淺議PVC管對聲波透射法測樁身完整性的影響

張平川

（四川省建筑科學研究院）

淺議PVC管對聲波透射法測樁身完整性的影響

張平川

（四川省建筑科學研究院）

建筑行業(yè)的飛速發(fā)展，人們對建筑工程的質量要求越來越高，各種檢測技術應用到建筑質量檢測上，對建筑樁身進行檢測是十分重要的，聲波透射法是近年來采用最多的檢測方法，該方法受聲測管材質的影響較大，本文通過對PVC管對聲波透射法測樁身完整性的影響進行分析，來證明PVC管不適用于聲波透射法檢測樁身完整性。

PVC管；聲波透射法；樁身完整性

近年來，隨著我國經濟的蓬勃發(fā)展，建筑行業(yè)得到了快速成長，建筑工地遍地開花。在各工程的實際施工中，樁基礎是應用較多的一種基礎形式，為了確保樁身的完整性及其質量，需要在成樁后，對其進行相關檢測。聲波透射法以其儀器輕便、抗干擾能力強、觀測準確度高、結果直觀可靠，還可以在樁身中上下移動測試，詳細查明樁內部缺陷的深度位置、范圍大小、嚴重程度等優(yōu)點，被廣泛應用于各種工程樁的檢測工作當中。在實際工作中，施工方一般會選用鋼管或PVC管作為聲測管，但在檢測工作中PVC管會對聲波透射法檢測有不良影響。基于此點，本文首先對聲波透射法檢測技術進行概述，并在此基礎上對PVC管對聲波透射法檢測的影響進行探討。

1　聲波透射法檢測技術概述

1.1概述

超聲波（簡稱聲波）透射法測試是彈性波測試方法的一種，其理論基礎建立在固體介質中彈性波的傳播理論上，即用一發(fā)射換能器重復發(fā)射超聲脈沖波，讓超聲波在所檢測的樁身混凝土中傳播，然后由接收換能器接收。超聲波經混凝土中傳播后，它將攜帶有關混凝土材料性能、內部結構及其組成的信息，準確測定這些參數的大小及變化，可以推斷混凝土性能、內部結構及其組成情況，即可對樁身缺陷和完整性進行判別及分析[1]。

1.2檢測原理

聲波在樁身混凝土中的傳播特性反映了混凝土材料的結構、密度及應力應變關系。根據波動理論，聲波透射檢測時，其彈性波的波速近似為：

式中：VP-縱波波速；E-介質的動態(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（聲時、聲速、波幅、頻率等）與混凝土介質的物理力學指標（動彈模、密度、強度等）之間的相聯(lián)關系就是聲波透射法檢測的理論依據[2]。

當混凝土的組成材料，工藝條件，均質性以及測試距離都一定時，超聲波在其中傳播的速度，首波的幅度和接收信號的頻率等聲學參數的測量值應該基本一致。如果混凝土中局部存在離析、夾泥、斷裂、空洞和不密實現象等缺陷時，則在缺陷處聲阻抗率減小，波傳播速度減低，還會產生波的反向和繞射，與正常混凝土相比較，就出現聲時偏長，波幅和頻率降低等異常現象。根據此類異常的大小、形態(tài)，結合工程地質條件就能綜合判定混凝土中缺陷的性質、位置、范圍大小及嚴重程度[3]。

2　聲測管材料的選用對聲波透射法檢測的影響

2.1聲測管材料的選擇

聲測管材料對聲波透射法檢測的精度有極大的影響，聲波透射法測樁的時候，測試系統(tǒng)和混凝土發(fā)生的聲波是通過聲測管來傳播的，為提高檢測樁身的完整性，聲波透射法對聲測管材料的要求較高，聲測管除了需要具備較強的強度和剛度外，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的混凝土中，同時影響著接收換能器接受的聲波量，對測試精度有著非常大的影響[4]。

現階段的聲波透射法檢測中，一般常用的聲測管主要有兩種：鋼管、PVC塑料管。它們所使用材料差異很大：鋼材及PVC塑料。雖然這兩種聲測管都具備了足夠的剛度和強度，在混凝土灌注過程中，管材本身都不會發(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，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中應用較多，其唯一的缺點是價格比較昂貴；而PVC管本身由于聲抗率相對較低，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生的膨脹冷縮系數不能夠與混凝土的熱脹冷縮系數相符合，在混凝土凝固后，溫度降低，混凝土會收縮，但是由于PVC管的熱脹冷縮系數與混凝土有較大的差別，無法補充混凝土收縮的部分，很容易造成混凝土與PVC管之間出現空氣夾縫，這樣就會降低聲測管中的傳送的聲波量，導致現場測試的不準確，甚至會使測試數據異常[5]。

2.2工程實例

貴州某工程設計有數段樁板式擋墻，其中抗滑樁成樁形式采用人工挖孔灌注樁，設計樁徑（方形）2000mm×1500mm～2500mm× 3500mm不等，設計樁長10～30m不等，樁身設計混凝土強度等級為C30。在澆筑之前樁內側均以矩形布置有4根聲測管。不同的是，部分樁的聲測管采用的是PVC塑料管，而其余則使用了普通的鋼管，現場檢測采用北京智博聯(lián)U570四通道超聲測樁儀進行測試。在檢測中發(fā)現，使用PVC塑料管作為聲測管的樁其測試曲線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）的檢測數據為例，容易判斷為該樁樁身結構完整性存在嚴重缺陷，如圖1及圖2。

