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預(yù)埋多個與樁體等長的管道，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)能減排的號召，降低對鋼材的依賴，本文基于樁基超聲波檢測的特點，嘗試采用新型高強鋼塑管材替代鋼管，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)點的彈性振動規(guī)律及測試儀器產(chǎn)生的脈沖信號，實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化，如發(fā)射探頭將脈沖能量轉(zhuǎn)化為機械振動能量，再由接收探頭將機械振動轉(zhuǎn)化為電磁振動能量，發(fā)射的超聲波在經(jīng)過介質(zhì)水的作用下，會顯示到檢測儀中，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，波形就會明顯變化，當(dāng)缺陷特別嚴(yán)重時表現(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 高強聚氯乙烯聲測管

用高強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]，具有強度高、韌性及回彈性好，受外力撞擊不易破裂等特點[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，通過旋緊實現(xiàn)管節(jié)的連接；同時橡膠材質(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 新型高強聚氯乙烯聲測管

高強度聚氯乙烯管材以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的高強度聚氯乙烯聲測管進(jìn)行工程試樁對比試驗，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)同時埋置薄壁聲測管和高強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。

對比試驗一共進(jìn)行2 組，分別在不同的項目上進(jìn)行：項目1 所選的灌注樁長為79.7 m，項目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 項目1聲測管波形

圖3 項目2聲測管波形

高強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；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度聚氯乙烯管能耗的3.97 倍。高強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）添加增強增韌成分的特殊高分子材料改性后，強度高、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聚氯乙烯，質(zhì)量輕，施工中的搬運、切割方便；同時螺紋接頭可手動安裝操作，極大程度簡化接頭連接，節(jié)約操作時間的同時降低安裝的難度和勞動強度；

3）高強度聚氯乙烯聲測管的各項性能指標(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。