房屋检测技术及其应用

■ 文/翟 青

房屋建筑经过长时间的使用，因自然因素影响和构件自然老化等原因会使房屋建筑产生一些缺陷，这些缺陷的产生轻则影响房屋建筑的外观，给用户造成不安全感，严重时可能引起倒塌事故，威胁用户的生命财产安全。要想彻底根除这些缺陷，掌握建筑结构及构件所处实际状态，必须以做好检测工作为前提，而房屋检测是一项系统且复杂的工作，需要通过分析总结为实际的检测工作提供参考依据。

1 房屋建筑破坏特点与损伤原因

1.1 房屋建筑破坏特点

我国常见房屋建筑类型包括以下几种：木结构房屋、砖木结构房屋、砌体结构房屋、底层框架砌体结构房屋、框架结构房屋。在房屋正常使用过程中，受外力作用与构件老化等影响，会使房屋产生不同程度的破坏。对于房屋建筑损伤，若按照不同层次可将其分成以下几类：结构损伤、构件损伤、连接损伤、材料损坏。其中，结构损伤是指建筑主要构件之间的连接或整个空间产生一定程度的变形及破坏；构件损伤是指构件自身因荷载作用产生破坏，且不同类型构件的破坏形式不同，如受弯构件破坏形式以挠曲为主，而受压构件破坏形式则以屈曲为主；连接损伤是指构件之间的连接部位产生破坏，如位移与开裂，以梁柱节点因受到地震力作用而破坏较为常见，也经常产生于门窗；材料破坏指的是构成结构的材料产生不良改变，如砖发生风化、钢筋产生锈蚀或混凝土产生碳化等。

木结构房屋主要特点在于有良好的韧性和强度，采用特殊连接方式，工程造价低，施工方便，在木材来源比较广泛且经济欠发达地区较为常见。但木结构房屋存在容易发生腐蚀和耐火性较差等不足。受外力作用后该房屋产生的破坏基本来源于材料自身性质，表现为构件强度与节点之间的连接强度较低。对于砖木结构房屋建筑，其承重结构主要采用砖和砂浆通过砌筑形成，而楼盖则主要采用木结构，可见其整体协调性往往很差，受诸如地震等一系列外力作用后墙体很容易由于变形无法协调而被破坏，同时屋架由于容易和墙体之间无法可靠相连而发生脱落。砌体结构由块体与砂浆采用砌筑的方式形成，因其材料获取比较容易且制作方法相对简单，所以有着十分广泛的应用范围，是我国最常用的结构类型。但该结构抗震性能往往较低，受往复荷载作用后容易产生失效，尤其是墙体在承受一定水平方向地震力作用后容易产生破坏，出现大量相互交叉的裂缝，最终导致整个建筑产生倒塌。底层框架砌体结构指的是底层采用柔性框架结构，而上部采用由砌体构成的刚性体系，在底层需要有较大使用空间的房屋中较为常用。这种结构的破坏现象主要产生于框架或过渡层。框架结构主要由梁柱通过刚性连接形成，有很高的工业化程度，建筑成型后有很高整体性，在对抗震性能有很高要求的建筑中较为常用。该结构破坏主要产生于梁柱结构与其节点间。

1.2 房屋建筑损伤原因

既有房屋建筑产生的损伤，若按照损伤的产生原因，可将其分成3 类：耐久性破坏、自然灾害破坏和人为因素破坏。其中，耐久性破坏主要由自然因素不断侵蚀造成，在房屋正常施工过程中，随时间不断推移，结构及其构件的性能不断老化，进而产生一系列自然损伤，包括结构之间的连接方式发生变化、开裂或构件产生变形等。另外，材料也会出现不同程度的自然老化，如砖发生风化、钢筋产生锈蚀与混凝土发生碳化。导致耐久性破坏的主要原因为温度与不均匀沉降。温度反复变化会使构件中产生一定附加应力，进而出现应变，严重时导致开裂，并且会使构件所处受力状态发生变化，无法掌握并预测构件未来变化。温度裂缝主要产生于温度变化明显的部位，如门窗洞口和屋顶、墙体之间的交界部位。导致地基沉降开裂的原因为地基外部环境及其受力条件产生变化，使房屋结构形式及边界条件产生变化，在墙体两端产生明显位移，严重时将导致中部开裂，并且还伴有地下水渗漏现象，对房屋结构安全造成严重危害。

