電阻率檢測混凝土灌注樁質(zhì)量情況的可行性

關(guān)海照

摘 要：檢測混凝土灌注樁澆筑過程中的質(zhì)量問題時(shí)，超聲波檢測法應(yīng)用最為普遍。但是超聲波檢測法為事后檢測，補(bǔ)救措施有延遲性，且檢測方法復(fù)雜費(fèi)時(shí)，增加人力和經(jīng)濟(jì)成本。電阻率法屬于新興的檢測方法，與超聲波脈沖法都是無損檢測方法，運(yùn)用高效方便，克服前者的弊端，將事后檢測改進(jìn)為事中同步檢測控制。

關(guān)鍵詞：超聲波脈沖檢測法；電阻率法；對比；事中控制

中圖分類號：TV5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）26-0090-02

當(dāng)代土木工程建設(shè)中，混凝土灌注樁因其承載力大且造價(jià)便宜而被廣泛應(yīng)用。典型的有泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁能適應(yīng)不同地質(zhì)條件，成樁速度迅速，成為眾施工單位常應(yīng)用的一種混凝土灌注樁。但在施工隊(duì)伍素質(zhì)欠佳、施工環(huán)境的隱蔽性、工地施工條件差、臨時(shí)性突發(fā)狀況等諸多原因下，實(shí)際澆筑過程中，在所難免存在下列質(zhì)量缺陷：

采用泥漿護(hù)壁的方式平衡壓力時(shí)，常出現(xiàn)樁孔內(nèi)泥漿不均勻或濃度過高；而在孔底直徑較大、較完整的土塊和含砂率高、膠體率差的泥漿都會沉降下來，造成沉渣過厚，可能導(dǎo)致灌注混凝土樁身夾泥或斷樁等問題。清孔時(shí)，泥漿重度有偏差，混凝土樁身可能會上浮沉渣，中斷混凝土的澆筑。在安置導(dǎo)管下料的過程中，有時(shí)樁尖附近泥土和泥漿受壓被壓入導(dǎo)管中，積于樁尖部分，造成混凝土和樁尖泥土難以直接接觸，發(fā)生樁尖虛脫的現(xiàn)象。

灌注樁施工到地面時(shí)，灌注樁身中摻雜泥漿雜質(zhì)的混凝土混合層與滿足質(zhì)量要求的混凝土之間難以準(zhǔn)確判斷，樁基施工為保證樁頭質(zhì)量通常高出樁頂標(biāo)高，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)超灌部分高度。

針對上述問題，應(yīng)用最廣泛的是超聲波脈沖檢測法，在鉆孔內(nèi)提前布置超聲波透射聲測管，當(dāng)混凝土灌注樁澆筑完成并達(dá)到齡期后，由超聲脈沖發(fā)射裝置在樁身中發(fā)出高頻彈性脈沖波，再由精度極高的接收裝置記下脈沖波在樁身內(nèi)傳播過程中的波動特征。當(dāng)樁身中出現(xiàn)缺陷，波達(dá)到缺陷界面時(shí)，會同時(shí)發(fā)生散射與繞射。根據(jù)波的開始到達(dá)時(shí)間和能量衰減特征、頻率變化和波形畸變程度等，可以獲得混凝土的密實(shí)度參數(shù)。測試及記載下特定區(qū)域的脈沖波動特征，分析辨識得到混凝土存在的缺陷的性質(zhì)、大小和空間具體方位。

現(xiàn)在可以通過智能在線監(jiān)測流態(tài)混凝土是否連續(xù)澆筑上升來判斷澆筑質(zhì)量，即在樁身中按一定規(guī)律安置傳感器，測量出混凝土特定位置上的電阻率，分析數(shù)據(jù)找出介電常數(shù)變化規(guī)律，得到大致的介電常數(shù)區(qū)間，據(jù)此判定質(zhì)量情況。該法和超聲波脈沖法對比有以下區(qū)別：

