基于冲击回波等效波速法检测套简灌浆缺陷的技术研究 赵量，吴志新，孟威，魏广硕 （安徽省建筑科学研究设计院，安徽合肥２３０００ １） 翠莲鹱 摘要：节点采用套筒灌浆连接的装配式结构，其套筒灌浆质 量直接影响节点处的受力性能以及结构的整体稳定性。目前国 内外尚没有可靠的套筒灌浆质量非破损检测手段。文章采用冲 击回波等效波速法对墙体内部不同埋置位置以及双排布置的 套筒进行了实际工程应用的验证。结果表明，使用冲击回波法 可直观、快速准确地检测套筒灌浆缺陷，并且结果与实际情况 较吻合。 关键字：灌浆套筒；无损检测；灌浆缺陷；冲击回波法 中图分类号：ＴＵ５０２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００７－７３５９（２０１８）０５—０３２０—０３ ＤＯＩ：１０．１６３３０／ｊ．ｃｎｋｉ．１００７—７３５９．２０１８．０５．１４Ｏ １引言 近年来，装配式混凝土结构发展迅速，但是也存 在很多制约其发展的因素，其中装配式构件之间的接 连便是关键因素之一。钢筋套筒灌浆连接是在装配式 混凝土结构常用的钢筋连接方式，套筒灌浆连接为隐 蔽工程。钢筋套筒灌浆连接结构为多层金属和非金属 介质交替：套筒外部为混凝土，内部为连接钢筋，套筒 和钢筋之间的空腔灌注高强无收缩灌浆料完成上下 两个构件的连接。灌浆质量直接影响其连接处的受力 性能以及结构的整体稳定性【”。因此，需要一种行之有 效的方法在不破坏原有结构的前提下来对套筒内部 的灌浆质量进行鉴定。 冲击回波法（Ｉｍｐａｃｔ—ｅｃｈｏ Ｍｅｔｈｏｄ，简称ＩＥ法）是 目前应用较为广泛，冲击回波法曾被加拿大学者马尔 霍察列为最有前途的现场检测方法之一。在２０世纪 ８０年代，美国康奈尔大学（Ｃｏｍｅｌｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）和美国 国家标准技术研究院（Ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＮＩＳＴ）率先提出运用冲击回 波法（Ｉｍｐａｃｔ—Ｅｃｈｏ，ＩＥ）对混凝土和砌体结构进行无 损检测评估。美国的Ｓａｎｓａｌｏｎｅ和Ｃａｒｉｎｏ在上世纪８０ 年代末，将冲击回波法由波形判断测试缺陷转换到解 析波形的频率来判断是否存在缺陷，使得冲击回波法 取得了突破性的进展，使得该方法开始应用在现场测 试阶段。２０世纪９０年代，Ｃａｒｉｏ教授和Ｍａｒｒｙ Ｓａｎｓａｌｏｎｅ教授相继发现冲击回波法由于其良好的穿 透性，在用于检测灌浆管道内部灌浆缺陷时具有一定 的可行性，利用不同介质波阻抗不同所以在不同介质 作者简介：赵量（１９８２一），男，山东济南人，本科，学士；工程师，专业方 国 向：桩基检测与住宅产业方面检测。 交界面应力波会发生相位的改变的，得到的频率不同 的性质，并通过大量试验总结出了波速和板厚的标 准，并成功地运用于工程实践中闭。美国佛罗里达大学 Ｒｉｎｋｅｒ教授等研究指出，ＩＥ法是最有能力评估孔道 壁为铁质的孔道内压浆情况的方法［３１。 ２冲击回波等效波速法 ２．１基本原理 冲击回波法在检测过程中不受金属物的影响，避 免了超声波测试中遇到的高强信号衰减和过多杂波 干扰问题，检测条件相对宽松。