公路工程施工中鋼筋保護層厚度控制措施及檢測方法
2015-07-13
目前高速公路工程建設(shè)正日新月異的發(fā)展，大量的小型結(jié)構(gòu)物及橋梁結(jié)構(gòu)物混凝土工程在施工過程，對混凝土的砂、碎石、水泥、鋼材及成品混凝土的強度、外形尺寸、外觀質(zhì)量，一直精益求精，極其重視，但往往忽略了一個看似不重要的問題——鋼筋混凝土保護層的問題。鋼筋保護層對結(jié)構(gòu)物起著至關(guān)重要的作用，在鋼筋混凝土構(gòu)件中混凝土一方面與鋼筋共同參與受力，同時保護鋼筋免受外界侵蝕。但由于混凝土自身逐漸風(fēng)化的特性，混凝土表層會隨時間逐漸失去混凝土自身的密實的水泥石結(jié)構(gòu)，逐漸變得疏松，甚至出現(xiàn)裂隙。鋼筋混凝土中如果鋼筋的保護層不足會影響構(gòu)件的耐久性，可能導(dǎo)致鋼筋在使用期限內(nèi)嚴重銹蝕失去功能，嚴重的甚至使構(gòu)件早早失效。保護層過大有兩種情況，一種是構(gòu)件尺寸不變，縮小鋼筋尺寸來達到目的，這樣就導(dǎo)致了鋼筋位置偏移，減弱了鋼筋的承載作用，有可能引發(fā)安全事故；另一種情況是鋼筋尺寸不變，構(gòu)件尺寸變大，這將導(dǎo)致巨大的浪費；有些構(gòu)件局限于周邊條件尺寸無法變大。目前結(jié)構(gòu)物施工工藝比較簡單，多為先行加工安裝鋼筋，采用模板控制構(gòu)造物的幾何尺寸，澆筑混凝土并振搗密實，根據(jù)環(huán)境采用合適的養(yǎng)生措施。影響結(jié)構(gòu)物鋼筋保護層厚度的因素有很多，現(xiàn)結(jié)合項目特點，淺談一下保護層厚度不合格的原因及控制的相關(guān)施工措施。
一、鋼筋保護層的定義及作用
鋼筋保護層有兩種：保護層、凈保護層。所謂鋼筋保護層就是結(jié)構(gòu)混凝土中，受力鋼筋的外緣到構(gòu)件表面之間的混凝土；所謂凈保護層就是結(jié)構(gòu)混凝土中，鋼筋骨架箍筋、水平筋、螺旋筋的外緣到構(gòu)件表面之間的混凝土。
鋼筋混凝土保護層的作用主要有兩點：一是保證受力鋼筋與砼之間的良好粘結(jié)，使鋼筋與混凝土共同受力，提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的使用性能；二是保護層混凝土受力鋼筋免受外界環(huán)境的腐蝕，保證結(jié)構(gòu)的使用性能不受破壞，延長結(jié)構(gòu)的使用壽命。
道路結(jié)構(gòu)混凝土與工業(yè)民用建筑不同，民用建筑結(jié)構(gòu)混凝土常有外裝飾，或采用特殊防護設(shè)計處理，而道路混凝土結(jié)構(gòu)施工結(jié)束后，直接交付使用。保護層不足或過厚，在使用時，結(jié)構(gòu)表面會出席不同程度的裂縫或過早造成鋼筋的銹蝕，既影響結(jié)構(gòu)的使用性能及耐久性，也影響結(jié)構(gòu)的外觀。
二、保護層厚度不合格的原因及預(yù)防措施
保護層不合格一般都是偏薄較多，也就是小于設(shè)計保護層厚度，也有一些保護層厚度過厚，產(chǎn)生的原因主要有以下幾個方面：
