專(zhuān)利名稱(chēng):鋼筋混凝土構(gòu)件質(zhì)量的無(wú)損傷檢測(cè)方法
本發(fā)明涉及的是利用傳導(dǎo)電流對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件質(zhì)量，尤其是作為各類(lèi)建筑設(shè)施基礎(chǔ)的樁基質(zhì)量進(jìn)行無(wú)損傷性檢測(cè)的方法。
鋼筋混凝土構(gòu)件的質(zhì)量，直接影響使用這些構(gòu)件的建筑設(shè)施的質(zhì)量，對(duì)屬于在地面上完成和使用的預(yù)制件的檢測(cè)較為直觀和方便，但對(duì)于作為各種建筑設(shè)施的基礎(chǔ)而埋于地下的樁基質(zhì)量的檢測(cè)就較為困難，而其質(zhì)量的好壞又尤其顯得重要。作為建筑設(shè)施基礎(chǔ)的樁基大體可分為打入樁和灌注樁兩類(lèi)。打入樁可能會(huì)因?yàn)轭A(yù)制樁在打入地下的過(guò)程中發(fā)生斷裂等損壞;灌注樁可能會(huì)因澆灌操作過(guò)程不妥或地質(zhì)條件復(fù)雜等原因而發(fā)生夾泥、縮頸等質(zhì)量問(wèn)題。目前對(duì)樁基質(zhì)量的檢測(cè)常用的有靜載試驗(yàn)方法和動(dòng)載試驗(yàn)方法。靜載試驗(yàn)方法不僅所用設(shè)備笨重，費(fèi)用昂貴，試驗(yàn)周期長(zhǎng)，而且其檢測(cè)的結(jié)果是樁基的承載能力，對(duì)得到的異常檢測(cè)結(jié)果必須要結(jié)合其它工程地質(zhì)勘探資料才可能對(duì)是否屬于樁基自身的質(zhì)量問(wèn)題作出判斷。同時(shí)，對(duì)大口徑灌注樁采用靜載試驗(yàn)方法也難以實(shí)現(xiàn)。目前正在廣泛尋求的動(dòng)載試驗(yàn)方法，如敲擊法、共振法、水電效應(yīng)法、機(jī)械阻抗法等，效果還不十分可靠(《建筑技術(shù)》1986(12)p5)。另外，目前還有使用超聲波探測(cè)法、鉆孔取芯法等檢測(cè)方法。它們?cè)跈z測(cè)時(shí)都要在被檢測(cè)的樁基上鉆孔。雖然檢測(cè)結(jié)束后要進(jìn)行回填，但對(duì)被檢測(cè)的樁基畢竟有所損傷，同時(shí)所用設(shè)備也很昂貴。檢測(cè)費(fèi)用也高，而對(duì)于縮頸和某些斷裂損傷等問(wèn)題也尚難于判斷和檢查出。灌注樁的使用目前已越來(lái)越廣泛，但對(duì)它的質(zhì)量檢測(cè)，尤其如對(duì)縮頸等質(zhì)量問(wèn)題的檢測(cè)，目前各種檢測(cè)方法普遍感到比較困難。
另一方面，目前所采用的各種檢測(cè)方法，當(dāng)有大量構(gòu)件，例如有大量樁基存在，在選擇確定被檢測(cè)的樁基對(duì)象時(shí)，都是采取按一定比例要求隨機(jī)選取，最多再參考各樁基中重要性程度的條件而確定的。以對(duì)所選出的樁基質(zhì)量的檢測(cè)結(jié)果而推論全體樁基的質(zhì)量。這樣做雖然有一定程度的代表性，但由于總體樁基數(shù)量和被檢測(cè)的樁基數(shù)量都很有限，且后者在總體數(shù)量中所占的比例也不大，一般不超過(guò)10%，若以此來(lái)推論全體樁基的質(zhì)量，無(wú)疑存在了隱患，使所作的結(jié)論在實(shí)際上的科學(xué)性、準(zhǔn)確性和真實(shí)性受到較大的影響。
