新型高強(qiáng)聚氯乙烯聲測管的應(yīng)用研究

張明文，齊昌廣

（寧波大學(xué) 土木與環(huán)境工程學(xué)院，浙江 寧波315211）

基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的樁基常設(shè)計(jì)為灌注樁，隨著超高層建筑和大跨徑橋型結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，對基礎(chǔ)的要求越來越高，灌注樁也越來越長，大型橋梁灌注樁百米長度已常見，為保證結(jié)構(gòu)的長久安全，樁基的質(zhì)量顯得尤為重要。目前行業(yè)內(nèi)常用超聲波方法來對樁身質(zhì)量進(jìn)行檢測，該檢測技術(shù)需要在灌注樁施工時(shí)預(yù)埋多個(gè)與樁體等長的管道，形成超聲波檢測孔道，由于聲測管在混凝土中埋置較深、壓力較大，所以一般采用金屬管作為聲測管的管身材料。我國年用樁數(shù)量逾千萬根，每根樁內(nèi)需安裝2 根以上與樁同長的超聲波檢測管（以下簡稱“聲測管”）。為響應(yīng)國家節(jié)能減排的號(hào)召，降低對鋼材的依賴，本文基于樁基超聲波檢測的特點(diǎn)，嘗試采用新型高強(qiáng)鋼塑管材替代鋼管，從施工便利性、經(jīng)濟(jì)性和能耗上進(jìn)行應(yīng)用研究。

1 混凝土灌注樁聲測管現(xiàn)狀

1.1 超聲波檢測原理

橋梁樁基成樁檢測領(lǐng)域的超聲波檢測是借助超聲波在介質(zhì)中傳播質(zhì)點(diǎn)的彈性振動(dòng)規(guī)律及測試儀器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化，如發(fā)射探頭將脈沖能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械振動(dòng)能量，再由接收探頭將機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)化為電磁振動(dòng)能量，發(fā)射的超聲波在經(jīng)過介質(zhì)水的作用下，會(huì)顯示到檢測儀中，由相關(guān)人員完成對曲線數(shù)據(jù)的研究與分析過程[1]。JGJ/T 93—95《基樁低應(yīng)變檢測動(dòng)力規(guī)程》和JGJ 106—2014《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》中都有對聲波透射法檢測的要求：聲波透射法適用于檢測樁徑＞0.6 m的混凝土的完整性。

聲波波形能直觀反映某測點(diǎn)混凝土是否有缺陷。若樁基混凝土是均質(zhì)的，波形曲線形態(tài)呈現(xiàn)出圓滑兩頭小、中間大、同頻率，主頻峰值突出等特征[2]；若聲波經(jīng)過缺陷，波形就會(huì)明顯變化，當(dāng)缺陷特別嚴(yán)重時(shí)表現(xiàn)在波形上為聲幅很低、首波不易確認(rèn)、頻率變小且同一波形中有不同頻率成分，比較容易直接判斷。

1.2 聲測管的發(fā)展及現(xiàn)狀

最早的聲測管主要是用壁厚為3.5、3.0 mm 的鋼管，其接頭是在工地安裝、現(xiàn)場焊接；因鋼材成本較高，施工操作不方便，壁厚2.0 mm 以下的薄壁聲測管開始廣泛應(yīng)用，但由于聲測管壁厚降低導(dǎo)致管體環(huán)剛度、耐撞變形等性能降低，其引起的質(zhì)量問題始終未能得到徹底解決，堵管率較難控制[3]。

2 高強(qiáng)聚氯乙烯聲測管

用高強(qiáng)度聚氯乙烯厚壁管材來替代薄壁鋼管。管體采用添加了增韌成分的特殊高分子材料進(jìn)行增韌改性[4～5]，具有強(qiáng)度高、韌性及回彈性好，受外力撞擊不易破裂等特點(diǎn)[6]；外力消除后，管體能快速恢復(fù)原狀，保持內(nèi)部管路通暢、不發(fā)生堵管。由該管體材料結(jié)合特殊螺紋密封接頭結(jié)構(gòu)組成高強(qiáng)聚氯乙烯聲測管，接頭兩端均可插入管節(jié)的螺紋接頭，接頭內(nèi)裝O形橡膠密封圈，通過旋緊實(shí)現(xiàn)管節(jié)的連接；同時(shí)橡膠材質(zhì)的密封圈在受擠壓后變形貼服在管材之間，起到雙重密封作用。見圖1。

