混凝土結(jié)構(gòu)保護層厚度檢測方法淺析

楊聚會中鐵隧道局集團有限公司工程試驗分公司（471000）

混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋保護層是指混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件中，最外層鋼筋的外緣至混凝土表面之間的混凝土層。在結(jié)構(gòu)中，鋼筋混凝土是由鋼筋和混凝土兩種不同材料組成的復(fù)合材料，具有良好的黏結(jié)性能是它們共同工作的基礎(chǔ)。從鋼筋黏結(jié)錨固角度對混凝土保護層提出要求，是為了保證鋼筋與其周圍混凝土能共同工作，使鋼筋充分發(fā)揮計算所需強度。因此在設(shè)計規(guī)范和設(shè)計文件中，對結(jié)構(gòu)的混凝土保護厚度都會作出具體規(guī)定，在施工組織設(shè)計、施工規(guī)范和驗收規(guī)范中均會對混凝土保護層厚度的檢測方法、評定方法和合格標準提出具體要求。

在工程實踐中，鋼筋保護層厚度的檢測是很頻繁的。對于各種結(jié)構(gòu)、各種構(gòu)件，其結(jié)構(gòu)形式不同，配筋不同，鋼筋埋深有深有淺，對檢測精度要求也不一樣，因此需要檢測人員熟練掌握多種檢測方法。文章基于工程實際，對施工現(xiàn)場混凝土結(jié)構(gòu)保護層厚度的檢測方法進行了介紹和淺析，可供檢測人員參考。

1 各種檢測方法論述

目前國內(nèi)主流的混凝土結(jié)構(gòu)保護層厚度檢測方法主要是無損檢測法和開鑿驗證法。無損檢測法根據(jù)其檢測原理的不同，主要分為感應(yīng)電磁法和雷達法。

1.1 電磁感應(yīng)法

電磁感應(yīng)法是由檢測儀探頭向混凝土內(nèi)部產(chǎn)生電磁場，當混凝土內(nèi)部有鋼筋存在時，因探頭相對鋼筋移動，鋼筋切割電磁場從而產(chǎn)生二次感應(yīng)磁場，并由信號接收單元接收到鋼筋感應(yīng)的二次場。由于不同直徑和不同保護層厚度的鋼筋產(chǎn)生的二次場強度不同，信號處理單元對接收的信號進行處理、運算后，以數(shù)值和指示條的形式顯示出來，操作員據(jù)此確定鋼筋平面位置和保護層厚度。

1.2 雷達法

1.2.1 手持鋼筋雷達

手持鋼筋雷達實質(zhì)上是一部便攜式的探地雷達，是利用高頻電磁波 (主頻為數(shù)十兆赫以至千兆赫)以寬頻帶短脈沖形式，由結(jié)構(gòu)表面通過天線T送入地下，經(jīng)地下地層或目的體反射后返回地面，為另一天線R接收。其機理主要是基于高頻電磁波在介質(zhì)中傳播和在電性突變界面上的反射特性，以及探測目標體與混凝土的介電常數(shù)和導(dǎo)電性差異引起的高頻電磁反射波的旅行時間、幅值、頻率、波形變化等資料，快捷地對地下電性突變界面成像，從而對鋼筋位置進行定位和判讀。

目前手持鋼筋雷達儀器的代表之一為日本JRC公司生產(chǎn)的NJJ95、105系列。其最大的特點是輕便、可以直觀顯示結(jié)構(gòu)內(nèi)鋼筋及管線位置，但價格相對于傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)式探測儀昂貴。

1.2.2 探地雷達

探地雷達法是一種地球物理方法，是近幾十年發(fā)展起來的一種探測地下目標的有效手段。與其他常規(guī)的地下探測方法相比，探地雷達法具有探測速度快、探測過程連續(xù)、分辨率高、操作方便靈活等優(yōu)點，在工程勘察領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。由于探地雷達探測的高精度、高效率及無損的特點，目前主要被用于考古、礦產(chǎn)勘查、災(zāi)害地質(zhì)調(diào)查、巖土工程勘察、工程質(zhì)量檢測、建筑結(jié)構(gòu)檢測等眾多領(lǐng)域。對于結(jié)構(gòu)內(nèi)鋼筋檢測，因鋼筋的介電常數(shù)與混凝土明顯不同，因此探地雷達也可以對鋼筋進行檢測，其檢測精度比較高和直觀。

鋼筋保護層厚度檢測的實質(zhì)是檢測表層鋼筋的位置，因此需要配套使用高頻天線。目前國內(nèi)主流的檢測設(shè)備多為美國GSSI sir3000/4000探地雷達，搭配使400 m、900 m及更高頻的天線。該法可全面檢測結(jié)構(gòu)內(nèi)部的情況及缺陷，除了鋼筋以外，還可全面檢測結(jié)構(gòu)內(nèi)部管線、缺陷及結(jié)構(gòu)厚度等相關(guān)信息。

1.3 開鑿驗證法

當無損檢測結(jié)果難以判斷，或者需要驗證時，可以結(jié)合檢測情況，對結(jié)構(gòu)進行開鑿驗證。開鑿驗證可以使用水鉆取芯，或者用電錘鉆開孔，清孔后使用內(nèi)窺探頭觀察、游標卡尺直接測量。但此法為破損檢測，開鑿后需要用高一強度等級的細石混凝土或砂漿補孔，對于預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)和構(gòu)件不宜進行開鑿驗證。

