楊聚會(huì)中鐵隧道局集團(tuán)有限公司工程試驗(yàn)分公司（471000）

混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋保護(hù)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(duì)混凝土保護(hù)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(jì)算所需強(qiáng)度。因此在設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)計(jì)文件中，對(duì)結(jié)構(gòu)的混凝土保護(hù)厚度都會(huì)作出具體規(guī)定，在施工組織設(shè)計(jì)、施工規(guī)范和驗(yàn)收規(guī)范中均會(huì)對(duì)混凝土保護(hù)層厚度的檢測(cè)方法、評(píng)定方法和合格標(biāo)準(zhǔn)提出具體要求。

在工程實(shí)踐中，鋼筋保護(hù)層厚度的檢測(cè)是很頻繁的。對(duì)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(duì)檢測(cè)精度要求也不一樣，因此需要檢測(cè)人員熟練掌握多種檢測(cè)方法。文章基于工程實(shí)際，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)混凝土結(jié)構(gòu)保護(hù)層厚度的檢測(cè)方法進(jìn)行了介紹和淺析，可供檢測(cè)人員參考。

1 各種檢測(cè)方法論述

目前國(guó)內(nèi)主流的混凝土結(jié)構(gòu)保護(hù)層厚度檢測(cè)方法主要是無損檢測(cè)法和開鑿驗(yàn)證法。無損檢測(cè)法根據(jù)其檢測(cè)原理的不同，主要分為感應(yīng)電磁法和雷達(dá)法。

1.1 電磁感應(yīng)法

電磁感應(yīng)法是由檢測(cè)儀探頭向混凝土內(nèi)部產(chǎn)生電磁場(chǎng)，當(dāng)混凝土內(nèi)部有鋼筋存在時(shí)，因探頭相對(duì)鋼筋移動(dòng)，鋼筋切割電磁場(chǎng)從而產(chǎn)生二次感應(yīng)磁場(chǎng)，并由信號(hào)接收單元接收到鋼筋感應(yīng)的二次場(chǎng)。由于不同直徑和不同保護(hù)層厚度的鋼筋產(chǎn)生的二次場(chǎng)強(qiáng)度不同，信號(hào)處理單元對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行處理、運(yùn)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(hù)層厚度。

1.2 雷達(dá)法

1.2.1 手持鋼筋雷達(dá)

手持鋼筋雷達(dá)實(shí)質(zhì)上是一部便攜式的探地雷達(dá)，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(jī)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(cè)目標(biāo)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(shí)間、幅值、頻率、波形變化等資料，快捷地對(duì)地下電性突變界面成像，從而對(duì)鋼筋位置進(jìn)行定位和判讀。

目前手持鋼筋雷達(dá)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(diǎn)是輕便、可以直觀顯示結(jié)構(gòu)內(nèi)鋼筋及管線位置，但價(jià)格相對(duì)于傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)式探測(cè)儀昂貴。

1.2.2 探地雷達(dá)

探地雷達(dá)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(cè)地下目標(biāo)的有效手段。與其他常規(guī)的地下探測(cè)方法相比，探地雷達(dá)法具有探測(cè)速度快、探測(cè)過程連續(xù)、分辨率高、操作方便靈活等優(yōu)點(diǎn)，在工程勘察領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。由于探地雷達(dá)探測(cè)的高精度、高效率及無損的特點(diǎn)，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(cè)、建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)等眾多領(lǐng)域。對(duì)于結(jié)構(gòu)內(nèi)鋼筋檢測(cè)，因鋼筋的介電常數(shù)與混凝土明顯不同，因此探地雷達(dá)也可以對(duì)鋼筋進(jìn)行檢測(cè)，其檢測(cè)精度比較高和直觀。

鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)的實(shí)質(zhì)是檢測(cè)表層鋼筋的位置，因此需要配套使用高頻天線。目前國(guó)內(nèi)主流的檢測(cè)設(shè)備多為美國(guó)GSSI sir3000/4000探地雷達(dá)，搭配使400 m、900 m及更高頻的天線。該法可全面檢測(cè)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(cè)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(yàn)證法

當(dāng)無損檢測(cè)結(jié)果難以判斷，或者需要驗(yàn)證時(shí)，可以結(jié)合檢測(cè)情況，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行開鑿驗(yàn)證。開鑿驗(yàn)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(biāo)卡尺直接測(cè)量。但此法為破損檢測(cè)，開鑿后需要用高一強(qiáng)度等級(jí)的細(xì)石混凝土或砂漿補(bǔ)孔，對(duì)于預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)和構(gòu)件不宜進(jìn)行開鑿驗(yàn)證。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