本發(fā)明的目的是提供一種檢測(cè)鋼筋混凝土構(gòu)件質(zhì)量，特別是作為建筑設(shè)施基礎(chǔ)的樁基(尤其是灌注樁)質(zhì)量的方便易行，可靠性和準(zhǔn)確性較高的方法。
本發(fā)明的檢測(cè)方法利用地質(zhì)勘探中電測(cè)井的原理，使用了傳導(dǎo)電流的方法。通常情況下，被檢測(cè)的鋼筋混凝土構(gòu)件都是位于地面或埋于地表土層中，其所處的環(huán)境，如圍周地表土層，在施以電信號(hào)時(shí)，傳導(dǎo)電流可以在其中導(dǎo)通。由電場(chǎng)理論可知，無(wú)限長(zhǎng)線帶電體在以它為軸線的中心分層均勻介質(zhì)中，周?chē)碾妶?chǎng)等位面是以它為中心軸呈同心軸圓柱面形式分布，并且隨與中心軸間距離的增大而減弱。當(dāng)沿著此帶電體長(zhǎng)度方向上分布著不同電阻率ρ的介質(zhì)時(shí)，在電阻率ρ改變的部位，在以此帶電體為中心軸的圓柱面上的相應(yīng)部位的電位和電場(chǎng)強(qiáng)度都會(huì)發(fā)生改變。反之，一旦這些位置上的電位和電場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生了改變，即可推知與此相對(duì)應(yīng)的部位上，介質(zhì)的電阻率ρ發(fā)生了變化。鋼筋混凝土構(gòu)件中的混凝土保護(hù)層的電阻率ρC和周?chē)乇硗翆拥碾娮杪师裇的大小取決于其孔隙度和其中含水率的高低。一般地講，已固結(jié)了的混凝土層的密實(shí)度大，孔隙度小，因此含水率低，所以一般ρC＞ρS，甚至常常是ρC＞＞ρS。而地表土層一般都很疏松，含水率高，ρS低，基本近似于常水的電阻率ρW，即ρS≈ρW。當(dāng)把被檢測(cè)的鋼筋混凝土構(gòu)件中的鋼筋近似視為無(wú)限長(zhǎng)線帶電體時(shí)。如果構(gòu)件中鋼筋之外的混凝土保護(hù)層完好無(wú)損，則在構(gòu)件的鋼筋走行方向上，構(gòu)件外表面上的電位或電場(chǎng)強(qiáng)度的分布就應(yīng)與理論上等位面的分布基本一致。如果構(gòu)件發(fā)生了斷裂、夾泥、縮頸等損傷，泥土或地下水就會(huì)取代損傷處的混凝土保護(hù)層而直接與構(gòu)件中的鋼筋接觸。由于ρC≠ρS≈ρW，使得構(gòu)件在鋼筋走行的方向上分布了不同電阻率ρ的介質(zhì)，此時(shí)在構(gòu)件外表面上與損壞部位相對(duì)應(yīng)的位置上測(cè)得的電位或電場(chǎng)強(qiáng)度與混凝土保護(hù)層完好部位的電位或電場(chǎng)強(qiáng)度間會(huì)表現(xiàn)出差異，而且ρC與ρS相差越大，損壞處的電位和電場(chǎng)強(qiáng)度的異常改變也就越顯著。
根據(jù)這一原理，本發(fā)明的檢測(cè)方法是，在包括供電電源、被檢測(cè)構(gòu)件中的鋼筋和被檢測(cè)構(gòu)件所處的，并能與被檢測(cè)構(gòu)件電性導(dǎo)通的周?chē)h(huán)境在內(nèi)的供電回路中，由供電電源提供連續(xù)恒定的傳導(dǎo)電信號(hào)，如電壓或電流等信號(hào)，這樣就可以使得供電回路中的電流強(qiáng)度基本保持不變。此時(shí)被檢測(cè)構(gòu)件中的鋼筋可近似視為無(wú)限長(zhǎng)線帶電體。當(dāng)構(gòu)件中有數(shù)根鋼筋時(shí)，由于它們之間都是要通過(guò)金屬籠相互連接和固定的，因此對(duì)一根鋼筋通電，其余鋼筋都會(huì)帶電，其結(jié)果等于有幾根無(wú)限長(zhǎng)線性帶電體存在。