公路工程施工中钢筋保护层厚度控制措施及检测方法
2015-07-13
目前高速公路工程建设正日新月异的发展，大量的小型结构物及桥梁结构物混凝土工程在施工过程，对混凝土的砂、碎石、水泥、钢材及成品混凝土的强度、外形尺寸、外观质量，一直精益求精，极其重视，但往往忽略了一个看似不重要的问题——钢筋混凝土保护层的问题。钢筋保护层对结构物起着至关重要的作用，在钢筋混凝土构件中混凝土一方面与钢筋共同参与受力，同时保护钢筋免受外界侵蚀。但由于混凝土自身逐渐风化的特性，混凝土表层会随时间逐渐失去混凝土自身的密实的水泥石结构，逐渐变得疏松，甚至出现裂隙。钢筋混凝土中如果钢筋的保护层不足会影响构件的耐久性，可能导致钢筋在使用期限内严重锈蚀失去功能，严重的甚至使构件早早失效。保护层过大有两种情况，一种是构件尺寸不变，缩小钢筋尺寸来达到目的，这样就导致了钢筋位置偏移，减弱了钢筋的承载作用，有可能引发安全事故；另一种情况是钢筋尺寸不变，构件尺寸变大，这将导致巨大的浪费；有些构件局限于周边条件尺寸无法变大。目前结构物施工工艺比较简单，多为先行加工安装钢筋，采用模板控制构造物的几何尺寸，浇筑混凝土并振捣密实，根据环境采用合适的养生措施。影响结构物钢筋保护层厚度的因素有很多，现结合项目特点，浅谈一下保护层厚度不合格的原因及控制的相关施工措施。
一、钢筋保护层的定义及作用
钢筋保护层有两种：保护层、净保护层。所谓钢筋保护层就是结构混凝土中，受力钢筋的外缘到构件表面之间的混凝土；所谓净保护层就是结构混凝土中，钢筋骨架箍筋、水平筋、螺旋筋的外缘到构件表面之间的混凝土。
钢筋混凝土保护层的作用主要有两点：一是保证受力钢筋与砼之间的良好粘结，使钢筋与混凝土共同受力，提高钢筋混凝土结构的使用性能；二是保护层混凝土受力钢筋免受外界环境的腐蚀，保证结构的使用性能不受破坏，延长结构的使用寿命。
道路结构混凝土与工业民用建筑不同，民用建筑结构混凝土常有外装饰，或采用特殊防护设计处理，而道路混凝土结构施工结束后，直接交付使用。保护层不足或过厚，在使用时，结构表面会出席不同程度的裂缝或过早造成钢筋的锈蚀，既影响结构的使用性能及耐久性，也影响结构的外观。
二、保护层厚度不合格的原因及预防措施
保护层不合格一般都是偏薄较多，也就是小于设计保护层厚度，也有一些保护层厚度过厚，产生的原因主要有以下几个方面：
（一）、规范钢筋现场存放。钢筋堆放不整齐、混乱，场地不平整，造成钢筋变形。钢筋存放场地应采用砼或者砂浆硬化，保证场地平整，钢筋应采用方木或者条形平台作为支点水平分类存放，严禁混乱堆积导致受压不规则变形弯曲。
（二）、钢筋的制作及安装不准确。主要是承台、系梁、盖梁等部位。主筋弯曲制作时，弯起点控制不好，弯起位置控制不准确，导致钢筋主骨架尺寸不合要求，骨架偏小，则保护层过厚；骨架偏大，则主筋保护层不足。在钢筋下料时，应准确控制弯起位置，钢筋骨架制作时应严格控制尺寸，绑扎钢筋所有的扎丝头均要求弯曲向里，防止侵入保护层，以免影响保护层厚度。当承台、系梁较大时，钢筋笼较重，砼浇筑过程中人员、砼对钢筋骨架的影响，造成钢筋骨架下沉或者变形，普通砂浆垫块强度不足，造成承台底部保护层变小，顶部保护层变大。