某跨江通道全長(zhǎng)24 km，總體為東隧西橋，設(shè)計(jì)時(shí)速100 km/h，雙向八車道?？绾６伍L(zhǎng)22.39 km，陸地段長(zhǎng)1.64 km。主線橋梁總長(zhǎng)16.985 km，隧道長(zhǎng)6.87 km，海中設(shè)置東、西兩處人工島。島壁結(jié)構(gòu)總長(zhǎng)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(hù)岸結(jié)構(gòu)型式和護(hù)面型式要求，需要對(duì)扶壁式擋墻鋼筋保護(hù)層厚度進(jìn)行檢測(cè)（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(cè)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(hù)，脫模后用電磁感應(yīng)式鋼筋保護(hù)層測(cè)定儀對(duì)扶壁式擋墻的鋼筋保護(hù)層厚度進(jìn)行檢測(cè)。第一次檢測(cè)，7cm以內(nèi)的鋼筋保護(hù)層厚度數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確，深層的部分部位未測(cè)得數(shù)據(jù)。第二次檢測(cè)，其結(jié)果與設(shè)計(jì)值相差很大（見表1）。

檢測(cè)結(jié)束后，對(duì)情況進(jìn)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(chǎng)準(zhǔn)備、綁扎鋼筋、立模、澆筑、養(yǎng)護(hù)和脫模等，并且跟蹤了扶壁式擋墻的后續(xù)施工，認(rèn)為擋墻的鋼筋保護(hù)層厚度不會(huì)與設(shè)計(jì)值相差過大。主要的關(guān)注點(diǎn)應(yīng)在檢測(cè)方法和設(shè)備上，分析如下：

在混凝土結(jié)構(gòu)中影響測(cè)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(cuò)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(jì)。但是在鋼筋間距較小的情況下，測(cè)量結(jié)果與實(shí)際值存在很大的偏差。

在設(shè)計(jì)工況下，擋墻直接與水接觸，因此保護(hù)層設(shè)計(jì)較厚，對(duì)于深層的鋼筋，有時(shí)因儀器功率的問題，不一定能有效探測(cè)到。

擋墻施工完畢后脫模較早，第3 d即進(jìn)行保護(hù)層厚度檢測(cè)，混凝土尚處于水化和強(qiáng)度增長(zhǎng)的高峰期，含水及介電常數(shù)尚不穩(wěn)定，也會(huì)對(duì)檢測(cè)造成不利影響。

2.3 對(duì)策及效果

據(jù)此，分析認(rèn)為電磁感應(yīng)式鋼筋保護(hù)層測(cè)定儀不易準(zhǔn)確測(cè)定上述擋墻的保護(hù)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_(dá)檢測(cè)隧道襯砌的經(jīng)驗(yàn)，使用足夠功率的探地雷達(dá)應(yīng)該是完全可以檢測(cè)出鋼筋位置并判讀出保護(hù)層厚度的。如果有必要，可以使用SIR3000型探地雷達(dá)配合900Mhz高頻天線對(duì)擋墻進(jìn)行檢測(cè)，但考慮到該雷達(dá)及天線體積較大，因此優(yōu)先使用同原理的NJJ105手持雷達(dá)對(duì)擋墻進(jìn)行檢測(cè)，若不能滿足要求，再考慮使用SIR3000型探地雷達(dá)配合900Mhz高頻天線。使用NJJ105手持雷達(dá)檢測(cè)情況如下（如圖3所示）。

表1 第二次鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)結(jié)果

表2 手持雷達(dá)鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)結(jié)果

圖3 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

參數(shù)設(shè)置及深度校正：設(shè)定NJJ105手持雷達(dá)為BA模式，測(cè)量方式為距離方式，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)已知深度的結(jié)構(gòu)管線，深度校正設(shè)置為11.5。檢測(cè)時(shí)，沿結(jié)構(gòu)表面測(cè)線勻速前進(jìn)，檢測(cè)效果良好，在儀器視窗上可清晰看到鋼筋分布，檢測(cè)結(jié)果見表2。判讀出的保護(hù)層數(shù)據(jù)與實(shí)際基本吻合，與其他單位獨(dú)立檢測(cè)的結(jié)果基本一致。

圖4 扶壁式擋墻配筋及現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

3 結(jié)語(yǔ)

鋼筋保護(hù)層厚度的檢測(cè)方法有多種。對(duì)于較復(fù)雜配筋及保護(hù)層厚度較大的構(gòu)件和檢測(cè)環(huán)境較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，電磁感應(yīng)式保護(hù)層厚度檢測(cè)儀可能會(huì)有難以測(cè)準(zhǔn)的情況。

對(duì)于較復(fù)雜配筋及保護(hù)層厚度較大的構(gòu)件和檢測(cè)環(huán)境較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，宜優(yōu)先考慮探地雷達(dá)法檢測(cè)保護(hù)層厚度。對(duì)于單個(gè)構(gòu)件，手持式鋼筋雷達(dá)因較輕便，比較適合。若對(duì)于大規(guī)模長(zhǎng)測(cè)線的結(jié)構(gòu)，如隧道二次襯砌等，可使用SIR3000型探地雷達(dá)配合900 Mhz高頻天線進(jìn)行檢測(cè)。

文章暫未實(shí)施SIR3000型探地雷達(dá)配合900 Mhz高頻天線進(jìn)行保護(hù)層厚度檢測(cè)，后續(xù)具備條件時(shí)，可以進(jìn)行NJJ105手持雷達(dá)結(jié)合SIR3000型探地雷達(dá)進(jìn)行對(duì)比聯(lián)測(cè)，以獲得更多有價(jià)值的成果。