根據(jù)場(chǎng)的疊加理論。其電場(chǎng)的電位曲線表現(xiàn)僅是使幅值增大而已。供電電源所提供的傳導(dǎo)電信號(hào)既可以是直流信號(hào)，也可以是交流信號(hào)，一般以提供直流信號(hào)為方便。但如果在檢測(cè)環(huán)境中有較強(qiáng)的工頻信號(hào)干擾時(shí)，也可改用不易與工頻信號(hào)相混的低頻交流信號(hào)。在被檢測(cè)構(gòu)件中鋼筋走行的方向上，而不是在與鋼筋走行方向相垂直的方向上，于靠近被檢測(cè)構(gòu)件的位置，用電位差計(jì)檢測(cè)與被檢測(cè)構(gòu)件相對(duì)應(yīng)的各處的電位或電場(chǎng)強(qiáng)度值。在被檢測(cè)構(gòu)件無(wú)損傷的正常情況下，檢測(cè)到的電位或電場(chǎng)強(qiáng)度曲線應(yīng)是一條平滑的曲線或直線。當(dāng)被檢測(cè)構(gòu)件鋼筋外的混凝土保護(hù)層有損傷時(shí)，相應(yīng)在該處檢測(cè)到的電位或電場(chǎng)強(qiáng)度曲線就會(huì)發(fā)生或凸起，或凹進(jìn)，或其它形式的異常改變。其變化的表現(xiàn)形式與電源正負(fù)極的連接方向有關(guān)，而變化程度的大小在供電電流恒定的情況下，就與損傷的程度有關(guān)。供電電源中與周?chē)h(huán)境連接的電極距離被檢測(cè)的構(gòu)件越遠(yuǎn)，檢測(cè)得到的電位曲線就越接近于直線，損傷部位所引起的電位或電場(chǎng)強(qiáng)度的變化就越不易為曲線本身的變化趨勢(shì)所掩蓋，因而越便于識(shí)別。由電場(chǎng)理論可知，距離被檢測(cè)構(gòu)件越遠(yuǎn)，該處的電位越低。測(cè)得的信號(hào)將越弱。同時(shí)由損傷部位所引起的電位或電場(chǎng)強(qiáng)度的改變量與正常量的比值，即變化率也越小。因此檢測(cè)時(shí)電位差計(jì)的測(cè)量電極應(yīng)盡可能地靠近被檢測(cè)構(gòu)件。當(dāng)然最理想的是在被檢測(cè)構(gòu)件的外表面進(jìn)行檢測(cè)，這樣可獲得最強(qiáng)的檢測(cè)信號(hào)。
在本發(fā)明的檢測(cè)方法中，測(cè)量電位或電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)以選用高輸入阻抗的電位差計(jì)進(jìn)行測(cè)量為好，這樣可以提高小輸入信號(hào)時(shí)測(cè)量值的精度。
當(dāng)需要確定質(zhì)量的鋼筋混凝土構(gòu)件的數(shù)量較多，例如有較多的建筑物基礎(chǔ)樁基時(shí)，為避免完全憑隨機(jī)方法確定被檢測(cè)構(gòu)件，可先將全部構(gòu)件根據(jù)其結(jié)構(gòu)、規(guī)格、材料和周?chē)h(huán)境，接地條件等因素進(jìn)行分類(lèi)。對(duì)同類(lèi)構(gòu)件，在供電電源接地條件不變，供電信號(hào)保持恒定的條件下，通過(guò)供電回路中的電流計(jì)、分別逐一檢測(cè)它們各自在與電源組成的回路中的電流強(qiáng)度。正常情況下供電回路中電源的兩個(gè)電極之間依次應(yīng)有鋼筋-混凝土保護(hù)層-周?chē)h(huán)境等導(dǎo)電介質(zhì)。由于在同類(lèi)構(gòu)件中的各種條件基本相同，因此在上述供電條件下，在同類(lèi)構(gòu)件中的各個(gè)構(gòu)件所組成的回路中，電流強(qiáng)度應(yīng)基本一致。