关于提高电磁法检测圆柱墩钢筋保护层厚度合格率的探讨

关于提高电磁法检测圆柱墩钢筋保护层厚度合格率的探讨

宋宇阳

中交隧道局广西荔浦至玉林高速公路项目总承包部， 广西壮族自治区 贵港 537000

摘要：本文结合广西荔浦至玉林高速公路项目部分圆柱墩钢筋保护层厚度实测数据及合格率情况，分析了圆柱墩钢筋保护层厚度在不同的检测手段、合格评判方法下施工管控重点与合格率统计结果的相关性，着重指出影响电磁法测圆柱墩钢筋保护层厚度合格判定的主要施工指标，探讨了造成电磁法测圆柱墩钢筋保护层厚度合格率偏低的主要影响因素及施工现场管控的重难点。结果表明：相对于尺量法，电磁法对钢筋笼加工及安装的控制是影响合格率的主要因素，通过计算分析发现当钢筋笼在施工时着重控制好钢筋笼尺寸及轴线偏位时能够在一定程度上提高电磁法检测合格概率。

关键词：保护层厚度；圆柱墩；数据统计分析；提高合格率；施工现场管控

0 前言

圆柱墩以其轻巧经济、施工简便的优势作为广西地区高速桥梁墩柱施工的主要设计结构形式，在《公路工程质量检验评定标准 第一册 土建工程》（JTG F80-1-2017）中将钢筋保护层厚度作为主控指标，其检测方式规定为尺量法，简单的将合格点数占检测总点数的百分比不低于95%作为合格评判标准，然而在交通运输部《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/T J21-2011)中要求应用电磁法检测，数据需要经过统计方法进行评定，最终以特征值与设计值比值作为合格评判标准，通过数理统计的方法来说明构件的钢筋保护层厚度是否达标，尺量法是一种过程检测方法，需要在混凝土浇筑前进行检测，电磁法则是一种事后检测方法，主要要针对混凝土结构物成品。

笔者在广西荔浦至玉林高速公路项目总承包部技术质量部任技术质量部副部长，在日常质量管理过程中发现很多施工一线的检测及管理人员并不是十分了解电磁法测钢筋保护层厚度的操作方式与评判标准，从现场技术员、监理人员到项目部总工程师存在一些人员仍旧按照尺量法的要求去检测收集成品圆柱墩的钢筋保护层厚度数据，而另一些人员虽然采用电磁法收集数据但是数据处理却按尺量法直接计算合格率，未能按照统计方法进行评定，导致收集整理的数据无法客观反应墩柱施工质量。

目前，电磁法测钢筋保护层厚度已经较为普及，许多施工项目、质量检测单位已将其作为控制圆柱墩施工质量的重要手段，国内也有许多关于操作方式、数据评析及施工工艺等方面的书面材料，但大多关注的是电磁法操作及评判方法，忽视了结合电磁法统计、判定原理进行施工过程控制才是决定质量合格的关键，若想提高电磁法检测圆柱墩钢筋保护层厚度合格率，达到提升圆柱墩施工质量的目的，现场施工管控的关键点在哪，要采取哪些有针对性的措施等这些方面的内容却涉及较少。

1 检测原理

1.1 尺量法

圆柱墩每构件各立模板面每3㎡检查1处，且每侧面不少于5处，允许偏差为±10mm，合格率=，合格率不低于95%则为合格。

1.2 电磁法

（1）根据某一测量部位各测点混凝土厚度实测值，圆柱墩布置两个测区（1×2m2），每个测区连续检测10点，，按下式求出混凝土保护层厚度平均值（精确至0.1mm）：

（n=10），

式中:为结构或构件测量部位测点混凝土保护层厚度，精确至1mm，n为测点数。

    （2）按照下式计算确定测量部位混凝土保护层厚度特征值(精确至0.1mm)：

，

式中为测量部位测点保护层厚度标准差（精确至0.1mm）：

，

K为合格判定系数值，按下表取用：

（3）最后根据测量部位实测保护层厚度特征值与其设计值的比值，特征值与设计值的比值应为0.9-1.3，不超出为合格。

2 提出问题

分析电磁法检测原理相关内容不难发现其与尺量法最大的区别在于检测数据的处理，最终结果评定电磁法引入了标准差及合格判定系数，不难发现电磁法的统计、评判方式对施工质量的均匀性提出了更为科学、严谨的要求。

2019年5月21日至23日期间，交通运输部委托专业的第三方检测机构对荔玉高速公路进行了质量安全专项检查，其中圆柱墩的抽检质量时关注的重点，具体检测情况如下表：

不难发现在交通运输部的检测结果中圆柱墩主要结构尺寸及墩台垂直度的检测合格率分别为98.5%与97.2%，表现非常好。然而圆柱墩钢筋保护层厚度实测404个测区，合格测区为301个，合格率在桥梁所有质量检测指标中排名倒数第二仅为74.5%，初步推测是由于墩柱施工过程中某些方面控制不到位导致整体合格率偏低，拟通过具体实测数据进行计算分析。