2 工程實例

2.1 工程概況

某跨江通道全長24 km，總體為東隧西橋，設(shè)計時速100 km/h，雙向八車道?？绾６伍L22.39 km，陸地段長1.64 km。主線橋梁總長16.985 km，隧道長6.87 km，海中設(shè)置東、西兩處人工島。島壁結(jié)構(gòu)總長約3 178.5 m，其中扶壁結(jié)構(gòu)199.05 m（設(shè)于東側(cè)島橋結(jié)合部及西側(cè)島隧結(jié)合部），與隧道、匝道結(jié)構(gòu)連接擋浪墻83.21 m，救援碼頭165 m。根據(jù)護岸結(jié)構(gòu)型式和護面型式要求，需要對扶壁式擋墻鋼筋保護層厚度進行檢測（如圖1所示）。

圖1 人工島島壁形式分布圖

圖2 扶壁式擋墻結(jié)構(gòu)及配筋

2.2 檢測存在的問題及原因分析

2019年11月，扶壁式擋墻（如圖2所示）陸續(xù)開始施工及脫模養(yǎng)護，脫模后用電磁感應(yīng)式鋼筋保護層測定儀對扶壁式擋墻的鋼筋保護層厚度進行檢測。第一次檢測，7cm以內(nèi)的鋼筋保護層厚度數(shù)據(jù)比較準確，深層的部分部位未測得數(shù)據(jù)。第二次檢測，其結(jié)果與設(shè)計值相差很大（見表1）。

檢測結(jié)束后，對情況進行了專門分析，通過追溯施工過程的質(zhì)量控制，包括交底、現(xiàn)場準備、綁扎鋼筋、立模、澆筑、養(yǎng)護和脫模等，并且跟蹤了扶壁式擋墻的后續(xù)施工，認為擋墻的鋼筋保護層厚度不會與設(shè)計值相差過大。主要的關(guān)注點應(yīng)在檢測方法和設(shè)備上，分析如下：

在混凝土結(jié)構(gòu)中影響測試精度因素較多，該扶壁式擋墻配筋比較密集，縱筋、箍筋和架立鋼筋較多。鋼筋都是以受力筋和箍筋交錯和網(wǎng)狀布置，在鋼筋間距較大的情況下，這種影響很小，基本可以忽略不計。但是在鋼筋間距較小的情況下，測量結(jié)果與實際值存在很大的偏差。

在設(shè)計工況下，擋墻直接與水接觸，因此保護層設(shè)計較厚，對于深層的鋼筋，有時因儀器功率的問題，不一定能有效探測到。

擋墻施工完畢后脫模較早，第3 d即進行保護層厚度檢測，混凝土尚處于水化和強度增長的高峰期，含水及介電常數(shù)尚不穩(wěn)定，也會對檢測造成不利影響。

2.3 對策及效果

據(jù)此，分析認為電磁感應(yīng)式鋼筋保護層測定儀不易準確測定上述擋墻的保護層厚度。因此鋼筋的介電常數(shù)與混凝土相差很大?；谝酝降乩走_檢測隧道襯砌的經(jīng)驗，使用足夠功率的探地雷達應(yīng)該是完全可以檢測出鋼筋位置并判讀出保護層厚度的。如果有必要，可以使用SIR3000型探地雷達配合900Mhz高頻天線對擋墻進行檢測，但考慮到該雷達及天線體積較大，因此優(yōu)先使用同原理的NJJ105手持雷達對擋墻進行檢測，若不能滿足要求，再考慮使用SIR3000型探地雷達配合900Mhz高頻天線。使用NJJ105手持雷達檢測情況如下（如圖3所示）。

表1 第二次鋼筋保護層厚度檢測結(jié)果

表2 手持雷達鋼筋保護層厚度檢測結(jié)果

圖3 現(xiàn)場檢測

參數(shù)設(shè)置及深度校正：設(shè)定NJJ105手持雷達為BA模式，測量方式為距離方式，根據(jù)現(xiàn)場已知深度的結(jié)構(gòu)管線，深度校正設(shè)置為11.5。檢測時，沿結(jié)構(gòu)表面測線勻速前進，檢測效果良好，在儀器視窗上可清晰看到鋼筋分布，檢測結(jié)果見表2。判讀出的保護層數(shù)據(jù)與實際基本吻合，與其他單位獨立檢測的結(jié)果基本一致。

圖4 扶壁式擋墻配筋及現(xiàn)場檢測

3 結(jié)語

鋼筋保護層厚度的檢測方法有多種。對于較復(fù)雜配筋及保護層厚度較大的構(gòu)件和檢測環(huán)境較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，電磁感應(yīng)式保護層厚度檢測儀可能會有難以測準的情況。

對于較復(fù)雜配筋及保護層厚度較大的構(gòu)件和檢測環(huán)境較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，宜優(yōu)先考慮探地雷達法檢測保護層厚度。對于單個構(gòu)件，手持式鋼筋雷達因較輕便，比較適合。若對于大規(guī)模長測線的結(jié)構(gòu)，如隧道二次襯砌等，可使用SIR3000型探地雷達配合900 Mhz高頻天線進行檢測。

文章暫未實施SIR3000型探地雷達配合900 Mhz高頻天線進行保護層厚度檢測，后續(xù)具備條件時，可以進行NJJ105手持雷達結(jié)合SIR3000型探地雷達進行對比聯(lián)測，以獲得更多有價值的成果。