如果某一構(gòu)件有損傷而使周?chē)h(huán)境介質(zhì)與鋼筋直接接觸?；蛴捎谄渌蚴拐Ｇ闆r下的ρC變小，則由這種構(gòu)件組成的回路中的電流強(qiáng)度與正常構(gòu)件組成的回路中的電流強(qiáng)度相比，就會(huì)有不同程度的增大。因此凡在這種電流強(qiáng)度變大的回路中的構(gòu)件，發(fā)生損傷的可能性最大，應(yīng)列入重點(diǎn)檢測(cè)對(duì)象的范圍。再結(jié)合各構(gòu)件的重要性因素，就可以選出和確定應(yīng)重點(diǎn)檢測(cè)的構(gòu)件對(duì)象了。如果對(duì)這種發(fā)生損壞可能性最大的構(gòu)件檢測(cè)的結(jié)果證明是完好無(wú)損的，則由此推論其余構(gòu)件質(zhì)量完好，就更加科學(xué)可靠，提高了檢測(cè)的準(zhǔn)確性和實(shí)際上的把握性。
采用本發(fā)明的方法對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件的質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，準(zhǔn)確度高。檢測(cè)出的電位或電場(chǎng)強(qiáng)度曲線的異常變化部位與被檢測(cè)構(gòu)件的實(shí)際損傷部位的對(duì)位誤差小，一般在10厘米以?xún)?nèi)。檢測(cè)時(shí)如能加大供電信號(hào)，就可以有效地壓制各種干擾信號(hào)，使檢測(cè)得到的電位或電場(chǎng)強(qiáng)度曲線上的異常變化信號(hào)更加突出，有利于對(duì)測(cè)量曲線的解釋?zhuān)岣哽`敏度。如果同時(shí)測(cè)出電位曲線和電場(chǎng)強(qiáng)度曲線，二者相互對(duì)照，則對(duì)曲線上異常現(xiàn)象的解釋就更加準(zhǔn)確和有把握。若能配合已掌握的有關(guān)參考材料，例如檢測(cè)樁基質(zhì)量時(shí)，配合由電阻路測(cè)井資料等地質(zhì)資料進(jìn)行分析，則對(duì)檢測(cè)曲線中異?，F(xiàn)象的解釋幾乎沒(méi)有多解性。本發(fā)明的檢測(cè)方法簡(jiǎn)單方便易行，不需要復(fù)雜昂貴的設(shè)備。因此所需費(fèi)用較低。檢測(cè)周期短，靈活性強(qiáng)，以檢測(cè)建筑物基礎(chǔ)的樁基為例，使用超聲波法和鉆孔取芯法等檢測(cè)方法時(shí)，都必須在被檢測(cè)的樁基上打出一個(gè)或數(shù)個(gè)與樁基等長(zhǎng)的孔，而使用本發(fā)明的方法檢測(cè)時(shí)，只需要在被檢測(cè)樁基近旁的地表土層上鉆出與樁基長(zhǎng)度大致相當(dāng)?shù)臏y(cè)量孔。二者鉆孔的難易程度以及所需要的設(shè)備、費(fèi)用和周期的差異是顯而易見(jiàn)的。因此本發(fā)明的方法特別適用于對(duì)各種建筑設(shè)施基礎(chǔ)樁基等埋于地下不易檢測(cè)的鋼筋混凝土構(gòu)件的質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，尤其能很方便地檢測(cè)出如灌注樁的縮頸等質(zhì)量問(wèn)題，而這一點(diǎn)是目前各種檢測(cè)方法都難于與之相比擬的。使用本發(fā)明的方法進(jìn)行檢測(cè)，無(wú)論是檢測(cè)過(guò)程中還是檢測(cè)結(jié)束后，都不會(huì)給被檢測(cè)構(gòu)件造成絲毫的損壞，這也是本發(fā)明的檢測(cè)方法所具有的優(yōu)點(diǎn)之一。配合對(duì)電流強(qiáng)度的檢測(cè)，還可以改變目前完全靠隨機(jī)選擇被檢測(cè)構(gòu)件的作法，使對(duì)全體構(gòu)件質(zhì)量的了解和掌握更加全面、真實(shí)和可靠。