由偶然因素造成的破坏指的是房屋建筑因偶然因素或受到巨大外部荷载引起的破坏，一般具有突发性，如地震、台风、火灾与爆炸。以地震给房屋建筑造成的破坏为最大，而且地震引起的一系列次生灾害也会给建筑带来很大破坏。风灾在不同自然灾害类型中最常见，带来的伤亡及经济损失也是最严重的。对于木结构房屋、砖木结构房屋与钢结构房屋，因其所用材料耐火性能较差，所以发生火灾后会造成十分严重的破坏，甚至引起坍塌事故。由人为因素造成的破坏指的是因为不同人为原因引起的所有破坏，可能造成破坏现象的人为因素包括工程设计、施工、装饰装修及使用等，这些因素会使建筑外部环境产生变化，比如新建房屋和既有建筑之间的距离较近会产生应力叠加现象，进而产生沉降或开裂；在地下结构施工与矿产开采过程中产生的振动也会对既有房屋建筑造成破坏。除此之外，结构设计过程中由于人为失误会使建筑自身受力超限，或导致局部承载能力较低，进而造成破坏；工程设计失误会使结构产生较大变形或挠曲，导致开裂超出预期；房屋施工失误也会造成一定程度的损伤，如现场施工方法和图纸要求不相符会使建筑在使用前就存在很多隐患，安全储备严重不足，对建筑进行不规范的装修改造也会造成破坏。

2 房屋检测技术

2.1 常规方法

房屋检测内容包括：对建筑材料自身力学性能进行检测、对结构产生的变形和损伤进行检测、对主要结构构件之间的连接状况进行检测；在没有特殊要求的情况下主要采用非破损方法，若有必要，则可采用局部破损方法来确定材料特性。

对建筑材料强度进行检测作为房屋检测工作的重要内容之一，不同类型的建筑材料需采用不同的检测方法，如对砖强度进行检测时，主要采用取样法、回弹法、压痕法；对砂浆强度与成型后均质性进行检测时，主要采用回弹法、筒压法、剪切法、点荷法、射钉法、冲击法、推出法、贯入法；对砌体强度进行检测时，主要采用取样法、回弹法、液压顶法、钻芯法、原位轴压法、原位单剪法、原位双剪法、扁顶法；对混凝土强度进行检测时，主要采用回弹法、超声与回弹相结合法、后装拔出法、钻芯法。因施工管理工作不到位与自然灾害因素影响，房屋建筑结构内部难免存在一些缺陷，对此应采用无损技术实施检测，此检测方法可分成两类：第一类为机械波方法，如声发射法、超声脉冲波法与冲击波法；第二类为穿透辐射方法，如x、y 射线法与中子流法。

钢材强度可采用表面硬度法进行检测，先对待测钢材自身硬度代表值进行测量，然后按照相应的公式通过换算确定钢材强度，在钢筋混凝土结构中，可通过截取钢筋实施力学性能检验与复核。对于钢筋位置探测装置，主要借助磁感应原理对钢筋所在位置、数量与其保护层混凝土厚度进行无损检测。对于钢材表面缺陷，可借助磁粉探伤法予以检测，以磁粉在待检测钢材表面产生的痕迹判断钢材表面是否存在缺陷；也可借助渗透探伤法检测，通过在待检测钢材表面均匀涂刷一层渗透剂来确定是否存在裂纹等缺陷。对于处在混凝土内部的钢筋，可采用以下方法来检测其锈蚀情况：剔凿法、电化学法、综合分析判定法、锈胀裂缝法、破损检测法。如果需要确定钢材微观组织产生的变化，则可采用金相检测方法实现。对房屋建筑裂缝进行检测的主要目的在于确定裂缝分布情况与其尺寸，并为预测其未来发展提供参考指导，对于裂缝分布特征，可采用照片等形式表达，而处于活动状态的裂缝，可通过贴石膏饼等方式实施检测，在条件允许的情况下也可使用专门引伸仪实施检测。对于裂缝宽度，可使用具有读数功能的显微镜进行测量；而对于裂缝深度，则可使用凿开法进行检测。对房屋构件挠度进行检测时，可采用激光测距仪法、水准仪法、拉线法。对房屋沉降进行检测时，可采用水准仪法和钢尺法。对结构或构件产生的倾斜进行检测时，可采用经纬仪法和电子全站仪法。