随着冲击回波法的进 一步发展，冲击回波等效波速法的概念被提出，该方 法基本原理为：根据冲击弹性波在缺陷部位发生绕 射，传播时间增长，相应的等效波速降低，以等效波速 变化来判断灌浆质量情况。该方法可以更为直观的对 套筒内部的灌浆质量进行判断，便于在实际工程应用 中推广圆。 其判断依据为：根据管道位置反射信号的有无以 及弹性波在所测构件对边（相对于测试边的另一端） 的反射时间的长短便可以判定灌浆缺陷的有无。当孔 道灌浆存在缺陷时，可根据弹性波的反射特性来判断 缺孔道内的灌浆质量状况。当击振的弹性波遇到试件 内部缺陷时，激振的弹性波就会绕过缺陷到达测试面 另一端，再经由另一端反射回来，同样需要绕过缺陷 区域，这就造成弹性波的传播路径延长，由传感器接 收到的弹性波时间也会变长，这便意味着弹性波在墙 板传播过程中的等效波速降低。当孔道灌浆密实时， 弹性波波速与构件密实处波速相近Ｉ４］。原理示意图如 图１所示。本文主要研究冲击回波法应用于套筒灌浆 缺陷检测在实际工程中的应用及其可行性分析。 ２．２测试仪器与方法 现场测试采用定位测试的方法进行，在灌浆套筒正 上方沿套筒方向布置测线，并在测线区域套筒以外的 墙板板中位置布置测点用作对比，定位测试示意图如 图２所示。沿着套筒测线走向对套筒内部的压浆情况 以扫描的形式进行连续测试，采取激振和受信方式通 过反射信号的特性测试管道内部灌浆状况。当测点处 于空孔道或有灌浆缺陷的孔道上方时，弹性波传播距 离增加，时间延长。若套筒内部灌浆密实，相应的时间 相对于墙板中心位置没有变化。通过相应的频谱解析 ， ： ｆ● 。 ＩＩ： · （ ’…。。＜ 、】 ３ １． 【ａ）墙板中心区域 （ｂ）套简灌浆密实 （ｃ）套筒未灌浆 （ｄ）套简灌浆存在缺陷 图１冲击回波等效波速法原理示意图 方法对测试信号进行解析，可以敏感地反映该时间的 下层预制９亨力墙之问采川潍浆食附进什连接，Ｊ 板 变化。同时，根据测’［式情况与预先做好的缺陷作对比， 以验证检测结果是否准确。 图２测点布置 ２．３频谱解析与结果判定 伴随着测试方法的改进与更新，检测波形的频谱 解析方法同样取得了长足的进展。Ｊｏｈｎ Ｐａｒｋｅｒ Ｂｕｒｇ 于１９６７年提ｌ叶Ｉ ＭＥＭ（最大熵）分析法，该方法最早用 于地震波的解析．目前在无损检测领域有着较为广泛 的应用。其原理为：弹性波在墙板两测试面往返传播， 激发出墙板的瞬态振动响应产生共振，该振动的振幅 （能量）最大，在频谱解析会Ｈ｛现与板厚相应的卓越频 率或卓越周期，解析得出的卓越周期就是弹性波往返 传播一次的时间Ｉ Ｉ 。如图３所示，其中图３（ａ）为检测 波形图，图３（ｂ）为ＭＥＭ频谱解析结果。相应的卓越 频率为０．１０５ｍｓ，弹性波波速经由现场实测确定，取墙 板中心区域多次敲击结果解析得出的均值为弹性波 在墙板中的传播波速，大小为３．９ｋｍ／ｓ，经计算可知板 厚为２０５ｍｍ，实际墙板厚度为２００ｍｍ，可以看出测试 结果与实际结果符合较好。 ３工程应用 ３．１检测结果说明 检测对象为某Ｔ程预制装配式住宅小区项目，上 （ａ）检测波形图 （ｂ】 ＭＥＭ频谱解析 图３检测波形及解析 度为２００ｍｍ 际洲试ＪＩ：始之ｆｉ；ｊ－．