通過(guò)以下實(shí)施例可以更清楚地說(shuō)明本發(fā)明的檢測(cè)方法。
圖1 檢測(cè)鋼筋混凝土樁基的示意圖圖2 檢測(cè)曲線與樁基對(duì)應(yīng)關(guān)系示意圖圖3 地面上檢測(cè)鋼筋混凝土預(yù)制件示意圖圖1為使用本發(fā)明方法檢測(cè)埋于地下的樁基質(zhì)量的示意圖。當(dāng)有較多數(shù)量的樁基時(shí)，按相同的材料、規(guī)格和相似的地質(zhì)環(huán)境，接地條件等對(duì)全部樁基進(jìn)行分類(lèi)，同類(lèi)樁基為一組，先按組分別進(jìn)行檢測(cè)，將供電電源(3)的負(fù)極(單電極或組合電極)打入距被檢測(cè)組較遠(yuǎn)的地層中，以使電源對(duì)同組中的各樁基有基本相同的連接條件，正極分別逐一與被檢測(cè)組里各樁基中的鋼筋(4)連接。在電源(3)提供連續(xù)恒定的直流電壓信號(hào)條件下，用電流計(jì)檢測(cè)同組中由各樁基組成的回路中的電流強(qiáng)度，選出電流強(qiáng)度增大的樁基為重點(diǎn)檢測(cè)對(duì)象。在緊靠選出的重點(diǎn)檢測(cè)樁基(1)的近旁打一與樁基(1)基本平行的測(cè)量井(2)，其長(zhǎng)度可略長(zhǎng)于樁基(1)，井里灌注井液(如水)供電電源(3)兩電極的連接方法如前，正極與樁基(1)中的鋼筋(4)相接，負(fù)極打入周?chē)貙又校娫?3)仍向供電回路中提供連續(xù)恒定的直流電壓信號(hào)。將高輸入阻抗(＞5MΩ)毫伏計(jì)(5)的一個(gè)測(cè)量電極(6)固定于測(cè)量井(2)的井口，另一測(cè)量電極(7)沿測(cè)量井(2)從下向上移動(dòng)，測(cè)量各位置上的電位和電場(chǎng)強(qiáng)度，得到如圖2所示的電位曲線和場(chǎng)強(qiáng)曲線。由曲線可以看出，當(dāng)樁基(1)上有損傷斷口(8)時(shí)，在曲線上的相應(yīng)位置上會(huì)出現(xiàn)異常峯值。在圖2的曲線中，樁基完好無(wú)損時(shí)應(yīng)得到如實(shí)線所示的正常電位曲線(9)和場(chǎng)強(qiáng)曲線(17)。虛線所示的為有損傷斷口(8)時(shí)測(cè)得的曲線。可以看出，除在與斷口(8)相對(duì)應(yīng)的位置上的虛線有異常的電位凸起峯(10)和場(chǎng)強(qiáng)變化峯(18)外，其余完好部分的虛線與實(shí)線是基本重合的。由于電源(3)的負(fù)極離測(cè)量井(2)較近。故測(cè)得的電位曲線呈較明顯的下降趨勢(shì)。但這并不影響對(duì)異常信號(hào)的觀測(cè)。當(dāng)供電電流I＝145mA時(shí)，電位曲線上的異常峯(10)的幅值為18mV，當(dāng)供電電流I＝270mA時(shí)，異常峯(10)的幅值可達(dá)到26mV。因此加大供電信號(hào)，可使測(cè)量得到的異常信號(hào)更加突出。對(duì)大口徑樁基檢測(cè)時(shí)，一個(gè)測(cè)量井的檢測(cè)結(jié)果不理想時(shí)，可在其周?chē)俅蛉舾蓽y(cè)量井進(jìn)行檢測(cè)。