2.2 新方法

2.2.1 数字摄影测量

该技术以数字摄影与摄影测量两项技术作为基础，借助数字成像及计算机技术实施影像处理和匹配，同时通过解析摄影测量得出对象基本性质，如位置、形状与大小，属于全数字测量范畴。通过对这项技术的应用，能对处在运动状态的物体实施动态监测，能在结构脉动反应实时检测及结构损伤或破坏产生过程动态检测中使用。

2.2.2 激光雷达测量

激光雷达技术将惯性导航系统、激光扫描与全球定位系统充分结合到一起，先采用激光器发射出激光脉冲，然后采用接收器获得脉冲返回需要的时间，进而通过计算得出距离，再根据激光扫描角度得出目标三维坐标。与传统摄影测量技术相比，LiDAR 不需要进行影像匹配，有很高自动化水平，在历史文物保护和房屋检测领域得到了广泛应用。

2.2.3 光纤测量

光纤传感技术主要通过测量光纤中所传参数发生变化来测量环境参数，主要用于以光纤传感器为核心的测量系统，在不同传感网络实际应用中，光纤传感器有十分显著的优势，能对各类监测信息予以自动采集，而且基本不会受到人为因素的影响，在既有房屋建筑检测工作中可以对房屋建筑产生的裂缝、沉降及倾斜进行自动监测，在安全预警工作中表现出良好的使用价值。

2.2.4 红外热像技术

该技术是指充分利用材料表面温度与辐射率存在的差异，使红外辐射转换成热图像，在待测物体中，存在缺陷与不存在缺陷的地方，其热传导率也存在很大不同，致使各自温度存在差异，进而呈现出物体存在的缺陷及所处状态，最终由此对材料性质及内部存在的缺陷予以准确判断。通过对这项技术的应用，能对房屋建筑中重要性较高的结构过部位实施连续监测，而且大量实践表明，将这项技术应用到大面积检测工作中能极大地提高工作效率，并减少人工的投入。

2.2.5 卫星遥感技术

GPS 技术依靠定位卫星在世界范围内实现定位导航，根据不用监测点位提供的监测信息，并通过与应用数据之间的对比，获得特定方向上目标物各类参数。我国自主研发了可实现独立运行的北斗卫星导航定位系统，借助这一系统能对测站点所处平面位置及大地高程予以同时且准确的量测，进而同时得出精度极高的三维坐标成果数据，使监测工作在时域与空域上实现高度统一，掌握一系列长时间变形实施监测数据，进而更好地在变形情况监测工作中使用，发挥出各类数据的作用与功能。

2.2.6 InSAR 遥感技术

InSAR是Interferometric Sysnthetic Aperture Radar的简称，即利用合成孔径雷达SAR 的相位信息提取地表的三维信息与高程变化信息的技术，对合成孔径雷达成像技术与干涉测量技术予以充分结合，并根据传感器参数与成像几何关系对地表测点三维空间位置和产生的微小变化进行准确测量，可轻松获得结构振动及位移方面的信息。

3 结语

综上所述，房屋建筑是人类生活与工作的主要场所，也是人类抵御外界环境干扰及影响的屏障，也象征着人类文明的诞生和发展。但房屋建筑在设计、施工与使用中受到各方面因素的影响难免产生损坏，这就要求对既有房屋建筑实施严格的检测，通过采用适宜的检测技术方法，掌握房屋建筑所处状态，及时发现和解决各类缺陷、隐患，以此保证房屋建筑安全、可靠使用，杜绝倒塌等安全事故的发生。