混凝土结构保护层厚度检测方法浅析

杨聚会中铁隧道局集团有限公司工程试验分公司（471000）

混凝土结构钢筋保护层是指混凝土结构构件中，最外层钢筋的外缘至混凝土表面之间的混凝土层。在结构中，钢筋混凝土是由钢筋和混凝土两种不同材料组成的复合材料，具有良好的黏结性能是它们共同工作的基础。从钢筋黏结锚固角度对混凝土保护层提出要求，是为了保证钢筋与其周围混凝土能共同工作，使钢筋充分发挥计算所需强度。因此在设计规范和设计文件中，对结构的混凝土保护厚度都会作出具体规定，在施工组织设计、施工规范和验收规范中均会对混凝土保护层厚度的检测方法、评定方法和合格标准提出具体要求。

在工程实践中，钢筋保护层厚度的检测是很频繁的。对于各种结构、各种构件，其结构形式不同，配筋不同，钢筋埋深有深有浅，对检测精度要求也不一样，因此需要检测人员熟练掌握多种检测方法。文章基于工程实际，对施工现场混凝土结构保护层厚度的检测方法进行了介绍和浅析，可供检测人员参考。

1 各种检测方法论述

目前国内主流的混凝土结构保护层厚度检测方法主要是无损检测法和开凿验证法。无损检测法根据其检测原理的不同，主要分为感应电磁法和雷达法。

1.1 电磁感应法

电磁感应法是由检测仪探头向混凝土内部产生电磁场，当混凝土内部有钢筋存在时，因探头相对钢筋移动，钢筋切割电磁场从而产生二次感应磁场，并由信号接收单元接收到钢筋感应的二次场。由于不同直径和不同保护层厚度的钢筋产生的二次场强度不同，信号处理单元对接收的信号进行处理、运算后，以数值和指示条的形式显示出来，操作员据此确定钢筋平面位置和保护层厚度。

1.2 雷达法

1.2.1 手持钢筋雷达

手持钢筋雷达实质上是一部便携式的探地雷达，是利用高频电磁波 (主频为数十兆赫以至千兆赫)以宽频带短脉冲形式，由结构表面通过天线T送入地下，经地下地层或目的体反射后返回地面，为另一天线R接收。其机理主要是基于高频电磁波在介质中传播和在电性突变界面上的反射特性，以及探测目标体与混凝土的介电常数和导电性差异引起的高频电磁反射波的旅行时间、幅值、频率、波形变化等资料，快捷地对地下电性突变界面成像，从而对钢筋位置进行定位和判读。

目前手持钢筋雷达仪器的代表之一为日本JRC公司生产的NJJ95、105系列。其最大的特点是轻便、可以直观显示结构内钢筋及管线位置，但价格相对于传统的电磁感应式探测仪昂贵。

1.2.2 探地雷达

探地雷达法是一种地球物理方法，是近几十年发展起来的一种探测地下目标的有效手段。与其他常规的地下探测方法相比，探地雷达法具有探测速度快、探测过程连续、分辨率高、操作方便灵活等优点，在工程勘察领域的应用日益广泛。由于探地雷达探测的高精度、高效率及无损的特点，目前主要被用于考古、矿产勘查、灾害地质调查、岩土工程勘察、工程质量检测、建筑结构检测等众多领域。对于结构内钢筋检测，因钢筋的介电常数与混凝土明显不同，因此探地雷达也可以对钢筋进行检测，其检测精度比较高和直观。

钢筋保护层厚度检测的实质是检测表层钢筋的位置，因此需要配套使用高频天线。目前国内主流的检测设备多为美国GSSI sir3000/4000探地雷达，搭配使400 m、900 m及更高频的天线。该法可全面检测结构内部的情况及缺陷，除了钢筋以外，还可全面检测结构内部管线、缺陷及结构厚度等相关信息。

1.3 开凿验证法

当无损检测结果难以判断，或者需要验证时，可以结合检测情况，对结构进行开凿验证。开凿验证可以使用水钻取芯，或者用电锤钻开孔，清孔后使用内窥探头观察、游标卡尺直接测量。但此法为破损检测，开凿后需要用高一强度等级的细石混凝土或砂浆补孔，对于预应力结构和构件不宜进行开凿验证。