超聲波傳播速度與混凝土的彈性性質(zhì)有關(guān)，粗骨料數(shù)目、種類及顆粒構(gòu)成對傳播速度有明顯影響。通常來講，混凝土彈性模量越大，內(nèi)部越致密，超聲波聲速也就越大，相對應(yīng)，強(qiáng)度也越大。但是混凝土抗壓能力在30～40MPa范圍內(nèi)聲速值較離散，混凝土測強(qiáng)度誤差也較偏離，精度較低。而且，如果要求測試面為兩個測試數(shù)據(jù)耦合條件相對的面且鋼筋影響較顯著，還要考慮混凝土配合比的影響。通過超聲波檢測發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題后，通常鉆孔取芯來驗(yàn)證。鉆孔時(shí)，需連續(xù)對鉆機(jī)主軸進(jìn)行垂直校正，防止鉆機(jī)斜鉆入樁壁以外。如經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)所取的樁段樣本有質(zhì)量問題，就要采取高壓旋噴清洗注漿方法補(bǔ)強(qiáng)處理缺陷樁段。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)，在固結(jié)時(shí)間相同的條件下，混凝土試樣的強(qiáng)度等級越高，電阻率越大。電阻率-強(qiáng)度散點(diǎn)圖顯示：電阻率與混凝土強(qiáng)度的相關(guān)性較明顯，較超聲波來說，數(shù)據(jù)離散性小很多。實(shí)際上，混凝土強(qiáng)度的增長、電阻率的增長都和混凝土的孔隙率有關(guān)。混凝土水化時(shí)，其孔隙率為電阻率的主要影響因素。混凝土水化過程中，水化產(chǎn)物不斷增多，混凝土的液相離子濃度和孔隙率連續(xù)發(fā)生變化，而電阻率是時(shí)刻受液相離子濃度影響的，液相離子濃度越小，電阻率就越大，同時(shí)，孔隙率越小，電阻率就越大。綜上，電阻率是可以作為表征混凝土強(qiáng)度的參數(shù)。同理，我們也可以根據(jù)其導(dǎo)電機(jī)制，測定孔底沉渣的厚度，監(jiān)測混凝土樁身中的缺陷以及判斷出混凝土和泥漿界面層的準(zhǔn)確位置。

孔底沉積的泥漿一般不均勻，包含大量土塊，含砂率大，膠體率低，密度高，這與頂層顆粒懸浮狀況良好的泥漿存在顯著的電特性差異，頂層均勻的泥漿電阻率是一條直線，經(jīng)過沉渣界面時(shí)電場會發(fā)生突變，電阻率也隨之改變，找到曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)就能判斷出沉渣的厚度。

為了驗(yàn)證電阻率可以監(jiān)測混凝土樁身質(zhì)量，我們設(shè)計(jì)了不同配比的混凝土、水泥漿、砂漿、摻泥砂漿、摻泥混凝土，利用電阻率儀測定上述配比的原料在不同時(shí)間的電阻率，每隔1min記錄一次數(shù)據(jù)，繪制得到連續(xù)1h的電阻率變化曲線（即ρ-t曲線）。

將多組曲線比較分析，得到如下結(jié)論：

（1）全部配比的混凝土電阻率隨時(shí)間曲線有相同的變化規(guī)律，即電阻率迅速下降到最低點(diǎn)，然后電阻率變化曲線符合先快后慢的上升特征。

（2）水灰比相同的條件下，混凝土中骨料用量越多，電阻率變化曲線就越陡，斜率也越大。因?yàn)樵谒缙?，試樣的?dǎo)電性能由液相的導(dǎo)電性能決定，由于骨料是絕緣體，固相體積越大，水泥中可溶離子K+，Ca2+，Na+，OH-和SO42-在含溶液的孔中傳輸能力就越弱，電阻率也就越大。

