電磁法檢測高配筋率混凝土鋼筋保護層厚度

劉雨，汪華文，李承諭

（中交武漢港灣工程設計研究院有限公司，湖北 武漢 430040）

電磁法檢測高配筋率混凝土鋼筋保護層厚度

劉雨，汪華文，李承諭

（中交武漢港灣工程設計研究院有限公司，湖北 武漢 430040）

結合港珠澳大橋島隧工程混凝土配筋率高、鋼筋保護層厚度大、120 a耐久性設計要求的特點和實際經(jīng)驗，通過電磁法檢測高配筋率混凝土鋼筋保護層厚度和實際保護層厚度的比對，對電磁法檢測精度進行了統(tǒng)計分析，為工程快速準確測定保護層厚度提供了可靠的檢測方法。

高配筋率；鋼筋保護層；電磁法；精度修正；快速檢測

0 引言

目前，許多海洋工程鋼筋混凝土結構由于內(nèi)部鋼筋銹蝕導致混凝土膨脹、開裂，混凝土開裂后不僅加固難度大，而且需要花費大量的費用，因此鋼筋保護層厚度控制已成為海洋工程中重要的環(huán)節(jié)。鋼筋保護層能夠減緩海水中氯離子滲透導致鋼筋銹蝕，提高工程質(zhì)量和使用壽命[1]。根據(jù)JGJ/T 152—2008《混凝土中鋼筋檢測技術規(guī)程》[2]，為了保證鋼筋的承載力與耐久性要求，進行鋼筋保護層厚度的準確測定是非常重要的。

港珠澳大橋島隧工程主體工程混凝土結構具有鋼筋密集、保護層厚度較大的特點，其中沉管結構外側(cè)受力主筋的保護層厚度設計值為86mm，內(nèi)側(cè)受力主筋的保護層厚度設計值為66 mm。受密集鋼筋以及保護層厚度較大的因素影響，利用電磁法鋼筋探測儀對沉管和暗埋段實體結構鋼筋保護層厚度檢測時，導致鋼筋探測儀直接測得保護層厚度與實際厚度值偏差較大，超出《港珠澳大橋混凝土耐久性質(zhì)量控制技術規(guī)程》[3]（簡稱《規(guī)程》）中±3mm誤差范圍的要求。

為提高鋼筋保護層厚度檢測的準確性，并為主體工程混凝土鋼筋保護層厚度控制提供準確的依據(jù)，本文按照預制沉管配筋設置鋼筋混凝土標準試件，對電磁法檢測的保護層數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析后提出修正公式，其結果能夠滿足《規(guī)程》中“當混凝土保護層厚度≥60 mm時，保護層檢測儀器檢測誤差在±3mm以內(nèi)”的技術要求。

1 原理及設備

電磁法是目前工程項目中常用的無損鋼筋保護層厚度測定方法，基本原理是依靠儀器產(chǎn)生一定頻率的交變電磁場，同時對鋼筋產(chǎn)生二次交變電磁場，再轉(zhuǎn)化成電信號，被感應裝置捕捉記錄，以定位鋼筋位置、測試鋼筋保護層厚度[4]。

本次試驗采用精確度較高的2臺瑞士PROCEQ公司生產(chǎn)的profometer 5+SCANLONG鋼筋保護層厚度檢測儀（后文簡稱儀器A和儀器B）進行試驗。

2 校正方案

在滿足《規(guī)程》要求的前提下，按照沉管結構配筋并使用沉管混凝土配合比成型鋼筋保護層厚度校準標準試件，采用儀器A和儀器B對標準試件的保護層厚度按照《混凝土中鋼筋檢測技術規(guī)程》要求進行檢測[5]，通過數(shù)據(jù)回歸分析建立電磁法檢測鋼筋保護層厚度與實際保護層厚度之間的函數(shù)關系。利用此函數(shù)關系檢測沉管小尺寸模型鋼筋保護層厚度，通過對沉管小尺寸模型實體鉆芯測得實際保護層厚度，校核經(jīng)修正后的檢測精度，并驗證此函數(shù)關系是否符合要求。

3 數(shù)據(jù)采集

鋼筋保護層厚度校準標準試件長、寬、高分別為1 000mm×1 000 mm×500 mm，并按照沉管節(jié)段側(cè)墻不同配筋設置直徑為φ40 mm以及φ32mm兩種主筋，箍筋均為φ16mm鋼筋。標準試件有四個側(cè)面，其中側(cè)面一與側(cè)面三主筋為φ32 mm，側(cè)面二與側(cè)面四主筋為φ40 mm。標準試件的混凝土鋼筋保護層厚度分別設置為40mm、60 mm、80 mm、90 mm、100 mm五個區(qū)間。標準試件構造及具體的配筋如圖1。