圖3所示的是在地面上用本發(fā)明的方法檢測(cè)鋼筋混凝土預(yù)制件質(zhì)量的方法。先在地面上挖一個(gè)能放入被檢測(cè)預(yù)制件的貯水槽(11)，并注滿(mǎn)水，將被檢測(cè)的預(yù)制件(12)浸沒(méi)在水槽的水中。如果能設(shè)法使預(yù)制件(12)兩端外露的鋼筋不與槽中的水接觸，則檢測(cè)效果會(huì)更理想。將電源(14)的一極與預(yù)制件(12)中的鋼筋(13)相連，另一電極打入水槽周?chē)耐翆又?。將電位差?jì)(15)的兩測(cè)量電極間的相對(duì)距離固定后，用它們?cè)陬A(yù)制件(12)的表面測(cè)量各位置上的電場(chǎng)強(qiáng)度，或?qū)蓽y(cè)量電極中的一個(gè)固定，用另一個(gè)在預(yù)制件(12)的表面測(cè)量各位置上的電位。根據(jù)得到的測(cè)量曲線中異常峯值出現(xiàn)與否來(lái)分析判斷預(yù)制件(12)是否存在損傷。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)損傷性檢測(cè)鋼筋混凝土構(gòu)件，特別是作為建筑設(shè)施基礎(chǔ)樁基的鋼筋混凝土構(gòu)件質(zhì)量的方法，其特征在于通過(guò)電源向包括電源、被檢測(cè)構(gòu)件的鋼筋和被檢測(cè)構(gòu)件所處的，并能與被檢測(cè)構(gòu)件電性導(dǎo)通的周?chē)h(huán)境在內(nèi)的供電回路中提供連續(xù)恒定的傳導(dǎo)電信號(hào)，于被檢測(cè)構(gòu)件中鋼筋走行的方向上，用電位差計(jì)在靠近被檢測(cè)構(gòu)件的位置上檢測(cè)各處的電位或電場(chǎng)強(qiáng)度值。
2.如權(quán)利要求
1所述的檢測(cè)方法，其特征在于檢測(cè)電位或電場(chǎng)強(qiáng)度值時(shí)使用高輸入阻抗的電位差計(jì)進(jìn)行檢測(cè)。
3.如權(quán)利要求
1和2之一所述的檢測(cè)方法，其特征在于在供電回路中用電流計(jì)分別逐一檢測(cè)同類(lèi)被檢測(cè)構(gòu)件中各構(gòu)件在該回路中的電流強(qiáng)度。
專(zhuān)利摘要
本發(fā)明是一種利用傳導(dǎo)電流對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件，尤其是作為各種建筑設(shè)施基礎(chǔ)的樁基質(zhì)量進(jìn)行無(wú)損傷性檢測(cè)的方法。在供電信號(hào)連續(xù)恒定的條件下，根據(jù)在被測(cè)構(gòu)件中鋼筋走行方向的近旁測(cè)到的電位或電場(chǎng)強(qiáng)度的變化來(lái)判斷被測(cè)構(gòu)件是否存在損傷。結(jié)合對(duì)供電回路中電流強(qiáng)度的測(cè)量，就可以排除完全靠隨機(jī)選取被測(cè)構(gòu)件所可能造成的隱患，使對(duì)全部構(gòu)件質(zhì)量的了解和掌握更加科學(xué)、準(zhǔn)確和可靠。
文檔編號(hào)G01N27/00GK87103013SQ87103013
公開(kāi)日1988年12月14日 申請(qǐng)日期1987年5月23日
發(fā)明者文國(guó)良 申請(qǐng)人:國(guó)家建筑材料工業(yè)局西南地質(zhì)公司物探隊(duì)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan