沖擊回波法在灌漿密實度檢測中的應(yīng)用

蘭彬安

（上海市徐匯區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，上海 200233）

0 引言

目前，國內(nèi)的鋼筋灌漿普遍采用套管，但套管內(nèi)注漿密實度對整個結(jié)構(gòu)的安全和使用壽命有很大影響[1]。灌漿材料不密實，套筒、鋼筋、灌漿材料之間的黏結(jié)性和受力傳遞等問題都會嚴重影響鋼筋節(jié)點的銜接，使其整體性能難以達到現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的要求，存在很大的安全隱患。在強風、地震等水平載荷作用下，節(jié)點容易出現(xiàn)斷裂，造成剪力墻、柱、梁等結(jié)構(gòu)構(gòu)件的松動和坍塌。所以，探討一種檢測套管接頭灌漿密實度的有效途徑是十分必要的。

1 灌漿接頭檢測研究現(xiàn)狀

灌漿套管接頭的機械性能測試已有相當多的研究，但目前所檢測的試件大多為理想狀況試件，即試件為全灌漿、預(yù)埋鋼筋就位的試件。由于存在許多未充分注漿或注漿未到位的節(jié)點，因此在實際工程中，這種理想狀態(tài)試件無法全面反映套管接頭的真實狀況[2]。由于目前只局限于軸向抗拉、抗壓試驗，還不清楚套管在不同灌漿狀態(tài)下受力的力學性質(zhì)，因此在水平荷載如地震、風荷作用下的力學性質(zhì)有待進一步研究。

目前，灌漿接頭的缺陷檢測方法主要有超聲探測法、內(nèi)埋式感應(yīng)法、雷達法、預(yù)埋件傳感法等。各類套管接頭的缺陷檢測方法及其力學性能均與試驗研究密切相關(guān)[3]，目前仍處在摸索階段，研究尚不成熟，相關(guān)設(shè)備缺乏針對性，未形成統(tǒng)一標準，且相關(guān)檢測方法有一定的局限性。超聲探測法隨著鋼管套管的厚度增大，探測難度也隨之增大，當缺陷過大時，僅能對其進行定性的分析。內(nèi)埋式感應(yīng)法受套管內(nèi)部尺寸、設(shè)備昂貴等因素的制約，僅能對套管灌漿中的回流問題進行定性分析，無法量化分析。雷達法不適合于厘米級直徑的鋼套，同時由于設(shè)備昂貴，無法大規(guī)模推廣。預(yù)埋件傳感法須事先確定探測點，且僅能探測到預(yù)埋件中的缺陷，無法開展大規(guī)模、不確定因素的探測。

2 沖擊回波法

沖擊回波法是一種用于檢測灌漿套管接頭的緊固性方法，主要應(yīng)用在橋梁、管涵、隧道等市政工程中，有以下2種常用的方法。

第1類方法為沖擊回波等效波速法。受激彈性波穿過缺陷區(qū)域時，彈性波在缺陷部位產(chǎn)生反射，其反射時間大于灌漿區(qū)，等效波速按IEEV法理論計算。IEEV法是一種很好的解決方案，包括以下2個方面：①在有注漿缺陷的情況下，彈性波線（或部分彈性波線）的傳播距離會增大，傳播時間會延長；② 可對彈性波變化作出靈敏反應(yīng)。大量試驗表明，即使注漿缺陷是局部的，或不在缺陷的正上方，也可以采用這種方法。這種方法精度高，但速度慢，如邊界條件較復(fù)雜（如在壁板的邊緣等）[4]，會嚴重影響測試的準確性。

第2種方法為沖擊回波諧振補償方法。在結(jié)構(gòu)激發(fā)信號的半波長附近，會出現(xiàn)缺陷反射和自由振動的諧振，這使得半波長的自由振動在缺陷的埋入深度附近諧振位移。

這2種方法采用了同樣的資料和光譜分析，但對云圖的解讀不同。等效波速法適用于低壁厚、底面有顯著反光的場合；諧振補償法更適用于較大的壁厚和較低的底部反射。本文所使用的試樣均為固定于空中的單體灌漿套管，未預(yù)先埋入混凝土構(gòu)件，且未受其他介質(zhì)影響，實驗環(huán)境較為理想。由于灌漿套管的厚度大、套管直徑小，影響波形圖象識別的因素較多，須對其改進。

2.1 試驗原理

利用沖擊回波技術(shù)，根據(jù)側(cè)向激勵和受力情況，檢測灌漿過程中的缺陷部位及大小[5]。按套管長度將測點間距設(shè)定為20～50 mm，每根套管設(shè)置3個測點，每根套管測試兩段數(shù)據(jù)分析套管密實度，激發(fā)位置與感測器之間的間隔為20～50mm，由下往上進行測試，如圖1所示。