甚至某些測點處接收不到聲波的首至波，如圖3。

圖1　1#樁聲波透射測試分析曲線

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

而正常測點的波形圖如圖4所示。

圖4　1#樁1-2剖面11.00m處的波形圖

發(fā)現測試信號異常后，我們立即檢查儀器設備及測管內水位變化，在排除儀器因素及測管內所灌注的水可能帶來的影響后再次對1#樁進行測試，結果依然異常。隨即采用美國PIT樁身完整性采集儀對1#樁進行了低應變測試，結果顯示該樁并無明顯缺陷，低應變測試曲線反映該樁樁身結構完整，可判定為Ⅰ類樁（見圖5）。

之后我們在1#樁旁邊的2#樁同樣進行了聲波透射法的檢測。2#樁和1#樁相距4m并在同一天澆筑，不同的是其埋設的聲測管為鋼管，測試結果與1#樁完全不同，聲波透射測試曲線反映2#樁樁身結構完整，可判定為Ⅰ類樁，如圖6所示。

圖5　1#樁低應變測試分析曲線

圖6　2#樁聲波透射測試分析曲線

可見采用PVC管作為聲測管會導致對樁身完整性的誤判，對施工質量檢測帶來很大的麻煩。

究其原因，在于鋼管的熱膨脹系數僅為混凝土的約1.2倍（鋼管的熱膨脹系數一般為1.2×10-5/℃，混凝土的熱膨脹系數因骨料種類、含量和混凝土配合比的不同而不同，平均約1.0×10-5/℃），而PVC材料的熱膨脹系數達到了8.0×10-5/℃，為混凝土的8倍之多，這就導致了當混凝土固結時，會由于溫度下降，因水化熱的溫差效應使得塑料管發(fā)生徑向和縱向收縮變形，再加之PVC塑料外壁光滑，與混凝土粘結性差，便可能讓塑料管與混凝土之間局部開裂分離，從而形成含空氣或水分的空隙，由此造成反射強烈的界面增大，導致對樁身完整性判斷的失誤[6]。

3　PVC管對聲波透射法測樁身完整性的影響

PVC管的熱膨脹系數無法適應混凝土的熱脹冷縮效應，會導致PVC管無法與混凝土銜接的很緊密，在混凝土與PVC管銜接的地方會出現脫落現象，形成狹小的裂縫，空氣就會流通到夾縫中，空氣對聲波的傳遞有一定的阻礙作用，通過聲波透射法測檢測樁身完整性所產生的聲波在傳遞的時候會減慢衰退，使接收換能器所接收到的聲波信息不完整，甚至無法接收到聲波，會造成檢測樁身完整性結果出現誤差，影響聲波透射法測樁身完整性的精準度。

因為PVC管與混凝土的熱脹冷縮系數有很大的差異，導致混凝土與PVC材質的聲測管之間出現夾縫，空氣進入到夾縫中后，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，才能實現PVC管和樁完整的銜接，提高接收的聲波信息量，接收到的聲波信號較好。這種方法在一定程度上能夠彌補空氣夾縫造成接收聲波出現誤差的現象，但是在很多實際操作中，夾縫中的空氣很難完全排放出去，很少能夠通過這種方法真正實現將空氣完全排開來進行聲波透射法測樁身完整性，在進行聲波透射法測樁身完整性的時候，接收換能器接收到的聲波信息無法保證完整正確，依然會導致聲波透射法測樁身完整性出現誤差，不能夠保證檢測的準確性。在采用PVC管作為聲測管的時候，不能夠保證聲波透射法測樁身完整性達到有效的效果，需要使用其他的檢測方法對樁身完整性進行檢測，所以使用聲波透射法的時候，盡量采用符合條件的性能較好的鋼管材料作為聲測管。

4　結束語

在舊版的《建筑基樁檢測技術規(guī)范》（JGJ106-2003）中，并未對聲測管材料的選擇做出明確規(guī)定，但在2014年10月1日開始實施的新版《建筑基樁檢測技術規(guī)范》（JGJ106-2014）中，對聲測管材料做出了規(guī)定：“聲測管應有足夠的徑向剛度，聲測管材料的溫度系數應與混凝土接近”（條文10.3.1，第2條），并且在條文說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管對聲波透射法測樁身完整性有較大的消極影響，為避免檢測時造成誤判帶來的影響，在選擇聲測管材料時應盡量避免使用PVC管，建議采用性能更可靠的鋼材聲測管。

[1]《建筑基樁檢測技術規(guī)范》（JGJ106-2003）.

[2]《建筑基樁檢測技術規(guī)范》（JGJ106-2014）.

[3]徐新軍，溫振統(tǒng)，劉遠亮.預埋PVC塑料聲測管灌注樁超聲波檢測技術探討[J].廣東土木與建筑，2011，07：63～64.

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

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

[6]董承全，李晉平.聲波透射法樁身完整性檢測分類標準定量化初探[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工作。