房屋檢測技術(shù)及其應(yīng)用

■ 文/翟 青

房屋建筑經(jīng)過長時間的使用，因自然因素影響和構(gòu)件自然老化等原因會使房屋建筑產(chǎn)生一些缺陷，這些缺陷的產(chǎn)生輕則影響房屋建筑的外觀，給用戶造成不安全感，嚴(yán)重時可能引起倒塌事故，威脅用戶的生命財產(chǎn)安全。要想徹底根除這些缺陷，掌握建筑結(jié)構(gòu)及構(gòu)件所處實際狀態(tài)，必須以做好檢測工作為前提，而房屋檢測是一項系統(tǒng)且復(fù)雜的工作，需要通過分析總結(jié)為實際的檢測工作提供參考依據(jù)。

1 房屋建筑破壞特點與損傷原因

1.1 房屋建筑破壞特點

我國常見房屋建筑類型包括以下幾種：木結(jié)構(gòu)房屋、磚木結(jié)構(gòu)房屋、砌體結(jié)構(gòu)房屋、底層框架砌體結(jié)構(gòu)房屋、框架結(jié)構(gòu)房屋。在房屋正常使用過程中，受外力作用與構(gòu)件老化等影響，會使房屋產(chǎn)生不同程度的破壞。對于房屋建筑損傷，若按照不同層次可將其分成以下幾類：結(jié)構(gòu)損傷、構(gòu)件損傷、連接損傷、材料損壞。其中，結(jié)構(gòu)損傷是指建筑主要構(gòu)件之間的連接或整個空間產(chǎn)生一定程度的變形及破壞；構(gòu)件損傷是指構(gòu)件自身因荷載作用產(chǎn)生破壞，且不同類型構(gòu)件的破壞形式不同，如受彎構(gòu)件破壞形式以撓曲為主，而受壓構(gòu)件破壞形式則以屈曲為主；連接損傷是指構(gòu)件之間的連接部位產(chǎn)生破壞，如位移與開裂，以梁柱節(jié)點因受到地震力作用而破壞較為常見，也經(jīng)常產(chǎn)生于門窗；材料破壞指的是構(gòu)成結(jié)構(gòu)的材料產(chǎn)生不良改變，如磚發(fā)生風(fēng)化、鋼筋產(chǎn)生銹蝕或混凝土產(chǎn)生碳化等。

木結(jié)構(gòu)房屋主要特點在于有良好的韌性和強度，采用特殊連接方式，工程造價低，施工方便，在木材來源比較廣泛且經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)較為常見。但木結(jié)構(gòu)房屋存在容易發(fā)生腐蝕和耐火性較差等不足。受外力作用后該房屋產(chǎn)生的破壞基本來源于材料自身性質(zhì)，表現(xiàn)為構(gòu)件強度與節(jié)點之間的連接強度較低。對于磚木結(jié)構(gòu)房屋建筑，其承重結(jié)構(gòu)主要采用磚和砂漿通過砌筑形成，而樓蓋則主要采用木結(jié)構(gòu)，可見其整體協(xié)調(diào)性往往很差，受諸如地震等一系列外力作用后墻體很容易由于變形無法協(xié)調(diào)而被破壞，同時屋架由于容易和墻體之間無法可靠相連而發(fā)生脫落。砌體結(jié)構(gòu)由塊體與砂漿采用砌筑的方式形成，因其材料獲取比較容易且制作方法相對簡單，所以有著十分廣泛的應(yīng)用范圍，是我國最常用的結(jié)構(gòu)類型。但該結(jié)構(gòu)抗震性能往往較低，受往復(fù)荷載作用后容易產(chǎn)生失效，尤其是墻體在承受一定水平方向地震力作用后容易產(chǎn)生破壞，出現(xiàn)大量相互交叉的裂縫，最終導(dǎo)致整個建筑產(chǎn)生倒塌。底層框架砌體結(jié)構(gòu)指的是底層采用柔性框架結(jié)構(gòu)，而上部采用由砌體構(gòu)成的剛性體系，在底層需要有較大使用空間的房屋中較為常用。這種結(jié)構(gòu)的破壞現(xiàn)象主要產(chǎn)生于框架或過渡層?？蚣芙Y(jié)構(gòu)主要由梁柱通過剛性連接形成，有很高的工業(yè)化程度，建筑成型后有很高整體性，在對抗震性能有很高要求的建筑中較為常用。該結(jié)構(gòu)破壞主要產(chǎn)生于梁柱結(jié)構(gòu)與其節(jié)點間。

