劉雨，汪華文，李承諭

（中交武漢港灣工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北 武漢 430040）

電磁法檢測(cè)高配筋率混凝土鋼筋保護(hù)層厚度

劉雨，汪華文，李承諭

（中交武漢港灣工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北 武漢 430040）

結(jié)合港珠澳大橋島隧工程混凝土配筋率高、鋼筋保護(hù)層厚度大、120 a耐久性設(shè)計(jì)要求的特點(diǎn)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，通過電磁法檢測(cè)高配筋率混凝土鋼筋保護(hù)層厚度和實(shí)際保護(hù)層厚度的比對(duì)，對(duì)電磁法檢測(cè)精度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，為工程快速準(zhǔn)確測(cè)定保護(hù)層厚度提供了可靠的檢測(cè)方法。

高配筋率；鋼筋保護(hù)層；電磁法；精度修正；快速檢測(cè)

0 引言

目前，許多海洋工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于內(nèi)部鋼筋銹蝕導(dǎo)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(fèi)大量的費(fèi)用，因此鋼筋保護(hù)層厚度控制已成為海洋工程中重要的環(huán)節(jié)。鋼筋保護(hù)層能夠減緩海水中氯離子滲透導(dǎo)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(cè)技術(shù)規(guī)程》[2]，為了保證鋼筋的承載力與耐久性要求，進(jìn)行鋼筋保護(hù)層厚度的準(zhǔn)確測(cè)定是非常重要的。

港珠澳大橋島隧工程主體工程混凝土結(jié)構(gòu)具有鋼筋密集、保護(hù)層厚度較大的特點(diǎn)，其中沉管結(jié)構(gòu)外側(cè)受力主筋的保護(hù)層厚度設(shè)計(jì)值為86mm，內(nèi)側(cè)受力主筋的保護(hù)層厚度設(shè)計(jì)值為66 mm。受密集鋼筋以及保護(hù)層厚度較大的因素影響，利用電磁法鋼筋探測(cè)儀對(duì)沉管和暗埋段實(shí)體結(jié)構(gòu)鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)時(shí)，導(dǎo)致鋼筋探測(cè)儀直接測(cè)得保護(hù)層厚度與實(shí)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(shù)規(guī)程》[3]（簡(jiǎn)稱《規(guī)程》）中±3mm誤差范圍的要求。

為提高鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)的準(zhǔn)確性，并為主體工程混凝土鋼筋保護(hù)層厚度控制提供準(zhǔn)確的依據(jù)，本文按照預(yù)制沉管配筋設(shè)置鋼筋混凝土標(biāo)準(zhǔn)試件，對(duì)電磁法檢測(cè)的保護(hù)層數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后提出修正公式，其結(jié)果能夠滿足《規(guī)程》中“當(dāng)混凝土保護(hù)層厚度≥60 mm時(shí)，保護(hù)層檢測(cè)儀器檢測(cè)誤差在±3mm以內(nèi)”的技術(shù)要求。

1 原理及設(shè)備

電磁法是目前工程項(xiàng)目中常用的無損鋼筋保護(hù)層厚度測(cè)定方法，基本原理是依靠?jī)x器產(chǎn)生一定頻率的交變電磁場(chǎng)，同時(shí)對(duì)鋼筋產(chǎn)生二次交變電磁場(chǎng)，再轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，被感應(yīng)裝置捕捉記錄，以定位鋼筋位置、測(cè)試鋼筋保護(hù)層厚度[4]。

本次試驗(yàn)采用精確度較高的2臺(tái)瑞士PROCEQ公司生產(chǎn)的profometer 5+SCANLONG鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)儀（后文簡(jiǎn)稱儀器A和儀器B）進(jìn)行試驗(yàn)。

2 校正方案

在滿足《規(guī)程》要求的前提下，按照沉管結(jié)構(gòu)配筋并使用沉管混凝土配合比成型鋼筋保護(hù)層厚度校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)試件，采用儀器A和儀器B對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試件的保護(hù)層厚度按照《混凝土中鋼筋檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》要求進(jìn)行檢測(cè)[5]，通過數(shù)據(jù)回歸分析建立電磁法檢測(cè)鋼筋保護(hù)層厚度與實(shí)際保護(hù)層厚度之間的函數(shù)關(guān)系。利用此函數(shù)關(guān)系檢測(cè)沉管小尺寸模型鋼筋保護(hù)層厚度，通過對(duì)沉管小尺寸模型實(shí)體鉆芯測(cè)得實(shí)際保護(hù)層厚度，校核經(jīng)修正后的檢測(cè)精度，并驗(yàn)證此函數(shù)關(guān)系是否符合要求。

