公路 XXXX年XX月  第XX期HIGHWAY No.XX

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桥梁工程钢筋保护层厚度特征值与分布均匀性控制措施研究

潘华

河南省黄河高速公路有限公司

摘  要：桥梁工程钢筋保护层作为避免构件钢筋遭受腐蚀，保障钢筋混凝土结构耐久性的重要构件，其厚度控制是否满足设计、规范要求，与构件乃至整个桥梁的结构稳定性息息相关。通过对钢筋保护层厚度控制及保护层施工离散性超限原因分析，提出构件保护层厚度控制措施，有效提高钢筋保护层厚度合格率及特征值Dne与设计值Dnd比值合格率，促进桥梁工程质量提升[1]。

关键词：钢筋保护层厚度；分布均匀性；控制措施

1 钢筋保护层厚度检测评定

（1）检测方法及检测依据

钢筋保护层检测仪器采用便携式智能无损检测设备HC-GY71T一体式钢筋扫描仪，钢筋保护层厚度即采用电磁检测方法进行无损检测，检测依据《混凝土中钢筋检测技术标准》（JGJ/T 152-2019）。

（2）钢筋保护层特征值

采用《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21-2011）评定方法计算，参照交通运输部《关于印发公路水运工程质量安全督查办法的通知》（交安监发﹝2014﹞122号）进行评定，特征值与设计值的比值在0.9-1.3之间为合格，不在0.9-1.3之间为不合格。

采用《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21-2011）评定方法计算，特征值/设计值的比值>0.95，影响不显著，评定标度为1；比值为（0.85，0.95]，有轻度影响，评定标度为2；比值为（0.7，0.85]，有影响，评定标度为3；比值为（0.55，0.70]，有较大影响，评定标度为4；比值≤0.55，钢筋易失去碱性保护，发生修饰，评定标度为5。

（3）钢筋保护层单点合格率

依据建设部《混凝土中钢筋检测技术标准》（JGJ/T 152-2019）和交通部《公路工程质量检验评定标准 第一册 土建工程》（JTG F80/1-2017），钢筋保护层厚度测点值在允许偏差范围内为合格点数，超出为不合格点数，计算单点合格率。

（4）钢筋保护层厚度检测仪器的修正值

仪器使用前需配合游标卡尺对构件标准试块钢筋保护层厚度分别进行测量，以游标卡尺读数与仪器示值的差值作为现场修正值，并在仪器检测数据上加减修正值得出实际钢筋保护层厚度。

采用与现场墩柱施工相同的双箍筋标准件，箍筋为2道HRB400EΦ12mm的热轧带肋钢筋，箍筋间距100mm，主筋为60根HRB400EΦ32mm的热轧带肋钢筋，主筋间距108mm，标准件下设调节螺帽，可调整模具的垂直距离，墩柱中部位置凿有一条宽约100mm环状沟槽至主筋外表面，保证钢筋全部显露，钢筋保护层厚度模拟实体结构物保护层设计厚度50mm，具体以游标卡尺实测数据为准。从钢筋笼保护层检测结果汇总表中得出，游标卡尺读数与保护层仪器读数差值平均值即修正值为+8.51mm。鉴于钢筋保护层厚度测定仪示值为整数且为了方便现场工作开展，最终确定修正值取整数，即修正值为+9mm

表1 墩柱钢筋笼保护层检测结果汇总（主筋）

表2墩柱墩柱钢筋保护层厚度结果计算汇总（箍筋）

图2试验墩柱比对试验                        图3试验室模拟比对试验

2、钢筋保护层评定方法选择

混凝土桥梁钢筋保护层厚度的评定方法可大致归纳为三种：工前法，工后单点合格率法（简称单点合格率法），工后特征值法（简称特征值法）。

2.1 工前法

依据《公路工程质量检验评定标准》和《公路桥涵施工技术规范》的要求控制，在钢筋加工、钢筋安装、模板安装后进行的工序检查，即浇筑混凝土前钢筋保护层检查。通过《公路工程质量检验评定标准》的规定值或允许偏差来计算合格率，即合格率=(合格点数/测点总数)*100%。

事前检查是过程控制的重要环节但由于后续混凝土浇筑过程中振捣、垫块位置松动等因素，钢筋位置发生偏位，因此采用钢筋安装后距模板位置的标准来评判保护层合格率往往会造成较大偏差。

该方法优点是直观、方便，便于现场检测，但是对施工工艺和混凝土振捣水平要求苛刻，否则工后保护层检测数据误差较大。

2.2 单点合格率法

混凝土浇筑后的合格率法也称单点合格率法，是在模板拆除后采用钢筋保护层检测仪器进行检测，首先判定每个测点是否合格，然后计算合格测点占总测点比例，即单点合格率，评价钢筋保护层的控制水平，在公路工程中，一般采用单点测值与设计值允许偏差进行比较分析，进而判断单点合格或不合格，如墩柱的设计保护层厚度为50mm，允许偏差为±10mm，则测点值在40mm-60mm之间为合格值。