刈 埔舨－ｌ 心Ｉ×：域进 囊 行检测斤将结果作 判断濉浆址 － ｔ． ｉ ｒ¨／，的参 ， 囊 为方便小同测点结果进仃×Ｉｊ 比，洲 录ｆｔｔ彩包 是 值线图进行更为 观的走爪． ｆ｝＝Ｊｉ＿ 冬Ｉ ４所爪 蠹 红色 域为能 最大 域．× ｎ，ＪＩＩ ＩＪ Ｍｌ·：Ｍ 坝 解析得ｆ“的卓越川 ，为ｒ 为ｌ １ 观ｎ，Ｊ晚ｌＩＪ】．将做 标轴用厚度来表７】： ｒＵ‘以 ’…测 ｆ｝｛稳定，ｌ 一ｆ ｔ－ 波反射Ｈ寸问对『１ 自，Ｊｆ 拜； ｌ１ｉｆ：－板Ｊ‘， ｆ ‘Ｉ ．｝发们 ｆＪ ． 与实际Ｔ况符合｛ －．嚣 图４墙板中心区域检测结果 ３．２不同检测工况的检测 本次测试针埘４利 ４－： ㈠ 的ｆ：简 汁。 ｊ 浆 情况进行ｒ对比分忻，ｎ 实际Ｉ ｔｌｔ ｆ：阳ｎ，Ｊｆ 固定不变的，根栅颅制构什ｎ０受力 ｆｒ １ 川，ｆ： ０ 位置布置也不十『｛Ｍ本｝欠 场洲 ｉ ‘ 埘ｆ 简ｆ ｊ 板不同化置时的瞬态响 水蜕 ｉ亥，Ｊ‘法川Ｊ。 １ 程检；＝９１０叶 疗，Ｊ可 Ｉ冬ｌ ５ Ｊ 场 ４ ｎ，Ｊ ｊｆ令 ０． 不同ｕ『 况检测结 解析 １ 不同工况检测结果解析 表１ ３．３结果分析 从检测波肜的懈析 术 ．帆ｒ¨｛ｌ：ｆ Ｍ ．’ｉ‘， 若套筒内部灌浆 实尤缺 ， Ｉｌｌ｛ 晰 …的 ｉ 果与墙板中心Ｉ 域结 ·敛，说ｆＵ ＪＩ 波 过 简 ａ）现场测线布置 （ｂ）现场检测 图５工程现场实测 ３２１ ｉ’ ｝Ｉ ｛ 。＿ｌ 一 ｌｔｌ ｝ ｒ ０ ｌ、 ■． ｌ【 骨 ． 州 Ｉｎ ·： Ｊ、１＾Ｉ：Ｌ－ Ｉ■黪ｉ 一 美 、 、 盘＿ 一 ｒｒ ● ０ ●～ ：’ ｌＪ 【’－ ＝嚣 １ｔ， 。Ｊ：ｌｎ ＝口 、 【， Ｉ Ｊｒ Ｊ＾ｊ－－ｌ ｆ。 Ⅲ Ｉ’’。ｆ 。 】 ， ｛ 翻 目 ＿ Ｊ 治 甏 鉴薏 、 ｉ ：：…＿＿ ４ Ｊ ｌ 、 ④ Ｋ Ｉ ｉ Ｊ●， ｉ ： ’ｌ＿Ｌ ④ Ｊ一 。 】 ｊ辩 ｔ州 Ｉ】（ＩＪ Ｉ １ ＩＪ｛ ｆＩ｝－ １ ｒ Ｊ Ｉｔ 一． Ｉ敝 灞 ： Ｊ 、刊’．１ ｌ 、 、 盘 Ｌ、 、 ， 圈 ｔｔ…·『【＂一ｒ … ＩＪ 。 ｝ 勺 ｌ 【—Ｉ １一１Ｉ｜ ｌ ‘１ ＿黔； 簟 ㈠ 过程ｒ｛】传播路径没发生什么变化 对于双排套简而 ，会筒灌浆密实时，检测结果与墙板中心 域结果 一敏．同样具有良好的榆测效果 ，以上现象说明冲击 产牛的弹性波对于外壁为金属的套筒壁具有很好的 穿透性能，检测结果小受套筒壁的影响，检测效果理 想．整体检洲效果与实际相符 就这点而言，冲击Ｍ波 等效波速法是优：】 另一种无损检测方法探地雷达法 的，弥补ｒ探地甫达法捡测过程巾无法排除金属材质 ｝：扰的缺 ，５１“Ｉ、 此外，愉测过程中当冲击点与接收点位于套简远 端和近端时，对检测结果的准确性没有影响。对于套 简朱灌浆的丁况， 丁套筒内部没有灌浆，墙板根部 ｊ下层墙板质量是脱空的，测点位于脱空区域附近 时，边 条件对测试结果产，ｌ！干扰 测试得出的结果 州对＿丁实际情７兄¨｛现延迟 、为进一步分析该现象原 Ｉ ，对 他术灌浆的套简进行了重复性测试 结果表 ，当敲击点与接收点靠近晚空【≮域时，就会得…被 边界卜扰的测试结果 因此，在实际测试过程中可以 ｒｆ１ｌｌｉ：／￣Ｊ断墙体座浆部位是否存在脱空、、另外，为保证 愉测结 的准确性，测试区域应距离试件边缘一定的 距离 ３．