现场可采用高强砂浆垫块或者细石混凝土条，砂浆垫块应每平米不少于4个，细石混凝土条高100mm，宽100mm，长为承台（系梁）长，间隔2m 一个（可根据实际情况调整），这样既能保证保护层厚度，后期绑扎钢筋也非常方便；盖梁底板采用定型模板，钢筋骨架吊装前将高强砂浆垫块绑扎到钢筋骨架上，间距采用60*60cm。砼浇筑时应均匀放料，防止放料过猛，造成钢筋骨架变形。模板加固需使用拉筋时，要加工专用的套筒和拉杆，将套筒焊接在承台主筋上并通过套丝与拉杆连接，拉杆外套采用PVC管，待拆模时将拉杆拧出，用砂浆封堵拉杆空洞。
（三）、安装钢筋时产生的偏差，偏向一侧，造成一侧偏大，另一侧偏小。主要是立柱、梁板、肋板、薄壁墙身等部位施工。
1、目前墩柱的施工工艺比较简单，多为先行加工安装钢筋，采用定型钢模板控制墩柱的几何尺寸，浇筑混凝土并振捣密实，根据环境采用合适的养生措施。影响墩柱保护层厚度的因素有很多，工序上分为以下几方面主要原因：
（1）、钢筋加工安装原因
保护层厚度在施工过程中反映为钢筋与模板的距离，因此，墩柱钢筋的骨架几何尺寸直接影响成型后墩柱的保护层厚度。在模板几何尺寸一定的情况下，墩柱骨架钢筋尺寸愈大，则相应的保护层厚度愈小，反之亦然。其次，由于墩柱的平面位置要求比较严格，《公路工程质量验收评定标准》规定墩柱的轴线偏位为10mm，而墩柱保护层厚度的要求为±5mm，这就意味着墩柱钢筋的安装位置必须控制在设计位置±5mm内，否则墩柱的平面位置与保护层无法同时满足标准要求，出现这种情况时一般以牺牲墩柱保护层厚度来保证平面位置的准确，这也是目前的通病。其次，钢筋骨架运输过程中，野蛮作业造成钢筋骨架破坏；施工过程中，特别是桩柱搭接施工时，因钢筋直径大，扳较困难，不能很好的调整，造成钢筋保护层厚度过大或者过小。另外墩柱钢筋的骨架刚度也是很重要的方面，钢筋的精确定位目前一般只控制顶与底，如果骨架自身刚度不足，势必导致钢筋中部位置失去控制，进而影响到保护层的控制。
（2）、定型钢模板原因定型模板的几何尺寸直接决定成型后墩柱的几何尺寸，墩柱的几何尺寸与钢筋骨架的几何尺寸及平面位置共同决定了保护层。在其它影响因素不变的情况下，模板几何尺寸愈大将导致保护层厚度愈大，反之亦然。在假设钢筋平面位置与几何尺寸严格与设计一致的情况下，模板的最大几何尺寸误差也不能超过5mm，如果考虑到钢筋平面位置与几何尺寸的合理误差，模板加工要求的精度就更高。
(3)、混凝土浇筑
混凝土浇筑工艺直接影响到已经调整并加固完毕的钢筋及模板，如下料方式不当容易造成钢筋与模板间垫块脱离位置，振捣人员上下方式不当容易引起钢筋整体晃动并导致位置偏移，振捣棒插入位置不当容易导致钢筋移位。
2、针对性措施
控制保护层的总体工作思路在严格控制钢筋及模板平面位置、几何尺寸的基础上控制钢筋与模板的距离，并使钢筋、模板及相应的固定设施（垫块、模板固定支架及拉索）形成一个整体，在浇筑混凝土过程中避免破坏钢筋、模板的整体性，从而保证钢筋保护层厚度在控制范围内。遵照这一思路，结合前面的原因分析，针对性的进行措施研究。
（1）墩柱钢筋加工安装
