新型高强聚氯乙烯声测管的应用研究

2024-01-06张明文齐昌广

天津建设科技 2023年6期

张明文，齐昌广

（宁波大学土木与环境工程学院，浙江宁波315211）

基础结构的桩基常设计为灌注桩，随着超高层建筑和大跨径桥型结构的出现，对基础的要求越来越高，灌注桩也越来越长，大型桥梁灌注桩百米长度已常见，为保证结构的长久安全，桩基的质量显得尤为重要。目前行业内常用超声波方法来对桩身质量进行检测，该检测技术需要在灌注桩施工时预埋多个与桩体等长的管道，形成超声波检测孔道，由于声测管在混凝土中埋置较深、压力较大，所以一般采用金属管作为声测管的管身材料。我国年用桩数量逾千万根，每根桩内需安装2 根以上与桩同长的超声波检测管（以下简称“声测管”）。为响应国家节能减排的号召，降低对钢材的依赖，本文基于桩基超声波检测的特点，尝试采用新型高强钢塑管材替代钢管，从施工便利性、经济性和能耗上进行应用研究。

1 混凝土灌注桩声测管现状

1.1 超声波检测原理

桥梁桩基成桩检测领域的超声波检测是借助超声波在介质中传播质点的弹性振动规律及测试仪器产生的脉冲信号，实现能量转化，如发射探头将脉冲能量转化为机械振动能量，再由接收探头将机械振动转化为电磁振动能量，发射的超声波在经过介质水的作用下，会显示到检测仪中，由相关人员完成对曲线数据的研究与分析过程[1]。JGJ/T 93—95《基桩低应变检测动力规程》和JGJ 106—2014《建筑基桩检测技术规范》中都有对声波透射法检测的要求：声波透射法适用于检测桩径＞0.6 m的混凝土的完整性。

声波波形能直观反映某测点混凝土是否有缺陷。若桩基混凝土是均质的，波形曲线形态呈现出圆滑两头小、中间大、同频率，主频峰值突出等特征[2]；若声波经过缺陷，波形就会明显变化，当缺陷特别严重时表现在波形上为声幅很低、首波不易确认、频率变小且同一波形中有不同频率成分，比较容易直接判断。

1.2 声测管的发展及现状

最早的声测管主要是用壁厚为3.5、3.0 mm 的钢管，其接头是在工地安装、现场焊接；因钢材成本较高，施工操作不方便，壁厚2.0 mm 以下的薄壁声测管开始广泛应用，但由于声测管壁厚降低导致管体环刚度、耐撞变形等性能降低，其引起的质量问题始终未能得到彻底解决，堵管率较难控制[3]。

2 高强聚氯乙烯声测管

用高强度聚氯乙烯厚壁管材来替代薄壁钢管。管体采用添加了增韧成分的特殊高分子材料进行增韧改性[4～5]，具有强度高、韧性及回弹性好，受外力撞击不易破裂等特点[6]；外力消除后，管体能快速恢复原状，保持内部管路通畅、不发生堵管。由该管体材料结合特殊螺纹密封接头结构组成高强聚氯乙烯声测管，接头两端均可插入管节的螺纹接头，接头内装O形橡胶密封圈，通过旋紧实现管节的连接；同时橡胶材质的密封圈在受挤压后变形贴服在管材之间，起到双重密封作用。见图1。

图1 新型高强聚氯乙烯声测管

高强度聚氯乙烯管材以2.5、3.0、3.5 mm 壁厚为主，达到了最早期钢管的壁厚，但质量却远小于钢管；不仅可以满足JT/T 705—2007《混凝土灌注桩用钢薄壁声测管及使用要求》对连接接头、管体相关性能要求，同时操作更轻便快捷。

3 工程试桩应用

3.1 声测管关键性能检测指标

关键性能指标主要包括声测管的密封性和接头的可靠性[7]。见表1。

表1 高强度聚氯乙烯声测管性能指标及检测结果

3.2 工程试桩应用对比

将常规1.8 mm 壁厚的薄壁钢质声测管和3.0 mm的高强度聚氯乙烯声测管进行工程试桩对比试验，选取桩长≥70 m、桩径＞1.2 m，需要埋置3 根声测管的灌注桩。在桩内同时埋置薄壁声测管和高强度聚氯乙烯声测管各3 根，采用同样的施工方法完成灌注桩的混凝土浇筑和养护后，进行超声波检测。

对比试验一共进行2 组，分别在不同的项目上进行：项目1 所选的灌注桩长为79.7 m，项目2 的灌注桩长为77.1 m。对声波波形图中的声幅、声速进行分析对比：高强度聚氯乙烯声测管在声幅、声速表现上受到干扰相比钢薄壁声测管更小，对桩体质量的反映更优，完全可以满足灌注桩超声波检测要求。见图2 和图3。

图2 项目1声测管波形

图3 项目2声测管波形

高强度聚氯乙烯声测管不仅能完全满足灌注桩桩身质量的超声波检测要求，还具有声波透射性能更优的特点；此外，还对多种声测管在密封性、操作便利性、经济性进行了对比。见表2。

对钢质声测管与高强度聚氯乙烯声测进行了能耗对比，我国目前每炼1 t 钢的能耗约为1.3 t 标准煤。1 t 钢材可制造302.4 m 长壁厚3.0 mm 的声测管（挖矿的成本不计入）；长1 m、壁厚为3.0 mm 钢管的能耗为4.299 kg 标准煤。长1 m、壁厚为3.0 mm 的高强度聚氯乙烯管能耗为1.082 kg标准煤。同壁厚钢质声测管的能耗是高强度聚氯乙烯管能耗的3.97 倍。高强度聚氯乙烯声测管替代金属声测管，在能源、环保上更具优势。