新型高強聚氯乙烯聲測管的應用研究

張明文，齊昌廣

（寧波大學 土木與環境工程學院，浙江 寧波315211）

基礎結構的樁基常設計為灌注樁，隨著超高層建筑和大跨徑橋型結構的出現，對基礎的要求越來越高，灌注樁也越來越長，大型橋梁灌注樁百米長度已常見，為保證結構的長久安全，樁基的質量顯得尤為重要。目前行業內常用超聲波方法來對樁身質量進行檢測，該檢測技術需要在灌注樁施工時預埋多個與樁體等長的管道，形成超聲波檢測孔道，由于聲測管在混凝土中埋置較深、壓力較大，所以一般采用金屬管作為聲測管的管身材料。我國年用樁數量逾千萬根，每根樁內需安裝2 根以上與樁同長的超聲波檢測管（以下簡稱“聲測管”）。為響應國家節能減排的號召，降低對鋼材的依賴，本文基于樁基超聲波檢測的特點，嘗試采用新型高強鋼塑管材替代鋼管，從施工便利性、經濟性和能耗上進行應用研究。

1 混凝土灌注樁聲測管現狀

1.1 超聲波檢測原理

橋梁樁基成樁檢測領域的超聲波檢測是借助超聲波在介質中傳播質點的彈性振動規律及測試儀器產生的脈沖信號，實現能量轉化，如發射探頭將脈沖能量轉化為機械振動能量，再由接收探頭將機械振動轉化為電磁振動能量，發射的超聲波在經過介質水的作用下，會顯示到檢測儀中，由相關人員完成對曲線數據的研究與分析過程[1]。JGJ/T 93—95《基樁低應變檢測動力規程》和JGJ 106—2014《建筑基樁檢測技術規范》中都有對聲波透射法檢測的要求：聲波透射法適用于檢測樁徑＞0.6 m的混凝土的完整性。

聲波波形能直觀反映某測點混凝土是否有缺陷。若樁基混凝土是均質的，波形曲線形態呈現出圓滑兩頭小、中間大、同頻率，主頻峰值突出等特征[2]；若聲波經過缺陷，波形就會明顯變化，當缺陷特別嚴重時表現在波形上為聲幅很低、首波不易確認、頻率變小且同一波形中有不同頻率成分，比較容易直接判斷。

1.2 聲測管的發展及現狀

最早的聲測管主要是用壁厚為3.5、3.0 mm 的鋼管，其接頭是在工地安裝、現場焊接；因鋼材成本較高，施工操作不方便，壁厚2.0 mm 以下的薄壁聲測管開始廣泛應用，但由于聲測管壁厚降低導致管體環剛度、耐撞變形等性能降低，其引起的質量問題始終未能得到徹底解決，堵管率較難控制[3]。

2 高強聚氯乙烯聲測管

用高強度聚氯乙烯厚壁管材來替代薄壁鋼管。管體采用添加了增韌成分的特殊高分子材料進行增韌改性[4～5]，具有強度高、韌性及回彈性好，受外力撞擊不易破裂等特點[6]；外力消除后，管體能快速恢復原狀，保持內部管路通暢、不發生堵管。由該管體材料結合特殊螺紋密封接頭結構組成高強聚氯乙烯聲測管，接頭兩端均可插入管節的螺紋接頭，接頭內裝O形橡膠密封圈，通過旋緊實現管節的連接；同時橡膠材質的密封圈在受擠壓后變形貼服在管材之間，起到雙重密封作用。見圖1。

圖1 新型高強聚氯乙烯聲測管

高強度聚氯乙烯管材以2.5、3.0、3.5 mm 壁厚為主，達到了最早期鋼管的壁厚，但質量卻遠小于鋼管；不僅可以滿足JT/T 705—2007《混凝土灌注樁用鋼薄壁聲測管及使用要求》對連接接頭、管體相關性能要求，同時操作更輕便快捷。

3 工程試樁應用

3.1 聲測管關鍵性能檢測指標

關鍵性能指標主要包括聲測管的密封性和接頭的可靠性[7]。見表1。

表1 高強度聚氯乙烯聲測管性能指標及檢測結果

3.2 工程試樁應用對比

將常規1.8 mm 壁厚的薄壁鋼質聲測管和3.0 mm的高強度聚氯乙烯聲測管進行工程試樁對比試驗，選取樁長≥70 m、樁徑＞1.2 m，需要埋置3 根聲測管的灌注樁。在樁內同時埋置薄壁聲測管和高強度聚氯乙烯聲測管各3 根，采用同樣的施工方法完成灌注樁的混凝土澆筑和養護后，進行超聲波檢測。

對比試驗一共進行2 組，分別在不同的項目上進行：項目1 所選的灌注樁長為79.7 m，項目2 的灌注樁長為77.1 m。對聲波波形圖中的聲幅、聲速進行分析對比：高強度聚氯乙烯聲測管在聲幅、聲速表現上受到干擾相比鋼薄壁聲測管更小，對樁體質量的反映更優，完全可以滿足灌注樁超聲波檢測要求。見圖2 和圖3。

圖2 項目1聲測管波形

圖3 項目2聲測管波形

高強度聚氯乙烯聲測管不僅能完全滿足灌注樁樁身質量的超聲波檢測要求，還具有聲波透射性能更優的特點；此外，還對多種聲測管在密封性、操作便利性、經濟性進行了對比。見表2。

對鋼質聲測管與高強度聚氯乙烯聲測進行了能耗對比，我國目前每煉1 t 鋼的能耗約為1.3 t 標準煤。1 t 鋼材可制造302.4 m 長壁厚3.0 mm 的聲測管（挖礦的成本不計入）；長1 m、壁厚為3.0 mm 鋼管的能耗為4.299 kg 標準煤。長1 m、壁厚為3.0 mm 的高強度聚氯乙烯管能耗為1.082 kg標準煤。同壁厚鋼質聲測管的能耗是高強度聚氯乙烯管能耗的3.97 倍。高強度聚氯乙烯聲測管替代金屬聲測管，在能源、環保上更具優勢。

4 結語

新型高強度聚氯乙烯聲測管在混凝土灌注樁的超聲波檢測中具有以下優勢：

1）添加增強增韌成分的特殊高分子材料改性后，強度高、韌性及回彈性好，受外力撞擊不易破裂；

2）由于管體、接頭等部件主材均為高強聚氯乙烯，質量輕，施工中的搬運、切割方便；同時螺紋接頭可手動安裝操作，極大程度簡化接頭連接，節約操作時間的同時降低安裝的難度和勞動強度；

3）高強度聚氯乙烯聲測管的各項性能指標均滿足現行標準要求，超聲波透射性能優于常規鋼質聲測管。

此外，該產品的推廣使用可減少鋼材的使用，符合當前國家節能環保的產業政策。