1.2 房屋建筑損傷原因

既有房屋建筑產(chǎn)生的損傷，若按照損傷的產(chǎn)生原因，可將其分成3 類：耐久性破壞、自然災(zāi)害破壞和人為因素破壞。其中，耐久性破壞主要由自然因素不斷侵蝕造成，在房屋正常施工過程中，隨時間不斷推移，結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件的性能不斷老化，進(jìn)而產(chǎn)生一系列自然損傷，包括結(jié)構(gòu)之間的連接方式發(fā)生變化、開裂或構(gòu)件產(chǎn)生變形等。另外，材料也會出現(xiàn)不同程度的自然老化，如磚發(fā)生風(fēng)化、鋼筋產(chǎn)生銹蝕與混凝土發(fā)生碳化。導(dǎo)致耐久性破壞的主要原因為溫度與不均勻沉降。溫度反復(fù)變化會使構(gòu)件中產(chǎn)生一定附加應(yīng)力，進(jìn)而出現(xiàn)應(yīng)變，嚴(yán)重時導(dǎo)致開裂，并且會使構(gòu)件所處受力狀態(tài)發(fā)生變化，無法掌握并預(yù)測構(gòu)件未來變化。溫度裂縫主要產(chǎn)生于溫度變化明顯的部位，如門窗洞口和屋頂、墻體之間的交界部位。導(dǎo)致地基沉降開裂的原因為地基外部環(huán)境及其受力條件產(chǎn)生變化，使房屋結(jié)構(gòu)形式及邊界條件產(chǎn)生變化，在墻體兩端產(chǎn)生明顯位移，嚴(yán)重時將導(dǎo)致中部開裂，并且還伴有地下水滲漏現(xiàn)象，對房屋結(jié)構(gòu)安全造成嚴(yán)重危害。

由偶然因素造成的破壞指的是房屋建筑因偶然因素或受到巨大外部荷載引起的破壞，一般具有突發(fā)性，如地震、臺風(fēng)、火災(zāi)與爆炸。以地震給房屋建筑造成的破壞為最大，而且地震引起的一系列次生災(zāi)害也會給建筑帶來很大破壞。風(fēng)災(zāi)在不同自然災(zāi)害類型中最常見，帶來的傷亡及經(jīng)濟(jì)損失也是最嚴(yán)重的。對于木結(jié)構(gòu)房屋、磚木結(jié)構(gòu)房屋與鋼結(jié)構(gòu)房屋，因其所用材料耐火性能較差，所以發(fā)生火災(zāi)后會造成十分嚴(yán)重的破壞，甚至引起坍塌事故。由人為因素造成的破壞指的是因為不同人為原因引起的所有破壞，可能造成破壞現(xiàn)象的人為因素包括工程設(shè)計、施工、裝飾裝修及使用等，這些因素會使建筑外部環(huán)境產(chǎn)生變化，比如新建房屋和既有建筑之間的距離較近會產(chǎn)生應(yīng)力疊加現(xiàn)象，進(jìn)而產(chǎn)生沉降或開裂；在地下結(jié)構(gòu)施工與礦產(chǎn)開采過程中產(chǎn)生的振動也會對既有房屋建筑造成破壞。除此之外，結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中由于人為失誤會使建筑自身受力超限，或?qū)е戮植砍休d能力較低，進(jìn)而造成破壞；工程設(shè)計失誤會使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大變形或撓曲，導(dǎo)致開裂超出預(yù)期；房屋施工失誤也會造成一定程度的損傷，如現(xiàn)場施工方法和圖紙要求不相符會使建筑在使用前就存在很多隱患，安全儲備嚴(yán)重不足，對建筑進(jìn)行不規(guī)范的裝修改造也會造成破壞。

2 房屋檢測技術(shù)

2.1 常規(guī)方法

房屋檢測內(nèi)容包括：對建筑材料自身力學(xué)性能進(jìn)行檢測、對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的變形和損傷進(jìn)行檢測、對主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的連接狀況進(jìn)行檢測；在沒有特殊要求的情況下主要采用非破損方法，若有必要，則可采用局部破損方法來確定材料特性。