（一）、規(guī)范鋼筋現(xiàn)場存放。鋼筋堆放不整齊、混亂，場地不平整，造成鋼筋變形。鋼筋存放場地應(yīng)采用砼或者砂漿硬化，保證場地平整，鋼筋應(yīng)采用方木或者條形平臺作為支點水平分類存放，嚴禁混亂堆積導(dǎo)致受壓不規(guī)則變形彎曲。
?。ǘ?、鋼筋的制作及安裝不準確。主要是承臺、系梁、蓋梁等部位。主筋彎曲制作時，彎起點控制不好，彎起位置控制不準確，導(dǎo)致鋼筋主骨架尺寸不合要求，骨架偏小，則保護層過厚；骨架偏大，則主筋保護層不足。在鋼筋下料時，應(yīng)準確控制彎起位置，鋼筋骨架制作時應(yīng)嚴格控制尺寸，綁扎鋼筋所有的扎絲頭均要求彎曲向里，防止侵入保護層，以免影響保護層厚度。當承臺、系梁較大時，鋼筋籠較重，砼澆筑過程中人員、砼對鋼筋骨架的影響，造成鋼筋骨架下沉或者變形，普通砂漿墊塊強度不足，造成承臺底部保護層變小，頂部保護層變大?，F(xiàn)場可采用高強砂漿墊塊或者細石混凝土條，砂漿墊塊應(yīng)每平米不少于4個，細石混凝土條高100mm，寬100mm，長為承臺（系梁）長，間隔2m 一個（可根據(jù)實際情況調(diào)整），這樣既能保證保護層厚度，后期綁扎鋼筋也非常方便；蓋梁底板采用定型模板，鋼筋骨架吊裝前將高強砂漿墊塊綁扎到鋼筋骨架上，間距采用60*60cm。砼澆筑時應(yīng)均勻放料，防止放料過猛，造成鋼筋骨架變形。模板加固需使用拉筋時，要加工專用的套筒和拉桿，將套筒焊接在承臺主筋上并通過套絲與拉桿連接，拉桿外套采用PVC管，待拆模時將拉桿擰出，用砂漿封堵拉桿空洞。
（三）、安裝鋼筋時產(chǎn)生的偏差，偏向一側(cè)，造成一側(cè)偏大，另一側(cè)偏小。主要是立柱、梁板、肋板、薄壁墻身等部位施工。
1、目前墩柱的施工工藝比較簡單，多為先行加工安裝鋼筋，采用定型鋼模板控制墩柱的幾何尺寸，澆筑混凝土并振搗密實，根據(jù)環(huán)境采用合適的養(yǎng)生措施。影響墩柱保護層厚度的因素有很多，工序上分為以下幾方面主要原因：
?。?）、鋼筋加工安裝原因
保護層厚度在施工過程中反映為鋼筋與模板的距離，因此，墩柱鋼筋的骨架幾何尺寸直接影響成型后墩柱的保護層厚度。在模板幾何尺寸一定的情況下，墩柱骨架鋼筋尺寸愈大，則相應(yīng)的保護層厚度愈小，反之亦然。其次，由于墩柱的平面位置要求比較嚴格，《公路工程質(zhì)量驗收評定標準》規(guī)定墩柱的軸線偏位為10mm，而墩柱保護層厚度的要求為±5mm，這就意味著墩柱鋼筋的安裝位置必須控制在設(shè)計位置±5mm內(nèi)，否則墩柱的平面位置與保護層無法同時滿足標準要求，出現(xiàn)這種情況時一般以犧牲墩柱保護層厚度來保證平面位置的準確，這也是目前的通病。其次，鋼筋骨架運輸過程中，野蠻作業(yè)造成鋼筋骨架破壞；施工過程中，特別是樁柱搭接施工時，因鋼筋直徑大，扳較困難，不能很好的調(diào)整，造成鋼筋保護層厚度過大或者過小。另外墩柱鋼筋的骨架剛度也是很重要的方面，鋼筋的精確定位目前一般只控制頂與底，如果骨架自身剛度不足，勢必導(dǎo)致鋼筋中部位置失去控制，進而影響到保護層的控制。