４影响因素 测试过程中需要号虑外部条件对于测试结果的 影响 传感器需要在试件表面接收信号，所以试件表 的质量情况也对检测的数据和结果有一定的影响， 混凝土表面应１－燥、清洁、平整，不应有蜂窝、孑Ｌ洞等 外观质 缺陷 为了 可能消除此类小利影响．测试 ３２２ 川砂轮磨平或者 高强度快凝砂浆抹平，采Ｊ＋Ｊ砂 轮磨平后应清除残留的粉未或啐 必要时【】ｒ采朋耦 合剂 结来保证传感；｝｝｝ 混凝土测点表面紧ｌＪ！占 此外．传感器接ｑ４ｚ：￣ｌＪ的波形信号是弹性波在墙板 前后界 复反射激发起的瞬态振动响应，ｆＩ＝＿【该振动 具有一定的影响范同， 冲击点与传感器距离较远 时，传感器接收剑的信 ‘强度较弱，且振动波形与冲 ｉ打点附近可能会仃偏差 【大Ｊ此，传感器与冲击点距离 应处于一定范闱内，冲．ｈ点化置与传感器的问距宜小 丁所测构件没计厚度的０．４倍，鉴丁：此ｉ＿欠测试套简尺 寸较小．测试过程中测点布置较为密集，所以选取冲 击点位置距传感器距离为１ ｒ一１１ｌ＇ ４结论 ① 筒灌浆连接是一种 要的额制装 式建筑 构件连接形式，其灌浆质量状况是施１Ｉ质量控制的重 点 此次Ｔ程现场测试结果丧Ｈ月冲击［ｎ１波等效波速法 对于灌浆套筒的灌浆缺陷检测是呵行的，并Ｈ准确性 较高冲击产生的弹性波具仃｛Ｅ￣ｚ：ｒ． ｎ４ｊ穿透性．套筒壁 对＿ｒ：检测结果没仃什么影响 ②通过ＭＥＭ坝谱解析埘波形信号进行处理，解 析结果Ｉ ：观．便ｊ 分析以及在一 程实践中推广应 ： 检测过 会对 有构件产，ｔ－破坏，可进行多次重复 性检测．保证了检测结 的准确性 ⑧【＿１前该方法距离实际ｒ 应还存在以下一些 问题：ａ．检测结果精确度较低。［１『ｊ仃对丁直观的定性 分析检测结果较好，难以对愉测结果进行精确的量化 分析 Ｉ ．检测方法规范化问题，冲山吲波等效波速法 应州Ｔ 实践还处于 蛤阶段，缺少统一的操作规范 作为参考，枪测结果判断依据多为主观经验，并且，对 丁测试结果 定和合格率的没定没有统一的标准 ． 测试酞件边界埘检测结果的影响的区域范ｎ；ｌ缺少朋 ｆ判定的理沦依据，主要凭借主脱经验判断；ｄ．缺少 大量室内试验研究以及现场洲试数据作为依据。该方 法在１ 程检测中 有良好的愉测效果，操作便捷，还 是有很 自勺Ｊ，ｉｚ Ｊ１ ｝ｊ，』景的 参考文献 …钱稼 ，彭嫒媛．张 ＩＩＪ 】＿。 …钢筋 筒浆锚连接的预荆剪力墙抗 震 能试验Ｉ．１Ｊ＿建筑 构，２０１ １，４ｌ【２］：ｌ一６． Ｉ２Ｉ马闫峰．基丁：ＩＩ｛ｌ占ｌｉ，ｍ￡等效波速法的管道 浆衔实度尤损检测技 术研究＿ｌｆ１Ｉ１恢通建筑．．２（）Ｉ ７．【２）：２６—２９． ３ 万利４：．张宏”．畅＿；ｆ｝ｆ林．冲． 【【１ ￡ 灌浆缺陷－／Ｌ＿￣中的传播特征 ｊ 蜘！ｌ１向成ＩＪ１．Ｉ｝１夕 公路，２０ｌ４．３４（４）：６０—６４． 『４１ Ｈ小彬．吴 畔，李秀＿｝科＝．等．ＩＩ｝１． ｌ】波测试混凝ｊ 试件弹性波波速 研究川．水利水Ｉ乜技术，２０ｌ ５．４６（３）：８４—９０ ｉ５ｌ上智ｆ．固先帷，晏斟￡火．等．冲击ｌｌ１１波法愉洲预啦力束孔管道压浆 质 Ｊ１．振动’ｊ冲． ２００９，２８（１¨６６一ｌ ． １６ 张 升．吴 畔．６１魏永岛．Ｊ＝！；ｉｆ 力梁４ＬｉＥ灌浆质醚的无损检测技术 对比研究『ＪＩ＿公路交通科技，２０ｌ０ｌｌ ２）：２４９—２５２．