淺議PVC管對(duì)聲波透射法測(cè)樁身完整性的影響

張平川

（四川省建筑科學(xué)研究院）

淺議PVC管對(duì)聲波透射法測(cè)樁身完整性的影響

張平川

（四川省建筑科學(xué)研究院）

建筑行業(yè)的飛速發(fā)展，人們對(duì)建筑工程的質(zhì)量要求越來(lái)越高，各種檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用到建筑質(zhì)量檢測(cè)上，對(duì)建筑樁身進(jìn)行檢測(cè)是十分重要的，聲波透射法是近年來(lái)采用最多的檢測(cè)方法，該方法受聲測(cè)管材質(zhì)的影響較大，本文通過(guò)對(duì)PVC管對(duì)聲波透射法測(cè)樁身完整性的影響進(jìn)行分析，來(lái)證明PVC管不適用于聲波透射法檢測(cè)樁身完整性。

PVC管；聲波透射法；樁身完整性

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，建筑行業(yè)得到了快速成長(zhǎng)，建筑工地遍地開(kāi)花。在各工程的實(shí)際施工中，樁基礎(chǔ)是應(yīng)用較多的一種基礎(chǔ)形式，為了確保樁身的完整性及其質(zhì)量，需要在成樁后，對(duì)其進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)。聲波透射法以其儀器輕便、抗干擾能力強(qiáng)、觀測(cè)準(zhǔn)確度高、結(jié)果直觀可靠，還可以在樁身中上下移動(dòng)測(cè)試，詳細(xì)查明樁內(nèi)部缺陷的深度位置、范圍大小、嚴(yán)重程度等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種工程樁的檢測(cè)工作當(dāng)中。在實(shí)際工作中，施工方一般會(huì)選用鋼管或PVC管作為聲測(cè)管，但在檢測(cè)工作中PVC管會(huì)對(duì)聲波透射法檢測(cè)有不良影響?；诖它c(diǎn)，本文首先對(duì)聲波透射法檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行概述，并在此基礎(chǔ)上對(duì)PVC管對(duì)聲波透射法檢測(cè)的影響進(jìn)行探討。

1　聲波透射法檢測(cè)技術(shù)概述

1.1概述

超聲波（簡(jiǎn)稱(chēng)聲波）透射法測(cè)試是彈性波測(cè)試方法的一種，其理論基礎(chǔ)建立在固體介質(zhì)中彈性波的傳播理論上，即用一發(fā)射換能器重復(fù)發(fā)射超聲脈沖波，讓超聲波在所檢測(cè)的樁身混凝土中傳播，然后由接收換能器接收。超聲波經(jīng)混凝土中傳播后，它將攜帶有關(guān)混凝土材料性能、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其組成的信息，準(zhǔn)確測(cè)定這些參數(shù)的大小及變化，可以推斷混凝土性能、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其組成情況，即可對(duì)樁身缺陷和完整性進(jìn)行判別及分析[1]。

1.2檢測(cè)原理

聲波在樁身混凝土中的傳播特性反映了混凝土材料的結(jié)構(gòu)、密度及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。根據(jù)波動(dòng)理論，聲波透射檢測(cè)時(shí)，其彈性波的波速近似為：

式中：VP-縱波波速；E-介質(zhì)的動(dòng)態(tài)彈性模量；ρ-密度；σ-泊松比。

聲波在樁體混凝土中的傳播參數(shù)（聲時(shí)、聲速、波幅、頻率等）與混凝土介質(zhì)的物理力學(xué)指標(biāo)（動(dòng)彈模、密度、強(qiáng)度等）之間的相聯(lián)關(guān)系就是聲波透射法檢測(cè)的理論依據(jù)[2]。

當(dāng)混凝土的組成材料，工藝條件，均質(zhì)性以及測(cè)試距離都一定時(shí)，超聲波在其中傳播的速度，首波的幅度和接收信號(hào)的頻率等聲學(xué)參數(shù)的測(cè)量值應(yīng)該基本一致。如果混凝土中局部存在離析、夾泥、斷裂、空洞和不密實(shí)現(xiàn)象等缺陷時(shí)，則在缺陷處聲阻抗率減小，波傳播速度減低，還會(huì)產(chǎn)生波的反向和繞射，與正?；炷料啾容^，就出現(xiàn)聲時(shí)偏長(zhǎng)，波幅和頻率降低等異常現(xiàn)象。根據(jù)此類(lèi)異常的大小、形態(tài)，結(jié)合工程地質(zhì)條件就能綜合判定混凝土中缺陷的性質(zhì)、位置、范圍大小及嚴(yán)重程度[3]。

2　聲測(cè)管材料的選用對(duì)聲波透射法檢測(cè)的影響

2.1聲測(cè)管材料的選擇

聲測(cè)管材料對(duì)聲波透射法檢測(cè)的精度有極大的影響，聲波透射法測(cè)樁的時(shí)候，測(cè)試系統(tǒng)和混凝土發(fā)生的聲波是通過(guò)聲測(cè)管來(lái)傳播的，為提高檢測(cè)樁身的完整性，聲波透射法對(duì)聲測(cè)管材料的要求較高，聲測(cè)管除了需要具備較強(qiáng)的強(qiáng)度和剛度外，還需要具有較大的透聲率，透聲率的大小影響著換能器所發(fā)出的聲波能否更好的傳入到需要被檢測(cè)的混凝土中，同時(shí)影響著接收換能器接受的聲波量，對(duì)測(cè)試精度有著非常大的影響[4]。

現(xiàn)階段的聲波透射法檢測(cè)中，一般常用的聲測(cè)管主要有兩種：鋼管、PVC塑料管。它們所使用材料差異很大：鋼材及PVC塑料。雖然這兩種聲測(cè)管都具備了足夠的剛度和強(qiáng)度，在混凝土灌注過(guò)程中，管材本身都不會(huì)發(fā)生變形和破損，并且還具有足夠大的透射率。其中，鋼管具有安裝方便、剛度大等優(yōu)點(diǎn)，并且在埋入樁身之后能夠基本保持良好的平行度和平直度，其在大直徑灌注樁的檢測(cè)中應(yīng)用較多，其唯一的缺點(diǎn)是價(jià)格比較昂貴；而PVC管本身由于聲抗率相對(duì)較低，從而使其具備較好的聲透性，但是PVC塑料在溫度和熱量的影響下所產(chǎn)生的膨脹冷縮系數(shù)不能夠與混凝土的熱脹冷縮系數(shù)相符合，在混凝土凝固后，溫度降低，混凝土?xí)湛s，但是由于PVC管的熱脹冷縮系數(shù)與混凝土有較大的差別，無(wú)法補(bǔ)充混凝土收縮的部分，很容易造成混凝土與PVC管之間出現(xiàn)空氣夾縫，這樣就會(huì)降低聲測(cè)管中的傳送的聲波量，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的不準(zhǔn)確，甚至?xí)箿y(cè)試數(shù)據(jù)異常[5]。

2.2工程實(shí)例

貴州某工程設(shè)計(jì)有數(shù)段樁板式擋墻，其中抗滑樁成樁形式采用人工挖孔灌注樁，設(shè)計(jì)樁徑（方形）2000mm×1500mm～2500mm× 3500mm不等，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)10～30m不等，樁身設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。在澆筑之前樁內(nèi)側(cè)均以矩形布置有4根聲測(cè)管。不同的是，部分樁的聲測(cè)管采用的是PVC塑料管，而其余則使用了普通的鋼管，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)采用北京智博聯(lián)U570四通道超聲測(cè)樁儀進(jìn)行測(cè)試。在檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，使用PVC塑料管作為聲測(cè)管的樁其測(cè)試曲線(xiàn)及接收的波形在樁身中上部普遍存在異常。以GK30段1#樁（樁徑2000mm×1500mm）的檢測(cè)數(shù)據(jù)為例，容易判斷為該樁樁身結(jié)構(gòu)完整性存在嚴(yán)重缺陷，如圖1及圖2。

甚至某些測(cè)點(diǎn)處接收不到聲波的首至波，如圖3。

圖1　1#樁聲波透射測(cè)試分析曲線(xiàn)

圖2　1#樁1-2剖面4.50m處的波形圖

圖3　1#樁1-2剖面3.00m處的波形圖

而正常測(cè)點(diǎn)的波形圖如圖4所示。

圖4　1#樁1-2剖面11.00m處的波形圖

發(fā)現(xiàn)測(cè)試信號(hào)異常后，我們立即檢查儀器設(shè)備及測(cè)管內(nèi)水位變化，在排除儀器因素及測(cè)管內(nèi)所灌注的水可能帶來(lái)的影響后再次對(duì)1#樁進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果依然異常。隨即采用美國(guó)PIT樁身完整性采集儀對(duì)1#樁進(jìn)行了低應(yīng)變測(cè)試，結(jié)果顯示該樁并無(wú)明顯缺陷，低應(yīng)變測(cè)試曲線(xiàn)反映該樁樁身結(jié)構(gòu)完整，可判定為Ⅰ類(lèi)樁（見(jiàn)圖5）。

之后我們?cè)?#樁旁邊的2#樁同樣進(jìn)行了聲波透射法的檢測(cè)。2#樁和1#樁相距4m并在同一天澆筑，不同的是其埋設(shè)的聲測(cè)管為鋼管，測(cè)試結(jié)果與1#樁完全不同，聲波透射測(cè)試曲線(xiàn)反映2#樁樁身結(jié)構(gòu)完整，可判定為Ⅰ類(lèi)樁，如圖6所示。

圖5　1#樁低應(yīng)變測(cè)試分析曲線(xiàn)

圖6　2#樁聲波透射測(cè)試分析曲線(xiàn)

可見(jiàn)采用PVC管作為聲測(cè)管會(huì)導(dǎo)致對(duì)樁身完整性的誤判，對(duì)施工質(zhì)量檢測(cè)帶來(lái)很大的麻煩。

究其原因，在于鋼管的熱膨脹系數(shù)僅為混凝土的約1.2倍（鋼管的熱膨脹系數(shù)一般為1.2×10-5/℃，混凝土的熱膨脹系數(shù)因骨料種類(lèi)、含量和混凝土配合比的不同而不同，平均約1.0×10-5/℃），而PVC材料的熱膨脹系數(shù)達(dá)到了8.0×10-5/℃，為混凝土的8倍之多，這就導(dǎo)致了當(dāng)混凝土固結(jié)時(shí)，會(huì)由于溫度下降，因水化熱的溫差效應(yīng)使得塑料管發(fā)生徑向和縱向收縮變形，再加之PVC塑料外壁光滑，與混凝土粘結(jié)性差，便可能讓塑料管與混凝土之間局部開(kāi)裂分離，從而形成含空氣或水分的空隙，由此造成反射強(qiáng)烈的界面增大，導(dǎo)致對(duì)樁身完整性判斷的失誤[6]。

3　PVC管對(duì)聲波透射法測(cè)樁身完整性的影響

PVC管的熱膨脹系數(shù)無(wú)法適應(yīng)混凝土的熱脹冷縮效應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致PVC管無(wú)法與混凝土銜接的很緊密，在混凝土與PVC管銜接的地方會(huì)出現(xiàn)脫落現(xiàn)象，形成狹小的裂縫，空氣就會(huì)流通到夾縫中，空氣對(duì)聲波的傳遞有一定的阻礙作用，通過(guò)聲波透射法測(cè)檢測(cè)樁身完整性所產(chǎn)生的聲波在傳遞的時(shí)候會(huì)減慢衰退，使接收換能器所接收到的聲波信息不完整，甚至無(wú)法接收到聲波，會(huì)造成檢測(cè)樁身完整性結(jié)果出現(xiàn)誤差，影響聲波透射法測(cè)樁身完整性的精準(zhǔn)度。

因?yàn)镻VC管與混凝土的熱脹冷縮系數(shù)有很大的差異，導(dǎo)致混凝土與PVC材質(zhì)的聲測(cè)管之間出現(xiàn)夾縫，空氣進(jìn)入到夾縫中后，很難再流通出去，有的施工單位用水浸泡樁頭，企圖用水來(lái)將夾縫中的空氣給排放出去，只有將夾縫中的空氣排放完畢，才能實(shí)現(xiàn)PVC管和樁完整的銜接，提高接收的聲波信息量，接收到的聲波信號(hào)較好。這種方法在一定程度上能夠彌補(bǔ)空氣夾縫造成接收聲波出現(xiàn)誤差的現(xiàn)象，但是在很多實(shí)際操作中，夾縫中的空氣很難完全排放出去，很少能夠通過(guò)這種方法真正實(shí)現(xiàn)將空氣完全排開(kāi)來(lái)進(jìn)行聲波透射法測(cè)樁身完整性，在進(jìn)行聲波透射法測(cè)樁身完整性的時(shí)候，接收換能器接收到的聲波信息無(wú)法保證完整正確，依然會(huì)導(dǎo)致聲波透射法測(cè)樁身完整性出現(xiàn)誤差，不能夠保證檢測(cè)的準(zhǔn)確性。在采用PVC管作為聲測(cè)管的時(shí)候，不能夠保證聲波透射法測(cè)樁身完整性達(dá)到有效的效果，需要使用其他的檢測(cè)方法對(duì)樁身完整性進(jìn)行檢測(cè)，所以使用聲波透射法的時(shí)候，盡量采用符合條件的性能較好的鋼管材料作為聲測(cè)管。

4　結(jié)束語(yǔ)

在舊版的《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2003）中，并未對(duì)聲測(cè)管材料的選擇做出明確規(guī)定，但在2014年10月1日開(kāi)始實(shí)施的新版《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2014）中，對(duì)聲測(cè)管材料做出了規(guī)定：“聲測(cè)管應(yīng)有足夠的徑向剛度，聲測(cè)管材料的溫度系數(shù)應(yīng)與混凝土接近”（條文10.3.1，第2條），并且在條文說(shuō)明中明確指出不宜采用PVC管，并建議采用鋼管、鍍鋅管等管材。

綜上所述，PVC管對(duì)聲波透射法測(cè)樁身完整性有較大的消極影響，為避免檢測(cè)時(shí)造成誤判帶來(lái)的影響，在選擇聲測(cè)管材料時(shí)應(yīng)盡量避免使用PVC管，建議采用性能更可靠的鋼材聲測(cè)管。

[1]《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2003）.

[2]《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2014）.

[3]徐新軍，溫振統(tǒng)，劉遠(yuǎn)亮.預(yù)埋PVC塑料聲測(cè)管灌注樁超聲波檢測(cè)技術(shù)探討[J].廣東土木與建筑，2011，07：63～64.

[4]石雷松.聲波透射檢測(cè)樁基完整性研究與探索[J].科技風(fēng)，2012，09：50～ 56.

[5]邱麗章.聲波透射法在基樁檢測(cè)中的影響因素[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012，34：127～128.

[6]董承全，李晉平.聲波透射法樁身完整性檢測(cè)分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)定量化初探[J].鐵道建筑，2010（4）：11～14.

TU473.16

A

1673-0038（2015）17-0116-03

2015-4-12

張平川（1983-），男，助理工程師，本科，主要從事建筑基樁檢測(cè)工作。