評定其一、二層框架柱混凝土強度值，該檢驗批原設計強度為 C25。現場共進行了 3 次取樣。第一次隨機取樣 10 處，其后應甲方要求，增加隨機取芯數量 10 個，按 CECS 03∶2007《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程》進行評定，其推定區間上下限差值不滿足上下限差值的限值要求，于第 3 次再增加隨機取樣 10 個。3 次鉆取芯樣的混凝土抗壓強度值如表 6 所示。

表6 檢驗批混凝土強度值 MPa

本次鉆取芯樣的混凝土抗壓強度值分布示意如圖 1 所示。

圖1 檢驗批混凝土強度分布情況（單位：MPa）

1）按 JGJ/T 384－2016《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程》對上述芯樣混凝土強度值進行評定，結果如表 7 所示。

表7 混凝土強度評定結果（JGJ/T 384-2016）

2）按 CECS 03∶2007《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程》對上述芯樣混凝土強度值進行評定，結果如表 8 所示。

表8 混凝土強度評定結果（CECS 03∶2007）

3）按 GB 50292－2015《民用建筑可靠性鑒定標準》對上述芯樣混凝土強度值進行評定，結果如表 9 所示。

表9 混凝土強度評定結果（GB 50292-2015）

4）按 JTS 239－2015《水運工程混凝土結構實體檢測技術規程》對上述芯樣混凝土強度值進行評定，結果如表 10 所示。

表10 混凝土強度評定結果（JTS 239-2015）

對上述結果進行匯總分析如下：

1）以 10 個混凝土芯樣強度值進行批量評定時：如依據 GB 50292－2015 進行評定，其混凝土強度標準值評定結果為 17.6 MPa，明顯偏小，甚至低于最小值 22.3 MPa 約一個等級；如參考 JTS 239－2015 方法進行評定，該檢驗批混凝土強度可取為 23.76 MPa；該強度值數量不滿足其余規范要求。

2）當現場鉆取 20 個芯樣進行批量評定時：以JGJ/T 384－2016 進行評定，結果顯示其上下限差值滿足規范要求，可將其按批評定為 23.3 MPa；而以 CECS 03∶2007 進行評定，結果則顯示該檢驗批上下限差值 5.37 MPa，不滿足規范的限值要求，需再加抽芯樣；在此數據下，按 GB 50292－2015 進行強度值評定，結果為 19.7 MPa，仍然遠小于芯樣最小值；采用 JTS 239－2015 進行評定，其評定強度值為 24.14 MPa。除GB 50292－2015 外，其余規范的檢驗批混凝土強度評定結果較為接近。

3）當加抽至30個混凝土芯樣時，以 JGJ/T 384－2016 進行評定，其評定結果為 23.4 MPa，且上下限差值滿足規范限值要求；以 CECS 03∶2007 進行評定，其評定結果為 23.0 MPa，且上下限差值均滿足規范限值要求；按 GB 50292－2015 評定該檢驗批混凝土強度值為 20.8 MPa，依然小于抽檢的芯樣強度值的最小值；參考 JTS 239－2015 進行評定，其評定強度值為 24.44 MPa。除 GB 50292－2015 外，其余規范的檢驗批強度評定結果較為接近。

4）以本案例數據來看，按 GB 50292－2015 對混凝土芯樣強度值進行批量評定時，其評定結果均明顯偏小；當采用較多芯樣強度值進行批量評定時，除 GB 50292－2015 外，其余規范的檢驗批強度評定結果較為接近；按 JTS 239－2015 進行批量評定時，即使只抽取 10 個芯樣，該評定結果與較多芯樣時的評定結果能保持較好的一致性，且與應用其它規范時得到的混凝土強度評定結果相差不大。

4 既有建筑安全性鑒定項目中對鉆芯取樣的建議

目前，在深圳市常規的既有建筑安全性鑒定項目中，在鉆取芯樣并取得芯樣混凝土強度值后，一般依據 JGJ/T 384－2016《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程》進行數據處理，用滿足要求的抗壓強度推定上限值fcu，e1進行取值計算，或與設計等級的標準值進行對比判斷。

由于施工季節的養護差異和施工操作等原因，實際結構的混凝土強度離散度比較大，特別是小直徑芯樣，離散性更大。此時，根據 JGJ/T 384－2016 要求，則需要增加該檢驗批構件中的鉆芯檢測樣本數量，以提高檢測精度。但由于檢測精度與抽樣數量平方根成反比，因此，要顯著地提高檢測精度必須付出較大的人力和財力的代價，且對已建成建筑物的檢測而言，還不只是代價大小的問題，更多的是技術難度很大，有時為了確保既有結構的安全，甚至無法做到［7-9］。實際項目中需要在有限的鉆芯取樣數量上，盡可能得到較為可靠的檢驗批混凝土強度推定值。

綜合前文內容，筆者認為在合理劃分檢驗批的前提下，可參考使用 JTS 239－2015《水運工程混凝土結構實體檢測技術規程》，將該規范中的混凝土強度評定方法運用到既有建筑的現場檢測及鑒定評估中。

另外根據 GB 50292－2015《民用建筑可靠性鑒定標準》在本文案例中運用的結果，在鉆取芯樣數量僅 10 個時，其混凝土強度評定結果遠小于鉆取 30 個芯樣時的強度評定結果，甚至遠小于芯樣強度值的最小值，與實際情況偏差較大。在實際鑒定項目中，該評定結果易造成極大的浪費，不建議采用該方法進行。

5 結語

本文對比了我國現行規范中涉及鉆芯檢測及推定檢驗批混凝土強度值的不同方法，并通過深圳地區工程案例加以說明分析。分析認為按 GB 50292－2015 對混凝土芯樣強度值進行批量評定時，其評定結果均明顯偏小；當采用較多數量的芯樣強度值進行批量評定時，除 GB 50292－2015 外，其余規范的檢驗批強度評定結果較為接近；按 JTS 239－2015 進行批量評定時，即使鉆取芯樣較少，其評定結果與較多芯樣時的評定結果能保持較好的一致性，且與應用其它規范時得到的混凝土強度評定結果相差不大。在此基礎上，結合既有建筑鉆芯檢測的實際困難，建議參考 JTS 239－2015《水運工程混凝土結構實體檢測技術規程》中的混凝土強度評定方法及要求，對既有建筑的混凝土強度進行現場檢測及鑒定評估。