3 计算分析

笔者在上述检测数据中随机抽取出同一座桥的圆柱墩中10个测区的实测数据如下并进行分析：

    对以上10组数据进行分析，按照电磁法检测墩柱保护层厚度合格评定的要求，比值介于0.9~1.3之间的属于合格构件，由比值来看，1#、4#、5#、7#、9#测区评定为合格，2#、3#、6#、8#、10#测区评定为不合格，根据平均值、标准差两项关键性指标又可将数据划分为5大类：第一类平均值接近设计值，标准差小于5mm，评定合格，1#、4#、7#、9#属于此类数据；第二类平均值接近设计值，标准差大于5mm，评定不合格，2#、3#、8#属于此类数据；第三类平均值远远大于设计值，标准差小于5mm，评定不合格，6#属于此类数据；第四类平均值远远大于设计值，标准差大于5mm，评定合格，5#属于此类数据；第五类平均值偏小，标准差小于5mm，评定不合格，10#属于此类数据。其中平均值与设计值的偏差体现出施工图纸是否得到有效执行，尤其是钢筋笼加工截面尺寸是否按图施工，而标准差的大小则直观反应出构件施工质量的均匀性，具体表现为钢筋笼安装是否出现较严重的轴线偏位，结合公式可知特征值计算结果仅与平均值、标准差有关，如此看来钢筋笼的加工及安装显得十分关键，下面进行详细分析：

（1）首先第五类数据（10#）平均值偏小，结合公式，特征值=平均值-判定系数*标准差，同时观察判定比值[0.9，1.3]不难发现判定的上下限并非均匀的分布在设计值两侧，较判定上线1.3倍设计值而言，特征值计算结果更容易小于0.9倍设计值的判定下限导致不合格，这时无论钢筋笼是否出现较严重的轴线偏位都极易造成判定不合格，这说明在施工过程中应尽量避免出现钢筋笼尺寸偏大的情况，实际上钢筋保护层过薄会造成钢筋容易锈蚀。

（2）剩余四类数据实际可以看成是平均值是否远远大于设计值与标准差是否偏大的组合情况，更为直观则表现为钢筋笼尺寸是否偏小与钢筋笼是否出现较严重的轴线偏位的组合情况。

第一类数据（1#、4#、7#、9#）平均值接近设计值，标准差小于5mm，施工实际表现为钢筋笼尺寸正常且未出现明显轴线偏位，特征值比较轻松落在[0.9,1.3]的判定上下限之间，属于最常见、最合理的合格测区。

第二类数据（2#、3#、8#）平均值接近设计值，标准差大于5mm，施工实际表现为钢筋笼尺寸正常，但钢筋笼出现较严重的轴线偏位，导致标准差偏大，特征值=正常的平均值-判定系数*偏大的标准差，最终计算结果小于0.9倍设计值的判定下限，这也是我们在施工中最为常见的不合格情况。

第三类数据（6#）平均值偏大，标准差小于5mm，施工实际表现为钢筋笼未出现明显轴线偏位，但钢筋笼尺寸偏小，导致平均值偏大，特征值=偏大的平均值-判定系数*较小的标准差，最终计算结果大于1.3倍设计值的判定上限。综合起来不难发现当平均值与标准差中的一个数值偏大时，特征值分别容易跌出判定的上线与下限造成判定不合格，结合第一类数据的分析结果说明钢筋笼尺寸与轴线偏位应同时加强控制，一旦其中一项出现问题，就算另一项满足要求，判定结果仍是不合格。

第四类数据（5#）比较特殊，这里单独进行说明。前面推断得出钢筋笼尺寸与轴线偏位须同时满足要求才能使特征值满足判定要求，缺一不可，而第四类数据的平均值与标准差同时偏大，最终判定结果却是合格的。其实这是一个特殊情况，特征值=偏大的平均值-判定系数*偏大的标准差，减号前后数值同时偏大，那么最终计算结果有可能仍旧在判定区间内。从表面上来看，钢筋笼加工与安装同时管控不到位，反而结果合格，但是平均值偏大说明构件保护层厚度整体偏薄于设计，这将影响到钢筋混凝土构件耐久性及结构承载力，从实体质量上而言仍旧是不合格的，所以这种情况其实算是电磁法检测统计、判定的一个盲区。发现这个盲区并非完全没有价值，第四类数据反过来提示我们，偏小的钢筋笼尺寸一定程度上可以削弱轴线偏位对判定结果产生的影响，提高合格概率。

可以将计算分析情况归纳如下表4所示：

4 结论

（1）在电磁法检测方法下圆柱墩的钢筋笼加工及安装的控制是影响合格率的主要因素，其相应的施工控制措施必须落实到位：

a.钢筋笼加工成型尽量使用胎架，且在存放、运输、吊装时有相应保护措施防止钢筋笼变形；

b.保护层垫块必须采用专业厂家定制的高强机制砂浆垫块，布设时应保证数量及间距满足要求；

c.测量工作十分重要，尤其是钢筋笼安装完成后的轴线位置必须确保精准。

（2）在施工时可以将钢筋笼尺寸较设计值刻意做小一点，但不得过小以免对构件的结构性能造成影响，这样做可以使检测的平均值稍大，而在未出现明显轴线偏位的情况下标准化一般较小，最终计算的特征值比较轻松落在[0.9,1.3]的判定上下限之间，匹配前面第一类数据的合格特征。考虑到判定区间为0.9至1.3倍设计值，取中间值1.1倍设计值，建议将钢筋笼尺寸做小10%，具体数值还待进一步施工检测验证。

参考文献：

[1] JTG/T J21-2011，公路桥梁承载能力检测评定规程[S]

[2] JTG F80/1-2017，公路工程质量检验评定标准[S]

[3]车坤，王大为，王兴舟，等.应用电磁法对钢筋保护层厚度检查结果评定的分析[B].北方交通，2014，（11）：38-40.