该方法计算简单，有据可依，可计算构件单点合格率，也可计算构件总体的单点合格率，判定合格率高低，但对检测仪器比对分析、检测方法要求较高，对合格率偏差、评定尺度较为宽松。

2.3 特征值法

首先，正确计算特征值，根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21-2011），按统计方法评定，计算特征值与设计值的比值，根据特征值与设计值比值判定对结构钢筋耐久性的影响，评定5个评定标度，见《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21-2011）表5.8.6钢筋保护层厚度评定标准。

根据交通部《关于印发公路水运工程质量安全督查办法的通知》（交安监发﹝2014﹞122号）特征值与设计值比值介于0.9-1.3的为合格，计算检测的构件合格或不合格，判断构件钢筋保护层厚度离散程度，根据比值介于0.9-1.3之间的测区占比合格率，判断施工控制离散程度，特征值法能够分析钢筋保护层分布均匀性及对结构钢筋耐久性的影响。

该方法优点是能够综合考虑各测点值的离散情况，有据可依，缺点是计算繁琐（利用计算机辅助可解决）。

3 保护层厚度偏差超限原因分析（以墩柱为例）

3.1 钢筋笼变形

（1）钢筋笼制作过程中，对钢筋笼加工精度把控不到位，或因主筋、箍筋等间距分布不均匀，存在较大偏差，从而导致整体钢筋笼尺寸较设计尺寸偏大，以致混凝土浇筑完成后，保护层厚度偏大，反之亦然。

（2）钢筋笼运输及存放过程中，未规范设置防护及胎架，导致钢筋笼在自身重力或外部碰撞下产生变形，钢筋保护层厚度偏差超限。

（3）钢筋笼吊装时吊耳未设置在重力平衡点、吊绳长度角度不一致，钢筋笼在自身重力作用下发生形变。

3.2 钢筋笼移位

钢筋笼安装时，未按放线位置对中，与桩基、系梁、承台等结构物不同心，导致钢筋笼偏向一侧保护层厚度偏小，相对一侧保护层厚度偏大，即钢筋笼移位[2]。

3.3 钢筋笼倾斜

墩柱钢筋笼吊放时，未使用吊锤校核调整钢筋笼垂直度、吊放完成后未规范设置缆风绳锚固，钢筋笼倾斜导致钢筋保护层厚度偏差超限。

3.4 模板移位、尺寸偏差

模板制作强度及强度不够，模板限位措施不牢固，混凝土浇筑过程中出现胀模、移位等现象；模板安装偏移放线位置，模板内壁与钢筋骨架间距与设计不符；模板尺寸存在偏差，与钢筋保护层厚度呈现正相关，在一定高度内，保护层厚度出现整体偏差超限。

3.5 混凝土浇筑不规范

混凝土浇筑过程中未使用串筒或串筒较墩柱底部高差不满足规范要求，混凝土浇筑冲击力过大造成钢筋与模板间垫块移位或脱离；振捣人员攀登钢筋笼导致钢筋骨架偏位、变形；混凝土振捣方式及落点控制不合理，钢筋骨架偏位，造成钢筋保护层厚度偏差超限。

3.6 垫块制造、安装不规范

垫块制作强度和密实性不够，安装不牢固，钢筋笼吊装、关模过程中部分垫块脱落导致钢筋笼倾斜；垫块尺寸大小、外观形状、布置间距不一，钢筋笼承重能力存在差异造成钢筋笼倾斜；垫块实际厚度与设计厚度存在较大差异，保护层检测出现偏差超限。

4 保护层厚度控制措施（以墩柱为例）

（1）墩柱钢筋笼原材加工时，可采用锯切套丝一体机、弯圆机等高精度数控自动化设备确保主筋长度及加强筋圆顺度，避免因主筋长度、加强筋圆顺度误差导致钢筋保护层安装使用时各点承载力不一致导致钢筋笼偏移。墩柱钢筋笼骨架制作可采用高精度胎架及数控钢筋笼滚焊机，减少骨架制作尺寸误差；主筋、箍筋焊接时可采用数控绕筋机、自动焊接机器人等设备，提高焊接质量及精度，严格把控主筋、箍筋、加强筋间距，确保钢筋笼成品尺寸。

（2）钢筋笼运输应采取胎架、锚固绳、焊接内撑筋等加固措施，避免因运输车辆颠簸、钢筋笼滚动出现变形；现场钢筋笼存放区域应设置硬化区域及存放胎架，确保钢筋笼不因自身重力发生形变，进而影响钢筋保护层厚度。

（3）钢筋笼起吊时，吊绳绑扎位置应位于钢筋笼受力平衡点，减少钢筋笼自身重力影响，设置专人引导吊车司机缓慢移动钢筋笼至吊锤中心与桩顶中心重合，校对完成后缓慢下放钢筋笼与桩基预留钢筋焊接，焊接完成后重新校对钢筋笼垂直度及轴线偏位情况。