墩柱钢筋一般设计为竖向受力主筋按照一定间距焊接固定到环向骨架钢筋上，在主筋外侧按照一定间距盘绕螺旋形箍筋。因此，控制墩柱钢筋笼的几何尺寸关键在于控制环向骨架钢筋的几何尺寸。经多个工地观察发现现场加工工人很难准确把握环形骨架钢筋的半径，图纸一般只提供环形骨架钢筋中心轴线半径，无法直接用于生产控制。经过多次数据测算调整，发现加工环形骨架筋的圆柱形构件半径＝环形骨架半径-环形骨架筋钢筋半径-4mm～6mm时效果最好。环形骨架钢筋直径16mm～20mm时取用4mm，22mm～25mm时取用5mm，大于25mm时取用6mm。
钢筋骨架整体刚度通过加强主筋与环形骨架筋焊接及主筋与外部螺旋形箍筋固定来实现。笔者在钢筋加工、安装现场发现，对于钢筋笼整体的刚度而言，主筋与螺旋形箍筋的固结尤为重要，建议在主筋与螺旋形箍筋交叉点采用点焊或铁丝梅花形固定，即间隔一个交叉点固定。另外螺旋形箍筋使用前先调直，在半径相近的圆形构件上弯曲成相近环形半径备用，保证螺旋形箍筋与主筋密贴。
钢筋安装定位先确定中心点，放样时同排立柱应一起放样，同时放样从桩基到盖梁采用同两个护桩穿轴线的放样方法，在检查准确后，按照图纸设计半径±5mm在现场用墨线标出，钢筋安装时只有全部主筋都落在墨线形成的环内才可固定，完成钢筋的安装工作。还有一种方法就是在立柱根据第一次放样点焊立好钢筋笼后， 在进行焊接。可在立柱钢筋笼上焊一个十字架，将放样点引到十字架中心，这样其它阶段立模施工就可利用铅锤恢复原放样点。以上两方法可保证每次放出的点位与原放样点重合；同时在接桩时就必须将钢筋笼校准，否则接桩混凝土浇筑后，点位放的再准，立柱钢筋笼已无法校准。
（2）墩柱模板加工
墩柱定型钢模板从模板设计、模板加工制作控制模板的几何尺寸。模板设计一方面保证构件的几何尺寸，同时考虑模板的周转次数，进行相应的刚度设计；定型钢模板在起吊、运输、使用时需要考虑模板的承载情况，确保使用过程中模板不变形。
模板加工需要设计相应的胎模，在胎模上进行预拼装，检查各项数据指标，合格后电焊固定。电焊焊接过程中一定要考虑电焊温度变化在模板内部形成的内应力，防止模板从胎模上落架后由于自身内应力过大逐步变形，根据模板刚度决定一次施焊长度，一般控制在2cm左右，并且实施跳焊，分散模板内部的温度应力，避免应力集中。
（3）墩柱混凝土浇筑
为减轻混凝土入模冲击力对钢筋与模板间垫块的影响，混凝土自由落体高度大于2m时采用串筒，必要时设置减速板。另外人员上下通过专用软梯，禁止通过攀爬固定完毕的钢筋。振捣时严格控制振捣棒的落点位置在距离钢筋10cm～15cm处，禁止振捣棒碰触钢筋。
(三)、保护层垫块的原因。钢筋保护层的控制主要是用高强砂浆垫块来获得。垫块的数量及施工质量，对成型后的混凝土保护层具有决定性的作用，在施工过程中，往往为了图省事或嫌麻烦，少放置垫块，甚至不放，或者绑扎垫块的位置不准确、绑扎的不牢靠，这样在混凝土的浇筑过程中，因受混凝土卸料的冲击或振捣等原因，造成保护层厚度不合格。另外垫块的设计不合理、制作不合格也能产生不合格现象。
（四）、受外力产生变形，安装后又没有及时校正；钢筋骨架整体固定不牢，混凝土浇筑过程中钢筋骨架发生位移；细直径钢筋在安装、混凝土浇筑过程中受人力踩踏或设备碰撞等原因产生变形。