2.2 試驗方法

對現(xiàn)場進行仿真實驗，分別制作密實度為30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%和100%的灌漿套筒，每種密實度制作5個套筒接頭。利用四川升拓檢測科技有限公司研制的沖擊回波無損檢測裝置，檢測灌漿套管接頭密實度，套筒接頭參數(shù)見表1。試驗結(jié)束后，將試件置于沖擊回波測試中，利用相應(yīng)的探測手段獲取波形，并依據(jù)波形與缺陷之間的對應(yīng)關(guān)系，判斷灌漿缺陷。每根套管采用沖擊回波法檢測，之后剖開2個接頭驗證。

表1 套筒接頭參數(shù)（Tab.1 Parameters of sleeve joint）

2.3 試驗結(jié)果與分析

2.3.1 試驗數(shù)據(jù)

首先，采用沖擊回波法檢測灌漿套筒接頭的密實度，采用輔助線長度比例法判斷套筒灌漿密實度。實際30%密實度的1、2和3號灌漿套筒的密實度檢測值分別為32.4%、23.9%和33.3%。

然后，采用同樣的方式，獲得不同密實度的波形。為了檢驗沖擊回聲識別的密實度與真實密實度的一致性，采用沖擊回波法檢驗已測試出的密實度。密實度對照表見表2。

表2 密實度對照表（Tab.2Compactness control）

該試驗對5個不同密度的套管進行灌漿后的充填密實性檢驗，并分別對2個套管進行劈裂檢驗，以確定其真實密度。通過數(shù)據(jù)分析可知，注漿套管接縫精度在30%～80%之間的配合比誤差小于5%，在90%～100%之間的配合比誤差小于10%。

2.3.2 討論與分析

在輔助線附近產(chǎn)生的波形圖像最先返回，因為密度越高，沖擊波返回的速度越快，所以輔助線或附近的圖像為套管接頭內(nèi)部密度較大部分的反射圖像。灌漿料的密實度取決于輔助線上或周邊圖像所占輔助線長度的比例。在判別圖像時，由于套筒內(nèi)壁附著有凸起或雜質(zhì)，沖擊波噪聲較大，當沖擊波能量較大時，套筒端部會產(chǎn)生邊界效應(yīng)，因此需識別并排除。通過對比驗證和分析可知，在密實度小于60%的情況下，沖擊回波法測得的密實度高于實際值。

（1） 切開套筒觀察，密實度小于60%的灌漿套筒在未壓實處有一定數(shù)量的灌漿料，這是因為套筒內(nèi)壁容易粘附灌漿料。灌漿料較少時，重力作用??；灌漿料較多時，受沖擊波作用后回波圖像較多，壓實值越高，讀數(shù)越高。

（2）當密實度小于60%時，套筒內(nèi)空隙較大，激波反射越來越雜，在套筒壁上來回震蕩，干擾圖像成像，使圖像判讀精度高于實際值。由上述試驗與論證可知，當灌漿密實度小于60%時，應(yīng)設(shè)置修正量以減小誤差，使讀數(shù)結(jié)果更接近實際值。通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，當=5.0%時，測試結(jié)果與實際情況最接近。因此，設(shè)置修正量，沖擊回波圖像初始值由修正量減去，可得：當密實度大于60%時，由于重力作用，筒壁上的灌漿速度較快，粘附在筒壁上的漿料減少，產(chǎn)生的雜波也會減少，使圖像更接近實際值。綜上可得，當套筒密度大于60%時，可采用沖擊回波法估算實際灌漿密度；對于灌漿密度為60%～100%的套管接頭，采用沖擊回波法估算灌漿密度與實際灌漿密度相差低于5%。

3 結(jié)語

為研究一種能通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)，對灌漿套管中的注漿體密度缺陷進行定性和定量分析的方法，本文利用沖擊回波方法檢測套管接頭的密實度，并和實測密實度進行對比，得出以下結(jié)論。

（1）沖擊回聲輔助線長比法是檢驗中心位置鋼筋單套筒接頭灌漿密實度的一種實用方法。

（2） 灌漿密實度小于或等于50%時，采用沖擊回波輔助線長比確定的密實度作為灌漿密實度估算；灌漿密實度大于50%時，采用沖擊回波法直接確定灌漿密實度。因此，采用沖擊回波法測試灌漿套管接頭密實度，具有較高的精度。

（3）沖擊回波法的密實度檢測技術(shù)在工程實踐中有很好的應(yīng)用價值，可作為控制灌漿工程質(zhì)量的一種方式。但在實際應(yīng)用中存在許多問題，如現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)往往存在多排孔洞，因此該方法僅能有效檢測和評價離試驗面最近的孔洞[6]。