對建筑材料強度進(jìn)行檢測作為房屋檢測工作的重要內(nèi)容之一，不同類型的建筑材料需采用不同的檢測方法，如對磚強度進(jìn)行檢測時，主要采用取樣法、回彈法、壓痕法；對砂漿強度與成型后均質(zhì)性進(jìn)行檢測時，主要采用回彈法、筒壓法、剪切法、點荷法、射釘法、沖擊法、推出法、貫入法；對砌體強度進(jìn)行檢測時，主要采用取樣法、回彈法、液壓頂法、鉆芯法、原位軸壓法、原位單剪法、原位雙剪法、扁頂法；對混凝土強度進(jìn)行檢測時，主要采用回彈法、超聲與回彈相結(jié)合法、后裝拔出法、鉆芯法。因施工管理工作不到位與自然災(zāi)害因素影響，房屋建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部難免存在一些缺陷，對此應(yīng)采用無損技術(shù)實施檢測，此檢測方法可分成兩類：第一類為機械波方法，如聲發(fā)射法、超聲脈沖波法與沖擊波法；第二類為穿透輻射方法，如x、y 射線法與中子流法。

鋼材強度可采用表面硬度法進(jìn)行檢測，先對待測鋼材自身硬度代表值進(jìn)行測量，然后按照相應(yīng)的公式通過換算確定鋼材強度，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，可通過截取鋼筋實施力學(xué)性能檢驗與復(fù)核。對于鋼筋位置探測裝置，主要借助磁感應(yīng)原理對鋼筋所在位置、數(shù)量與其保護(hù)層混凝土厚度進(jìn)行無損檢測。對于鋼材表面缺陷，可借助磁粉探傷法予以檢測，以磁粉在待檢測鋼材表面產(chǎn)生的痕跡判斷鋼材表面是否存在缺陷；也可借助滲透探傷法檢測，通過在待檢測鋼材表面均勻涂刷一層滲透劑來確定是否存在裂紋等缺陷。對于處在混凝土內(nèi)部的鋼筋，可采用以下方法來檢測其銹蝕情況：剔鑿法、電化學(xué)法、綜合分析判定法、銹脹裂縫法、破損檢測法。如果需要確定鋼材微觀組織產(chǎn)生的變化，則可采用金相檢測方法實現(xiàn)。對房屋建筑裂縫進(jìn)行檢測的主要目的在于確定裂縫分布情況與其尺寸，并為預(yù)測其未來發(fā)展提供參考指導(dǎo)，對于裂縫分布特征，可采用照片等形式表達(dá)，而處于活動狀態(tài)的裂縫，可通過貼石膏餅等方式實施檢測，在條件允許的情況下也可使用專門引伸儀實施檢測。對于裂縫寬度，可使用具有讀數(shù)功能的顯微鏡進(jìn)行測量；而對于裂縫深度，則可使用鑿開法進(jìn)行檢測。對房屋構(gòu)件撓度進(jìn)行檢測時，可采用激光測距儀法、水準(zhǔn)儀法、拉線法。對房屋沉降進(jìn)行檢測時，可采用水準(zhǔn)儀法和鋼尺法。對結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生的傾斜進(jìn)行檢測時，可采用經(jīng)緯儀法和電子全站儀法。

2.2 新方法

2.2.1 數(shù)字?jǐn)z影測量

該技術(shù)以數(shù)字?jǐn)z影與攝影測量兩項技術(shù)作為基礎(chǔ)，借助數(shù)字成像及計算機技術(shù)實施影像處理和匹配，同時通過解析攝影測量得出對象基本性質(zhì)，如位置、形狀與大小，屬于全數(shù)字測量范疇。通過對這項技術(shù)的應(yīng)用，能對處在運動狀態(tài)的物體實施動態(tài)監(jiān)測，能在結(jié)構(gòu)脈動反應(yīng)實時檢測及結(jié)構(gòu)損傷或破壞產(chǎn)生過程動態(tài)檢測中使用。