3 數(shù)據(jù)采集

鋼筋保護(hù)層厚度校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)試件長(zhǎng)、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(shè)置直徑為φ40 mm以及φ32mm兩種主筋，箍筋均為φ16mm鋼筋。標(biāo)準(zhǔn)試件有四個(gè)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(biāo)準(zhǔn)試件的混凝土鋼筋保護(hù)層厚度分別設(shè)置為40mm、60 mm、80 mm、90 mm、100 mm五個(gè)區(qū)間。標(biāo)準(zhǔn)試件構(gòu)造及具體的配筋如圖1。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)試件構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)試件2件，經(jīng)過振搗成型，土工布覆蓋表面，灑水養(yǎng)護(hù)14 d。所用配合比如表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)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(cè)技術(shù)規(guī)程》的檢測(cè)方法，分別采用儀器A和儀器B對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試件的保護(hù)層厚度進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示2臺(tái)同一廠家同一型號(hào)檢測(cè)儀檢測(cè)的結(jié)果基本相同，讀數(shù)值相差≤1mm。采用鋼直尺對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試件實(shí)際保護(hù)層厚度進(jìn)行測(cè)量。

4 檢測(cè)結(jié)果分析

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)試件保護(hù)層厚度檢測(cè)結(jié)果，對(duì)儀器A和儀器B讀數(shù)取平均值后，對(duì)保護(hù)層厚度檢測(cè)值與實(shí)際值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，如圖2。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)試件保護(hù)層厚度回歸曲線（實(shí)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(hù)層厚度實(shí)際值為35～110 mm范圍內(nèi)，檢測(cè)值與實(shí)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(jìn)行復(fù)核，當(dāng)儀器A顯示值為56 mm時(shí)，推算值與實(shí)際值之差為-5 mm，不滿足《規(guī)程》的誤差要求。經(jīng)過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行再次分析后，采用兩段函數(shù)，如圖3、4。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)試件保護(hù)層厚度回歸曲線（實(shí)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(biāo)準(zhǔn)試件保護(hù)層厚度回歸曲線（實(shí)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(hù)層厚度實(shí)際值在35～80 mm范圍內(nèi)，檢測(cè)值與實(shí)際值擬合接近直線，擬合方程為：

由圖4可知，在保護(hù)層厚度實(shí)際值在75～110 mm范圍內(nèi)，檢測(cè)值與實(shí)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(hù)層厚度的實(shí)際值為75～110mm以及35～80 mm范圍內(nèi)，均可與檢測(cè)值建立良好的線性關(guān)系，而且相關(guān)系數(shù)也較高。

5 檢測(cè)結(jié)果復(fù)核

在電磁法檢測(cè)讀數(shù)為55～60 mm的范圍，對(duì)公式（2）與公式（3）重疊部分的保護(hù)層厚度及其偏差進(jìn)行復(fù)核。復(fù)核結(jié)果表明，公式（2）計(jì)算出的保護(hù)層厚度與實(shí)測(cè)值的最大偏差為-4mm，公式（3）計(jì)算出的保護(hù)層厚度與實(shí)測(cè)值最大偏差為-3mm，可見公式（3）準(zhǔn)確度更高，且滿足《規(guī)程》要求，因此，將檢測(cè)值為55～60 mm范圍劃歸到公式（3）中。以分段函數(shù)形式對(duì)不同保護(hù)層厚度范圍的函數(shù)表述如下。

采用儀器A和儀器B對(duì)沉管小尺寸模型側(cè)墻外部以及內(nèi)部的受力主筋保護(hù)層厚度進(jìn)行檢測(cè)，通過公式（4）進(jìn)行修正計(jì)算，并對(duì)檢測(cè)部位進(jìn)行實(shí)體鉆芯，測(cè)量實(shí)體結(jié)構(gòu)保護(hù)層厚度實(shí)際值，并將修正值與實(shí)際值進(jìn)行比較，確定修正計(jì)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(hù)層厚度檢測(cè)修正如表2所示?？梢?，利用分段函數(shù)對(duì)電磁感應(yīng)法鋼筋檢測(cè)儀檢測(cè)值進(jìn)行修正后，與實(shí)際保護(hù)層厚度的最大偏差為±2mm。

表2 實(shí)體保護(hù)層厚度檢測(cè)結(jié)果Table 2 Test resultsof the thicknessofentity steelbar protection layer mm

6 結(jié)語

利用對(duì)高配筋率混凝土標(biāo)準(zhǔn)試件保護(hù)層厚度的檢測(cè)，建立了不同厚度范圍的電磁感應(yīng)法鋼筋探測(cè)儀保護(hù)層厚度檢測(cè)分段修正函數(shù)。通過工程實(shí)體鉆芯驗(yàn)證，經(jīng)分段函數(shù)修正后的保護(hù)層測(cè)量精度滿足《規(guī)程》對(duì)混凝土保護(hù)層測(cè)厚儀檢測(cè)誤差的要求，為電磁法準(zhǔn)確快速檢測(cè)高配筋率鋼筋保護(hù)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(cè)技術(shù)規(guī)程[S]. JGJ/T 152—2008,Technical specification for test of reinforcing steelbar in concrete[S].

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

5 結(jié)語

1）根據(jù)多波束監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、泥漿密度探測(cè)、回淤物容重測(cè)量以及人工潛水探摸等多種方法進(jìn)行綜合分析，掌握整個(gè)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(duì)科學(xué)指導(dǎo)基槽開挖、維護(hù)性清淤，對(duì)各工序順利開展尤其是碎石基床鋪設(shè)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(dòng)力、泥沙環(huán)境和淤積物特征以及衛(wèi)星遙感圖像，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(xué)依據(jù)。

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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