2 工程实例

2.1 工程概况

某跨江通道全长24 km，总体为东隧西桥，设计时速100 km/h，双向八车道。跨海段长22.39 km，陆地段长1.64 km。主线桥梁总长16.985 km，隧道长6.87 km，海中设置东、西两处人工岛。岛壁结构总长约3 178.5 m，其中扶壁结构199.05 m（设于东侧岛桥结合部及西侧岛隧结合部），与隧道、匝道结构连接挡浪墙83.21 m，救援码头165 m。根据护岸结构型式和护面型式要求，需要对扶壁式挡墙钢筋保护层厚度进行检测（如图1所示）。

图1 人工岛岛壁形式分布图

图2 扶壁式挡墙结构及配筋

2.2 检测存在的问题及原因分析

2019年11月，扶壁式挡墙（如图2所示）陆续开始施工及脱模养护，脱模后用电磁感应式钢筋保护层测定仪对扶壁式挡墙的钢筋保护层厚度进行检测。第一次检测，7cm以内的钢筋保护层厚度数据比较准确，深层的部分部位未测得数据。第二次检测，其结果与设计值相差很大（见表1）。

检测结束后，对情况进行了专门分析，通过追溯施工过程的质量控制，包括交底、现场准备、绑扎钢筋、立模、浇筑、养护和脱模等，并且跟踪了扶壁式挡墙的后续施工，认为挡墙的钢筋保护层厚度不会与设计值相差过大。主要的关注点应在检测方法和设备上，分析如下：

在混凝土结构中影响测试精度因素较多，该扶壁式挡墙配筋比较密集，纵筋、箍筋和架立钢筋较多。钢筋都是以受力筋和箍筋交错和网状布置，在钢筋间距较大的情况下，这种影响很小，基本可以忽略不计。但是在钢筋间距较小的情况下，测量结果与实际值存在很大的偏差。

在设计工况下，挡墙直接与水接触，因此保护层设计较厚，对于深层的钢筋，有时因仪器功率的问题，不一定能有效探测到。

挡墙施工完毕后脱模较早，第3 d即进行保护层厚度检测，混凝土尚处于水化和强度增长的高峰期，含水及介电常数尚不稳定，也会对检测造成不利影响。

2.3 对策及效果

据此，分析认为电磁感应式钢筋保护层测定仪不易准确测定上述挡墙的保护层厚度。因此钢筋的介电常数与混凝土相差很大。基于以往探地雷达检测隧道衬砌的经验，使用足够功率的探地雷达应该是完全可以检测出钢筋位置并判读出保护层厚度的。如果有必要，可以使用SIR3000型探地雷达配合900Mhz高频天线对挡墙进行检测，但考虑到该雷达及天线体积较大，因此优先使用同原理的NJJ105手持雷达对挡墙进行检测，若不能满足要求，再考虑使用SIR3000型探地雷达配合900Mhz高频天线。使用NJJ105手持雷达检测情况如下（如图3所示）。

表1 第二次钢筋保护层厚度检测结果

表2 手持雷达钢筋保护层厚度检测结果

图3 现场检测

参数设置及深度校正：设定NJJ105手持雷达为BA模式，测量方式为距离方式，根据现场已知深度的结构管线，深度校正设置为11.5。检测时，沿结构表面测线匀速前进，检测效果良好，在仪器视窗上可清晰看到钢筋分布，检测结果见表2。判读出的保护层数据与实际基本吻合，与其他单位独立检测的结果基本一致。

图4 扶壁式挡墙配筋及现场检测

3 结语

钢筋保护层厚度的检测方法有多种。对于较复杂配筋及保护层厚度较大的构件和检测环境较复杂的结构，电磁感应式保护层厚度检测仪可能会有难以测准的情况。

对于较复杂配筋及保护层厚度较大的构件和检测环境较复杂的结构，宜优先考虑探地雷达法检测保护层厚度。对于单个构件，手持式钢筋雷达因较轻便，比较适合。若对于大规模长测线的结构，如隧道二次衬砌等，可使用SIR3000型探地雷达配合900 Mhz高频天线进行检测。

文章暂未实施SIR3000型探地雷达配合900 Mhz高频天线进行保护层厚度检测，后续具备条件时，可以进行NJJ105手持雷达结合SIR3000型探地雷达进行对比联测，以获得更多有价值的成果。