2.2.2 激光雷達(dá)測量

激光雷達(dá)技術(shù)將慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、激光掃描與全球定位系統(tǒng)充分結(jié)合到一起，先采用激光器發(fā)射出激光脈沖，然后采用接收器獲得脈沖返回需要的時間，進(jìn)而通過計算得出距離，再根據(jù)激光掃描角度得出目標(biāo)三維坐標(biāo)。與傳統(tǒng)攝影測量技術(shù)相比，LiDAR 不需要進(jìn)行影像匹配，有很高自動化水平，在歷史文物保護(hù)和房屋檢測領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

2.2.3 光纖測量

光纖傳感技術(shù)主要通過測量光纖中所傳參數(shù)發(fā)生變化來測量環(huán)境參數(shù)，主要用于以光纖傳感器為核心的測量系統(tǒng)，在不同傳感網(wǎng)絡(luò)實際應(yīng)用中，光纖傳感器有十分顯著的優(yōu)勢，能對各類監(jiān)測信息予以自動采集，而且基本不會受到人為因素的影響，在既有房屋建筑檢測工作中可以對房屋建筑產(chǎn)生的裂縫、沉降及傾斜進(jìn)行自動監(jiān)測，在安全預(yù)警工作中表現(xiàn)出良好的使用價值。

2.2.4 紅外熱像技術(shù)

該技術(shù)是指充分利用材料表面溫度與輻射率存在的差異，使紅外輻射轉(zhuǎn)換成熱圖像，在待測物體中，存在缺陷與不存在缺陷的地方，其熱傳導(dǎo)率也存在很大不同，致使各自溫度存在差異，進(jìn)而呈現(xiàn)出物體存在的缺陷及所處狀態(tài)，最終由此對材料性質(zhì)及內(nèi)部存在的缺陷予以準(zhǔn)確判斷。通過對這項技術(shù)的應(yīng)用，能對房屋建筑中重要性較高的結(jié)構(gòu)過部位實施連續(xù)監(jiān)測，而且大量實踐表明，將這項技術(shù)應(yīng)用到大面積檢測工作中能極大地提高工作效率，并減少人工的投入。

2.2.5 衛(wèi)星遙感技術(shù)

GPS 技術(shù)依靠定位衛(wèi)星在世界范圍內(nèi)實現(xiàn)定位導(dǎo)航，根據(jù)不用監(jiān)測點位提供的監(jiān)測信息，并通過與應(yīng)用數(shù)據(jù)之間的對比，獲得特定方向上目標(biāo)物各類參數(shù)。我國自主研發(fā)了可實現(xiàn)獨立運行的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，借助這一系統(tǒng)能對測站點所處平面位置及大地高程予以同時且準(zhǔn)確的量測，進(jìn)而同時得出精度極高的三維坐標(biāo)成果數(shù)據(jù)，使監(jiān)測工作在時域與空域上實現(xiàn)高度統(tǒng)一，掌握一系列長時間變形實施監(jiān)測數(shù)據(jù)，進(jìn)而更好地在變形情況監(jiān)測工作中使用，發(fā)揮出各類數(shù)據(jù)的作用與功能。

2.2.6 InSAR 遙感技術(shù)

InSAR是Interferometric Sysnthetic Aperture Radar的簡稱，即利用合成孔徑雷達(dá)SAR 的相位信息提取地表的三維信息與高程變化信息的技術(shù)，對合成孔徑雷達(dá)成像技術(shù)與干涉測量技術(shù)予以充分結(jié)合，并根據(jù)傳感器參數(shù)與成像幾何關(guān)系對地表測點三維空間位置和產(chǎn)生的微小變化進(jìn)行準(zhǔn)確測量，可輕松獲得結(jié)構(gòu)振動及位移方面的信息。

3 結(jié)語

綜上所述，房屋建筑是人類生活與工作的主要場所，也是人類抵御外界環(huán)境干擾及影響的屏障，也象征著人類文明的誕生和發(fā)展。但房屋建筑在設(shè)計、施工與使用中受到各方面因素的影響難免產(chǎn)生損壞，這就要求對既有房屋建筑實施嚴(yán)格的檢測，通過采用適宜的檢測技術(shù)方法，掌握房屋建筑所處狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)和解決各類缺陷、隱患，以此保證房屋建筑安全、可靠使用，杜絕倒塌等安全事故的發(fā)生。