（4）定期更换墩柱模板，避免因墩柱模板制造刚度不够，周转使用产生形变，导致形变位置保护层厚度偏差超限；墩柱模板安装时，应确保模板中心与钢筋笼中心重合，保证立模精度；模板拼装完成后，应对拼缝处螺栓预紧力进行检查复拧至设计要求。

（5）垫块制作强度应大于墩柱自身强度，尺寸、大小应符合图纸及规范要求；垫块形状宜为圆形，且应在钢筋骨架制作过程中，按照图纸要求将垫块固定绑扎在骨架主筋上；若运输、存放过程中，部分垫块脱落，则关模前可采用装配式垫块应对脱落位置重新绑扎。

（6）墩柱混凝土浇筑高度较高时，应采用串桶或溜槽降低混凝土对钢筋笼、垫块的冲击力；采用临时软梯作为振捣人员上下通道，振捣时振捣棒应距离钢筋10-15cm处，避免因碰撞导致钢筋笼移位、倾斜，进而导致钢筋保护层偏差超限[3]。

2 控制措施前后数据比对（以墩柱为例）

为了确保钢筋保护层厚度既满足《公路工程质量检验评定标准》实测项目的允许范围±10mm内，又满足《关于印发公路水运工程质量安全督查办法的通知》特征值/设计值比值介于0.9-1.3之间，即采取特征值法与单点合格率法的双控措施。如墩柱钢筋保护层设计值为50mm，经数理统计分析如下：一是单点保护层厚度必须在45mm以上，特征值/设计值比值才有可能介于0.9-1.3之间；二是单点保护层厚度在40-60mm之间，特征值/设计值比值介于0.9-1.3之间可能性高；三是单点保护层厚度在45-60mm之间，特征值/设计值比值介于0.9-1.3之间可能性较高；四是单点保护层厚度在47-60mm之间，特征值/设计值比值介于0.9-1.3之间可能性更高；五是单点保护层厚度在50-60mm之间，特征值/设计值比值介于0.9-1.3之间合格率100%。根据以上分析，墩柱钢筋保护层厚度按照55±5mm（即允许偏差0～+10）控制为最佳。

在工程实体检测中，随机抽取采取控制措施前后同一高度四个断面墩柱保护层厚度发现：采取控制措施前，墩柱保护层厚度偏差值离散性较大，且部分断面处保护层厚度超出规范要求，钢筋保护层厚度单点合格率为75%，特征值/设计值比值介于0.9-1.3之间的测区占比为40%；采取控制措施和双控措施后，墩柱保护层厚度偏差值离散性可控，钢筋保护层厚度分布均匀，且特征值/设计值比值控制在0.9-1.3之间，符合规范及设计要求，钢筋保护层厚度单点合格率和特征值/设计值比值介于0.9-1.3之间的测区占比均为95%以上。故认为：通过保护层厚度控制措施及钢筋保护层双控措施，钢筋保护层厚度单点合格率和特征值法合格率均大幅度提高。

图7 钢筋笼保护层厚度仪器实测值

6 结语

桥梁工程钢筋保护层厚度偏差超限与桥梁承载能力、使用年限息息相关，其原因一般是由钢筋笼原材加工运输、起吊安装、模板拼装、垫块绑扎、混凝土浇筑等所导致[4]，故应加强生产过程质量管控，强化现场施工管理，运用钢筋保护层控制措施及双控措施，严格依照技术规范、施工图纸准确控制保护层厚度，提高桥梁工程混凝土浇筑前的钢筋安装允许偏差法、混凝土浇筑后的合格率法、特征法的合格率，确保钢筋混凝土结构稳定性及持久承荷能力[5]。

参考文献：

[1] 张琳，桥墩施工中钢筋保护层厚度的控制措施[J].交通世界，

2017(Z2):168-169.DOI:10.16248/j.cnki.11-3723/u.2017.z2.191.

[2] 徐建国，陈叶刚．桥梁圆形墩柱钢筋保护层厚度的控制措施[J]．城市道桥与防洪，2015（8）：139-141.

[3] 郭保林，于长河，胡孝展，等．近海桥梁墩柱钢筋保护层质量调研及后期施工建议［Ｊ］．公路交通科技，2010，40（3）：151-154.

[4] 胡玉庆,郭保林,张敦福,张波,邢德进.墩柱保护层厚度异常分析与控制措施研究[J].

施工技术,2018,47(10):119-121+152.

[5] 韦剑发,孔锦,钟杰.桥梁墩柱钢筋保护层厚度控制措施[J].水利水电施工,2019(4):31-33.

[6]《公路工程质量检验评定标准》(土建工程) (JTG F80／1—2017)

[7]《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T 3650-2020 ）

[8]《关于印发公路水运工程质量安全督查办法的通知》（（交安监发﹝2014﹞122号）

[9]《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21-2011）

[10]《混凝土中钢筋检测技术标准》（JGJ/T 152-2019）

[11]《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2015）