（3）骨料配比相同，凝膠材料配比也相同的條件下，水灰比越小，電阻率就越高，斜率也越大?；炷恋乃冶刃。沟靡合嗫臻g相對較少，初始孔隙率小。進(jìn)而水化反應(yīng)發(fā)生，混凝土逐漸變致密，孔隙率逐漸變小，由液相填充的導(dǎo)電空間也在變小，因此，電阻率一直增長且高于水灰比大的試樣。同時(shí)，混凝土單位體積內(nèi)水泥百分比高，單位時(shí)間內(nèi)孔隙率就有顯著的變化，因此電阻率變化曲線呈現(xiàn)出較高斜率。

因此，不同配比的混凝土電阻率變化曲線有較為明顯的區(qū)分度，用作電阻率變化曲線的方法來實(shí)時(shí)監(jiān)測混凝土的水化情況，并判斷混凝土灌注樁內(nèi)部質(zhì)料是否發(fā)生變化具有可行性。

超聲波脈沖檢測法在樁基混凝土澆筑完成后才能實(shí)施，即事后控制手段，無法做到樁身質(zhì)量同步檢測，發(fā)現(xiàn)問題之后往往錯過最佳補(bǔ)救時(shí)間，處理樁身已經(jīng)存在的缺陷不僅提高施工成本，甚至可能帶來灌注樁質(zhì)量安全隱患，造成經(jīng)濟(jì)和人力的雙重?fù)p耗。而利用電阻率監(jiān)測，就可以做到實(shí)時(shí)在線確定樁身內(nèi)部的質(zhì)量情況，即事中同步控制方法，如果發(fā)生質(zhì)量缺陷，監(jiān)測系統(tǒng)能夠及時(shí)判斷出來，然后制定補(bǔ)救方案，將安全隱患快速高效地控制住。endprint

現(xiàn)在南京檢測行業(yè)中，有一種傘形的JJC-1E型灌注樁成孔質(zhì)量檢測系統(tǒng)，使用電阻率檢測法，于泥漿中由特定設(shè)備激發(fā)一個不受泥土干擾的交變電場，測量該情況下泥漿的電阻率，由電阻率是否為恒定值判斷泥漿是否均勻；并在特定深度上取測點(diǎn)測量電阻率，依據(jù)這些測點(diǎn)繪出電阻率曲線，確定轉(zhuǎn)折點(diǎn)判斷出沉渣的厚度。雖然，該系統(tǒng)存在不足之處，比如不能檢測沒有泥漿護(hù)壁的干孔鉆孔灌注樁孔底沉渣的厚度；檢測時(shí)候，井口滑輪架安置費(fèi)時(shí)費(fèi)力；測量探頭容易接觸到鋼筋籠，導(dǎo)致測量有很大的誤差，甚至探頭被鋼筋籠卡住，無法取出。

我們分析借鑒JJC-1E型檢測系統(tǒng)的原理，進(jìn)行改進(jìn)處理。照實(shí)際情況拌和不同配比的材料模擬澆筑過程，利用電阻率測量儀測量各類介質(zhì)的電阻率，分析數(shù)據(jù)找出介電常數(shù)變化規(guī)律，得到大致的介電常數(shù)區(qū)間。通過大量實(shí)驗(yàn)，對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)優(yōu)化分析，便可以判斷水泥漿，砂漿，粘土，帶骨料混凝土和不帶骨料混凝土的介電常數(shù)模糊區(qū)間，再將數(shù)據(jù)放大或模糊化處理，將模糊區(qū)間精確化，得到相對準(zhǔn)確的判斷區(qū)間，據(jù)此以提高傳感器的敏感性。同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)反復(fù)研制模擬裝置（含傳感器）的布置問題，合理安排檢測裝置上的傳感器位置，考慮其數(shù)量、形式及方向和鋼筋籠的影響等因素優(yōu)化測量裝置敏感性、穩(wěn)定性和可靠性。按照上述原理優(yōu)化的檢測系統(tǒng)，將提前控制住灌注樁質(zhì)量缺陷，節(jié)約施工成本，提高施工效率，在指導(dǎo)混凝土灌注樁施工中有著重大意義。

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