圖1 新型高強(qiáng)聚氯乙烯聲測管

高強(qiáng)度聚氯乙烯管材以2.5、3.0、3.5 mm 壁厚為主，達(dá)到了最早期鋼管的壁厚，但質(zhì)量卻遠(yuǎn)小于鋼管；不僅可以滿足JT/T 705—2007《混凝土灌注樁用鋼薄壁聲測管及使用要求》對連接接頭、管體相關(guān)性能要求，同時(shí)操作更輕便快捷。

3 工程試樁應(yīng)用

3.1 聲測管關(guān)鍵性能檢測指標(biāo)

關(guān)鍵性能指標(biāo)主要包括聲測管的密封性和接頭的可靠性[7]。見表1。

表1 高強(qiáng)度聚氯乙烯聲測管性能指標(biāo)及檢測結(jié)果

3.2 工程試樁應(yīng)用對比

將常規(guī)1.8 mm 壁厚的薄壁鋼質(zhì)聲測管和3.0 mm的高強(qiáng)度聚氯乙烯聲測管進(jìn)行工程試樁對比試驗(yàn)，選取樁長≥70 m、樁徑＞1.2 m，需要埋置3 根聲測管的灌注樁。在樁內(nèi)同時(shí)埋置薄壁聲測管和高強(qiáng)度聚氯乙烯聲測管各3 根，采用同樣的施工方法完成灌注樁的混凝土澆筑和養(yǎng)護(hù)后，進(jìn)行超聲波檢測。

對比試驗(yàn)一共進(jìn)行2 組，分別在不同的項(xiàng)目上進(jìn)行：項(xiàng)目1 所選的灌注樁長為79.7 m，項(xiàng)目2 的灌注樁長為77.1 m。對聲波波形圖中的聲幅、聲速進(jìn)行分析對比：高強(qiáng)度聚氯乙烯聲測管在聲幅、聲速表現(xiàn)上受到干擾相比鋼薄壁聲測管更小，對樁體質(zhì)量的反映更優(yōu)，完全可以滿足灌注樁超聲波檢測要求。見圖2 和圖3。

圖2 項(xiàng)目1聲測管波形

圖3 項(xiàng)目2聲測管波形

高強(qiáng)度聚氯乙烯聲測管不僅能完全滿足灌注樁樁身質(zhì)量的超聲波檢測要求，還具有聲波透射性能更優(yōu)的特點(diǎn)；此外，還對多種聲測管在密封性、操作便利性、經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了對比。見表2。

對鋼質(zhì)聲測管與高強(qiáng)度聚氯乙烯聲測進(jìn)行了能耗對比，我國目前每煉1 t 鋼的能耗約為1.3 t 標(biāo)準(zhǔn)煤。1 t 鋼材可制造302.4 m 長壁厚3.0 mm 的聲測管（挖礦的成本不計(jì)入）；長1 m、壁厚為3.0 mm 鋼管的能耗為4.299 kg 標(biāo)準(zhǔn)煤。長1 m、壁厚為3.0 mm 的高強(qiáng)度聚氯乙烯管能耗為1.082 kg標(biāo)準(zhǔn)煤。同壁厚鋼質(zhì)聲測管的能耗是高強(qiáng)度聚氯乙烯管能耗的3.97 倍。高強(qiáng)度聚氯乙烯聲測管替代金屬聲測管，在能源、環(huán)保上更具優(yōu)勢。

4 結(jié)語

新型高強(qiáng)度聚氯乙烯聲測管在混凝土灌注樁的超聲波檢測中具有以下優(yōu)勢：

1）添加增強(qiáng)增韌成分的特殊高分子材料改性后，強(qiáng)度高、韌性及回彈性好，受外力撞擊不易破裂；

2）由于管體、接頭等部件主材均為高強(qiáng)聚氯乙烯，質(zhì)量輕，施工中的搬運(yùn)、切割方便；同時(shí)螺紋接頭可手動(dòng)安裝操作，極大程度簡化接頭連接，節(jié)約操作時(shí)間的同時(shí)降低安裝的難度和勞動(dòng)強(qiáng)度；

3）高強(qiáng)度聚氯乙烯聲測管的各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求，超聲波透射性能優(yōu)于常規(guī)鋼質(zhì)聲測管。

此外，該產(chǎn)品的推廣使用可減少鋼材的使用，符合當(dāng)前國家節(jié)能環(huán)保的產(chǎn)業(yè)政策。