混凝土結構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）

混凝土結構鋼筋保護層是指混凝土結構構件中，最外層鋼筋的外緣至混凝土表面之間的混凝土層。在結構中，鋼筋混凝土是由鋼筋和混凝土兩種不同材料組成的復合材料，具有良好的黏結性能是它們共同工作的基礎。從鋼筋黏結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，使鋼筋充分發揮計算所需強度。因此在設計規范和設計文件中，對結構的混凝土保護厚度都會作出具體規定，在施工組織設計、施工規范和驗收規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。對于各種結構、各種構件，其結構形式不同，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，對施工現場混凝土結構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

目前國內主流的混凝土結構保護層厚度檢測方法主要是無損檢測法和開鑿驗證法。無損檢測法根據其檢測原理的不同，主要分為感應電磁法和雷達法。

1.1 電磁感應法

電磁感應法是由檢測儀探頭向混凝土內部產生電磁場，當混凝土內部有鋼筋存在時，因探頭相對鋼筋移動，鋼筋切割電磁場從而產生二次感應磁場，并由信號接收單元接收到鋼筋感應的二次場。由于不同直徑和不同保護層厚度的鋼筋產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，以數值和指示條的形式顯示出來，操作員據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

手持鋼筋雷達實質上是一部便攜式的探地雷達，是利用高頻電磁波 (主頻為數十兆赫以至千兆赫)以寬頻帶短脈沖形式，由結構表面通過天線T送入地下，經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和導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公司生產的NJJ95、105系列。其最大的特點是輕便、可以直觀顯示結構內鋼筋及管線位置，但價格相對于傳統的電磁感應式探測儀昂貴。

1.2.2 探地雷達

探地雷達法是一種地球物理方法，是近幾十年發展起來的一種探測地下目標的有效手段。與其他常規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、分辨率高、操作方便靈活等優點，在工程勘察領域的應用日益廣泛。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、礦產勘查、災害地質調查、巖土工程勘察、工程質量檢測、建筑結構檢測等眾多領域。對于結構內鋼筋檢測，因鋼筋的介電常數與混凝土明顯不同，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。目前國內主流的檢測設備多為美國GSSI sir3000/4000探地雷達，搭配使400 m、900 m及更高頻的天線。該法可全面檢測結構內部的情況及缺陷，除了鋼筋以外，還可全面檢測結構內部管線、缺陷及結構厚度等相關信息。

1.3 開鑿驗證法

當無損檢測結果難以判斷，或者需要驗證時，可以結合檢測情況，對結構進行開鑿驗證。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，對于預應力結構和構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，設計時速100 km/h，雙向八車道。跨海段長22.39 km，陸地段長1.64 km。主線橋梁總長16.985 km，隧道長6.87 km，海中設置東、西兩處人工島。島壁結構總長約3 178.5 m，其中扶壁結構199.05 m（設于東側島橋結合部及西側島隧結合部），與隧道、匝道結構連接擋浪墻83.21 m，救援碼頭165 m。根據護岸結構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 扶壁式擋墻結構及配筋

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）陸續開始施工及脫模養護，脫模后用電磁感應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以內的鋼筋保護層厚度數據比較準確，深層的部分部位未測得數據。第二次檢測，其結果與設計值相差很大（見表1）。

檢測結束后，對情況進行了專門分析，通過追溯施工過程的質量控制，包括交底、現場準備、綁扎鋼筋、立模、澆筑、養護和脫模等，并且跟蹤了扶壁式擋墻的后續施工，認為擋墻的鋼筋保護層厚度不會與設計值相差過大。主要的關注點應在檢測方法和設備上，分析如下：

在混凝土結構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，測量結果與實際值存在很大的偏差。

在設計工況下，擋墻直接與水接觸，因此保護層設計較厚，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，含水及介電常數尚不穩定，也會對檢測造成不利影響。

2.3 對策及效果

據此，分析認為電磁感應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與混凝土相差很大。基于以往探地雷達檢測隧道襯砌的經驗，使用足夠功率的探地雷達應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果

表2 手持雷達鋼筋保護層厚度檢測結果

圖3 現場檢測

參數設置及深度校正：設定NJJ105手持雷達為BA模式，測量方式為距離方式，根據現場已知深度的結構管線，深度校正設置為11.5。檢測時，沿結構表面測線勻速前進，檢測效果良好，在儀器視窗上可清晰看到鋼筋分布，檢測結果見表2。判讀出的保護層數據與實際基本吻合，與其他單位獨立檢測的結果基本一致。

圖4 扶壁式擋墻配筋及現場檢測

3 結語

鋼筋保護層厚度的檢測方法有多種。對于較復雜配筋及保護層厚度較大的構件和檢測環境較復雜的結構，電磁感應式保護層厚度檢測儀可能會有難以測準的情況。

對于較復雜配筋及保護層厚度較大的構件和檢測環境較復雜的結構，宜優先考慮探地雷達法檢測保護層厚度。對于單個構件，手持式鋼筋雷達因較輕便，比較適合。若對于大規模長測線的結構，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，后續具備條件時，可以進行NJJ105手持雷達結合SIR3000型探地雷達進行對比聯測，以獲得更多有價值的成果。