主要是梁板施工。1、梁板钢筋一般都在钢筋模架上加工好后进行吊装，吊装过程中直接使用钢丝绳挂在钢筋网片上，钢筋网片受力不均匀，容易产生变形；为了解决这一问题，在梁板施工前，采用圆钢管制作钢筋专用吊装架，吊装时将钢丝绳先挂在吊装架上，在吊装架上每隔2m设置2-3个挂钩，将挂钩垂直挂到钢筋网片上，吊装时轻吊轻放，以免钢筋网片变形，影响保护层厚度。
2、钢筋网片在吊装过程中因为碰撞等原因造成高强砂浆垫块位置发生变化，或者在吊装过程中钢筋网片发生变形，安装后没有及时校正，导致保护层厚度不合格。在钢筋网片入模后，组织人员对钢筋骨架进行检查，及时调整变形的钢筋骨架或者调整砂浆垫块的位置。
3、混凝土浇筑过程中受人力踩踏、振动棒振捣等因素影响，造成钢筋骨架位移、变形，从而影响保护层厚度。施工过程中尽量减少人员直接站到钢筋骨架上面，振捣过程中尽量避免振动棒直接接触到钢筋骨架。
（五）、其他原因。除上述原因外，常见的还有钢筋骨架运输过程中，钢筋施工不规范，野蛮作业破坏钢筋骨架；桩位搭接施工时，规范允许偏差值不等，搭接时因钢筋直径大，扳较困难不能很好的调整，加上钢筋及模板垂直度等的原因，常出现保护层厚度不合格。
三、钢筋保护层厚度检测
（一）、检测仪器及原理。常见的检查钢筋保护层厚度的仪器主要有三种，国产钢筋检测仪、进口钢筋检测仪和结构探测雷达。三种仪器均是利用电磁原理进行钢筋检测。即利用信号发射装置产生一定频率的交变电磁场，激发混凝土内钢筋产生感生电流，钢筋内的感生电流又激发出二次交变电磁场，被接收装置接收和识别，根据接收到的二次交变电磁场的强弱，确定钢筋的位置、深度和钢筋直径。
（二）、测线布置。确定被测受力钢筋的排列方向（走向），然后垂直受力钢筋的走向布置一跳测线，沿测线对受力钢筋进行连续扫描，确定钢筋的位置和保护层厚度，每条测线上扫描不少于6根受力钢筋（梁板底板受力钢筋要全部扫描）。当有平行于测线的钢筋分布时，为了避开钢筋影响，提高测试精度，要先用钢筋仪扫描出这些钢筋的位置。然后在相邻的两根钢筋间布置测线。
（三）、提高测试精度的几个方法。要提高测试精度，应在以下几个方面下功夫：
1、预设钢筋直径。预设值接近混凝土内钢筋真实值时，测试误差小，测试精度高。
2、选择合适的档位。保护层厚度在60mm以内时，用浅层测试档，超过60mm时用深层测试档。
3、探头复位。测试过程中，探头上或多或少有一些剩磁存在，影响测试。此时要将探头举到空气中进行复位操作，提高测试精度。
4、快慢结合。离钢筋较远时，探头移动速度可以快一点，当接近钢筋正上方时，要缓慢移动，并在钢筋正上方附近来回移动，以准确确定钢筋位置和保护层厚度。
5、避开无关钢筋干扰。测纵向钢筋时，要先扫描横向钢筋，在相邻的两根横向钢筋之间布置测线。
对钢筋保护层厚度检测的重要性的认识有待提高，很多人认为保护层厚度检测值是走形式，有些检测单位没有意识到这个问题的严重性，当抽检到某一构件不合格时，换一个合格的构件检测，更有部分单位人为调整数据的现象，给工程造成了很大的安全隐患。
总之，钢筋保护层厚度检测是结构验收的一项重要内容，关系到人民生命财产的安全，应该引起人民的足够重视，对于检测中发现的问题要认真对待，积极处理，才能保证工程质量的安全。