?。?）、定型鋼模板原因定型模板的幾何尺寸直接決定成型后墩柱的幾何尺寸，墩柱的幾何尺寸與鋼筋骨架的幾何尺寸及平面位置共同決定了保護層。在其它影響因素不變的情況下，模板幾何尺寸愈大將導(dǎo)致保護層厚度愈大，反之亦然。在假設(shè)鋼筋平面位置與幾何尺寸嚴格與設(shè)計一致的情況下，模板的最大幾何尺寸誤差也不能超過5mm，如果考慮到鋼筋平面位置與幾何尺寸的合理誤差，模板加工要求的精度就更高。
(3)、混凝土澆筑
混凝土澆筑工藝直接影響到已經(jīng)調(diào)整并加固完畢的鋼筋及模板，如下料方式不當容易造成鋼筋與模板間墊塊脫離位置，振搗人員上下方式不當容易引起鋼筋整體晃動并導(dǎo)致位置偏移，振搗棒插入位置不當容易導(dǎo)致鋼筋移位。
2、針對性措施
控制保護層的總體工作思路在嚴格控制鋼筋及模板平面位置、幾何尺寸的基礎(chǔ)上控制鋼筋與模板的距離，并使鋼筋、模板及相應(yīng)的固定設(shè)施（墊塊、模板固定支架及拉索）形成一個整體，在澆筑混凝土過程中避免破壞鋼筋、模板的整體性，從而保證鋼筋保護層厚度在控制范圍內(nèi)。遵照這一思路，結(jié)合前面的原因分析，針對性的進行措施研究。
?。?）墩柱鋼筋加工安裝
墩柱鋼筋一般設(shè)計為豎向受力主筋按照一定間距焊接固定到環(huán)向骨架鋼筋上，在主筋外側(cè)按照一定間距盤繞螺旋形箍筋。因此，控制墩柱鋼筋籠的幾何尺寸關(guān)鍵在于控制環(huán)向骨架鋼筋的幾何尺寸。經(jīng)多個工地觀察發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場加工工人很難準確把握環(huán)形骨架鋼筋的半徑，圖紙一般只提供環(huán)形骨架鋼筋中心軸線半徑，無法直接用于生產(chǎn)控制。經(jīng)過多次數(shù)據(jù)測算調(diào)整，發(fā)現(xiàn)加工環(huán)形骨架筋的圓柱形構(gòu)件半徑＝環(huán)形骨架半徑-環(huán)形骨架筋鋼筋半徑-4mm～6mm時效果最好。環(huán)形骨架鋼筋直徑16mm～20mm時取用4mm，22mm～25mm時取用5mm，大于25mm時取用6mm。
鋼筋骨架整體剛度通過加強主筋與環(huán)形骨架筋焊接及主筋與外部螺旋形箍筋固定來實現(xiàn)。筆者在鋼筋加工、安裝現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，對于鋼筋籠整體的剛度而言，主筋與螺旋形箍筋的固結(jié)尤為重要，建議在主筋與螺旋形箍筋交叉點采用點焊或鐵絲梅花形固定，即間隔一個交叉點固定。另外螺旋形箍筋使用前先調(diào)直，在半徑相近的圓形構(gòu)件上彎曲成相近環(huán)形半徑備用，保證螺旋形箍筋與主筋密貼。
鋼筋安裝定位先確定中心點，放樣時同排立柱應(yīng)一起放樣，同時放樣從樁基到蓋梁采用同兩個護樁穿軸線的放樣方法，在檢查準確后，按照圖紙設(shè)計半徑±5mm在現(xiàn)場用墨線標出，鋼筋安裝時只有全部主筋都落在墨線形成的環(huán)內(nèi)才可固定，完成鋼筋的安裝工作。還有一種方法就是在立柱根據(jù)第一次放樣點焊立好鋼筋籠后， 在進行焊接?？稍诹⒅摻罨\上焊一個十字架，將放樣點引到十字架中心，這樣其它階段立模施工就可利用鉛錘恢復(fù)原放樣點。以上兩方法可保證每次放出的點位與原放樣點重合；同時在接樁時就必須將鋼筋籠校準，否則接樁混凝土澆筑后，點位放的再準，立柱鋼筋籠已無法校準。
（2）墩柱模板加工
墩柱定型鋼模板從模板設(shè)計、模板加工制作控制模板的幾何尺寸。模板設(shè)計一方面保證構(gòu)件的幾何尺寸，同時考慮模板的周轉(zhuǎn)次數(shù)，進行相應(yīng)的剛度設(shè)計；定型鋼模板在起吊、運輸、使用時需要考慮模板的承載情況，確保使用過程中模板不變形。
模板加工需要設(shè)計相應(yīng)的胎模，在胎模上進行預(yù)拼裝，檢查各項數(shù)據(jù)指標，合格后電焊固定。電焊焊接過程中一定要考慮電焊溫度變化在模板內(nèi)部形成的內(nèi)應(yīng)力，防止模板從胎模上落架后由于自身內(nèi)應(yīng)力過大逐步變形，根據(jù)模板剛度決定一次施焊長度，一般控制在2cm左右，并且實施跳焊，分散模板內(nèi)部的溫度應(yīng)力，避免應(yīng)力集中。
?。?）墩柱混凝土澆筑
為減輕混凝土入模沖擊力對鋼筋與模板間墊塊的影響，混凝土自由落體高度大于2m時采用串筒，必要時設(shè)置減速板。另外人員上下通過專用軟梯，禁止通過攀爬固定完畢的鋼筋。振搗時嚴格控制振搗棒的落點位置在距離鋼筋10cm～15cm處，禁止振搗棒碰觸鋼筋。
(三)、保護層墊塊的原因。鋼筋保護層的控制主要是用高強砂漿墊塊來獲得。墊塊的數(shù)量及施工質(zhì)量，對成型后的混凝土保護層具有決定性的作用，在施工過程中，往往為了圖省事或嫌麻煩，少放置墊塊，甚至不放，或者綁扎墊塊的位置不準確、綁扎的不牢靠，這樣在混凝土的澆筑過程中，因受混凝土卸料的沖擊或振搗等原因，造成保護層厚度不合格。另外墊塊的設(shè)計不合理、制作不合格也能產(chǎn)生不合格現(xiàn)象。
（四）、受外力產(chǎn)生變形，安裝后又沒有及時校正；鋼筋骨架整體固定不牢，混凝土澆筑過程中鋼筋骨架發(fā)生位移；細直徑鋼筋在安裝、混凝土澆筑過程中受人力踩踏或設(shè)備碰撞等原因產(chǎn)生變形。
主要是梁板施工。1、梁板鋼筋一般都在鋼筋模架上加工好后進行吊裝，吊裝過程中直接使用鋼絲繩掛在鋼筋網(wǎng)片上，鋼筋網(wǎng)片受力不均勻，容易產(chǎn)生變形；為了解決這一問題，在梁板施工前，采用圓鋼管制作鋼筋專用吊裝架，吊裝時將鋼絲繩先掛在吊裝架上，在吊裝架上每隔2m設(shè)置2-3個掛鉤，將掛鉤垂直掛到鋼筋網(wǎng)片上，吊裝時輕吊輕放，以免鋼筋網(wǎng)片變形，影響保護層厚度。
2、鋼筋網(wǎng)片在吊裝過程中因為碰撞等原因造成高強砂漿墊塊位置發(fā)生變化，或者在吊裝過程中鋼筋網(wǎng)片發(fā)生變形，安裝后沒有及時校正，導(dǎo)致保護層厚度不合格。在鋼筋網(wǎng)片入模后，組織人員對鋼筋骨架進行檢查，及時調(diào)整變形的鋼筋骨架或者調(diào)整砂漿墊塊的位置。
3、混凝土澆筑過程中受人力踩踏、振動棒振搗等因素影響，造成鋼筋骨架位移、變形，從而影響保護層厚度。施工過程中盡量減少人員直接站到鋼筋骨架上面，振搗過程中盡量避免振動棒直接接觸到鋼筋骨架。
（五）、其他原因。除上述原因外，常見的還有鋼筋骨架運輸過程中，鋼筋施工不規(guī)范，野蠻作業(yè)破壞鋼筋骨架；樁位搭接施工時，規(guī)范允許偏差值不等，搭接時因鋼筋直徑大，扳較困難不能很好的調(diào)整，加上鋼筋及模板垂直度等的原因，常出現(xiàn)保護層厚度不合格。
三、鋼筋保護層厚度檢測
（一）、檢測儀器及原理。常見的檢查鋼筋保護層厚度的儀器主要有三種，國產(chǎn)鋼筋檢測儀、進口鋼筋檢測儀和結(jié)構(gòu)探測雷達。三種儀器均是利用電磁原理進行鋼筋檢測。即利用信號發(fā)射裝置產(chǎn)生一定頻率的交變電磁場，激發(fā)混凝土內(nèi)鋼筋產(chǎn)生感生電流，鋼筋內(nèi)的感生電流又激發(fā)出二次交變電磁場，被接收裝置接收和識別，根據(jù)接收到的二次交變電磁場的強弱，確定鋼筋的位置、深度和鋼筋直徑。
?。ǘy線布置。確定被測受力鋼筋的排列方向（走向），然后垂直受力鋼筋的走向布置一跳測線，沿測線對受力鋼筋進行連續(xù)掃描，確定鋼筋的位置和保護層厚度，每條測線上掃描不少于6根受力鋼筋（梁板底板受力鋼筋要全部掃描）。當有平行于測線的鋼筋分布時，為了避開鋼筋影響，提高測試精度，要先用鋼筋儀掃描出這些鋼筋的位置。然后在相鄰的兩根鋼筋間布置測線。
（三）、提高測試精度的幾個方法。要提高測試精度，應(yīng)在以下幾個方面下功夫：
1、預(yù)設(shè)鋼筋直徑。預(yù)設(shè)值接近混凝土內(nèi)鋼筋真實值時，測試誤差小，測試精度高。
2、選擇合適的檔位。保護層厚度在60mm以內(nèi)時，用淺層測試檔，超過60mm時用深層測試檔。
3、探頭復(fù)位。測試過程中，探頭上或多或少有一些剩磁存在，影響測試。此時要將探頭舉到空氣中進行復(fù)位操作，提高測試精度。
4、快慢結(jié)合。離鋼筋較遠時，探頭移動速度可以快一點，當接近鋼筋正上方時，要緩慢移動，并在鋼筋正上方附近來回移動，以準確確定鋼筋位置和保護層厚度。
5、避開無關(guān)鋼筋干擾。測縱向鋼筋時，要先掃描橫向鋼筋，在相鄰的兩根橫向鋼筋之間布置測線。
對鋼筋保護層厚度檢測的重要性的認識有待提高，很多人認為保護層厚度檢測值是走形式，有些檢測單位沒有意識到這個問題的嚴重性，當抽檢到某一構(gòu)件不合格時，換一個合格的構(gòu)件檢測，更有部分單位人為調(diào)整數(shù)據(jù)的現(xiàn)象，給工程造成了很大的安全隱患。
總之，鋼筋保護層厚度檢測是結(jié)構(gòu)驗收的一項重要內(nèi)容，關(guān)系到人民生命財產(chǎn)的安全，應(yīng)該引起人民的足夠重視，對于檢測中發(fā)現(xiàn)的問題要認真對待，積極處理，才能保證工程質(zhì)量的安全。