圖1 標準試件構造及配筋（俯視圖）Fig.1 Standard testp iece and reinforcing bars（top-view）

按照上述配筋，采用與沉管相同配合比的混凝土澆筑標準試件2件，經(jīng)過振搗成型，土工布覆蓋表面，灑水養(yǎng)護14 d。所用配合比如表1。

表1 標準試件混凝土配合比Table1 Them ixing ratio of standard testpiece kg·m-3

依照《混凝土中鋼筋檢測技術規(guī)程》的檢測方法，分別采用儀器A和儀器B對標準試件的保護層厚度進行檢測，檢測數(shù)據(jù)顯示2臺同一廠家同一型號檢測儀檢測的結果基本相同，讀數(shù)值相差≤1mm。采用鋼直尺對標準試件實際保護層厚度進行測量。

4 檢測結果分析

根據(jù)標準試件保護層厚度檢測結果，對儀器A和儀器B讀數(shù)取平均值后，對保護層厚度檢測值與實際值進行統(tǒng)計分析，如圖2。

圖2 標準試件保護層厚度回歸曲線（實際值35～110mm范圍）Fig.2 The regression curve of the thicknessof p rotection layer for standard test piece (actualvalue range 35～110mm)

由圖2可知，在保護層厚度實際值為35～110 mm范圍內(nèi)，檢測值與實際值擬合接近二次曲線，擬合方程為：

將儀器A顯示值帶入公式（1）進行復核，當儀器A顯示值為56 mm時，推算值與實際值之差為-5 mm，不滿足《規(guī)程》的誤差要求。經(jīng)過對數(shù)據(jù)進行再次分析后，采用兩段函數(shù)，如圖3、4。

圖3 標準試件保護層厚度回歸曲線（實際值30～80mm范圍）Fig.3 The regression curveof the thicknessof protection layer for Standard test piece (actualvalue range30～80mm)

圖4 標準試件保護層厚度回歸曲線（實際值75～110mm范圍）Fig.4 The regression curve of the thicknessof protection layer for Standard test piece (actual value range 75～110mm)

由圖3可知，在保護層厚度實際值在35～80 mm范圍內(nèi)，檢測值與實際值擬合接近直線，擬合方程為：

由圖4可知，在保護層厚度實際值在75～110 mm范圍內(nèi)，檢測值與實際值擬合接近直線，擬合方程為：

由公式（2）和公式（3）可知，保護層厚度的實際值為75～110mm以及35～80 mm范圍內(nèi)，均可與檢測值建立良好的線性關系，而且相關系數(shù)也較高。

5 檢測結果復核

在電磁法檢測讀數(shù)為55～60 mm的范圍，對公式（2）與公式（3）重疊部分的保護層厚度及其偏差進行復核。復核結果表明，公式（2）計算出的保護層厚度與實測值的最大偏差為-4mm，公式（3）計算出的保護層厚度與實測值最大偏差為-3mm，可見公式（3）準確度更高，且滿足《規(guī)程》要求，因此，將檢測值為55～60 mm范圍劃歸到公式（3）中。以分段函數(shù)形式對不同保護層厚度范圍的函數(shù)表述如下。

采用儀器A和儀器B對沉管小尺寸模型側(cè)墻外部以及內(nèi)部的受力主筋保護層厚度進行檢測，通過公式（4）進行修正計算，并對檢測部位進行實體鉆芯，測量實體結構保護層厚度實際值，并將修正值與實際值進行比較，確定修正計算精度是否滿足要求。

沉管小尺寸模型側(cè)墻內(nèi)部及外部保護層厚度檢測修正如表2所示?？梢?，利用分段函數(shù)對電磁感應法鋼筋檢測儀檢測值進行修正后，與實際保護層厚度的最大偏差為±2mm。

表2 實體保護層厚度檢測結果Table 2 Test resultsof the thicknessofentity steelbar protection layer mm

6 結語

利用對高配筋率混凝土標準試件保護層厚度的檢測，建立了不同厚度范圍的電磁感應法鋼筋探測儀保護層厚度檢測分段修正函數(shù)。通過工程實體鉆芯驗證，經(jīng)分段函數(shù)修正后的保護層測量精度滿足《規(guī)程》對混凝土保護層測厚儀檢測誤差的要求，為電磁法準確快速檢測高配筋率鋼筋保護層厚度提供了參考。

[1] 李根濤，方從啟.海洋環(huán)境下混凝土墩柱的耐久性模擬[J].混凝土，2013（7）：11-14. LIGen-tao,FANG Cong-qi.Durability simulation of concrete piers under themarine environment[J].Concrete，2013(7):11-14.

[2]JGJ/T 152—2008，混凝土中鋼筋檢測技術規(guī)程[S]. JGJ/T 152—2008,Technical specification for test of reinforcing steelbar in concrete[S].

[3]港珠澳大橋管理局.港珠澳大橋混凝土耐久性質(zhì)量控制技術規(guī)程[S].修訂版.2013. Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge Authority.Technical specification for quality control of the concrete durability of Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge[S].Rev.ed.2013.

[4]常志紅.鋼筋的混凝土保護層厚度檢測技術探討[J].工程質(zhì)量，2008（7）：11-14. CHANG Zhi-hong.Discussion on the inspection technical of the depth of coverage in concrete[J].Quality of Civil Engineering and Construction，2008(7):11-14.

[5]陳慕鴻.淺談鋼筋保護層厚度的檢測技術[J].中國建筑金屬結構，2013（4）：76-77. CHENMu-hong.The detection technology of the thicknessofsteel bar protection layer[J].China Construction Metal Structure,2013 (4):76-77.

圖7 珠江口上游泥沙運動衛(wèi)星遙感圖像Fig.7 Satellite imagesof the sedimentmovementat the upper reachesof the Pearl River estuary

5 結語

1）根據(jù)多波束監(jiān)測數(shù)據(jù)、泥漿密度探測、回淤物容重測量以及人工潛水探摸等多種方法進行綜合分析，掌握整個基槽的回淤分布格局、不同泥漿密度層的分布規(guī)律和厚度，對科學指導基槽開挖、維護性清淤，對各工序順利開展尤其是碎石基床鋪設和管節(jié)沉放具有重要作用。

2）根據(jù)基槽所處海域地貌格局、海洋流體動力、泥沙環(huán)境和淤積物特征以及衛(wèi)星遙感圖像，結合現(xiàn)場實際考察，不斷探索研究回淤物淤積原因及可疑來源，為防淤減淤提供科學依據(jù)。

參考文獻：

[1]中交廣州航道局有限公司.港珠澳大橋島隧工程沉管隧道基槽監(jiān)測方案[R].2013. CCCC Guangzhou Dredging Co.,Ltd.The monitoring program of the immersed tube foundation trench of the Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge island&tunnelproject[R].2013.

[2] 交通運輸部天津水運工程科學研究院.港珠澳大橋沉管基槽泥沙預警報告[R].2014. Tianjin Research Institute forWater Transport Enginnering,M.O. T.The sedimentearlywarning reports of the immersed tube foundation trench of the Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge[R].2014.

[3] 鄒志利.海岸動力學[M].北京：人民交通出版社，2009. ZOUZhi-li.The coastal dynamics[M].Beijing:China Communications Press,2009.

[4] 劉良明.衛(wèi)星海洋遙感導論[M].武漢：武漢大學出版社，2005. LIU Liang-ming.Introduction of satellite ocean remote sensing [M].Wuhan:Wuhan University Press,2005.

Electromagneticm ethod to detect the thickness of protection layer for steel bar of high reinforcem ent ratio concrete

LIUYu,WANGHua-wen,LICheng-yu
（CCCCWuhan Harbour Engineering Design and Research Co.,Ltd.,Wuhan 430040,China）

Based on the island tunnel project of Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge,according to its characteristics of high reinforcement ratio of concrete,big thickness of the steel bar protection layer,and 120 years of durability designed service life and the practical experiences,through the electromagneticmethod to detect concrete protection layer thicknesswhich hashigh reinforcement ratio,then compare to the actual thickness,we carried the statistic analysis on the detection precision of electromagneticmethod,which can provide a reliable accuratemethod to rapidly and accuratelymeasuring steel bar protection layer depth.

high reinforcement ratio;rebar cover;electromagneticmethod;precision correction;rapid detection

TU755.3

B

2095-7874（2015）11-0052-04

10.7640/zggw js201511015

2015-10-19

劉雨（1989— ），男，湖北武漢人，助理工程師，土木工程專業(yè)。E-mail：1822072500@qq.com