CN87103013A - 钢筋混凝土构件质量的无损伤检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种利用传导电流对钢筋混凝土构件，尤其是作为各种建筑设施基础的桩基质量进行无损伤性检测的方法。在供电信号连续恒定的条件下，根据在被测构件中钢筋走行方向的近旁测到的电位或电场强度的变化来判断被测构件是否存在损伤。结合对供电回路中电流强度的测量，就可以排除完全靠随机选取被测构件所可能造成的隐患，使对全部构件质量的了解和掌握更加科学、准确和可靠。

Description

本发明涉及的是利用传导电流对钢筋混凝土构件质量，尤其是作为各类建筑设施基础的桩基质量进行无损伤性检测的方法。

钢筋混凝土构件的质量，直接影响使用这些构件的建筑设施的质量，对属于在地面上完成和使用的预制件的检测较为直观和方便，但对于作为各种建筑设施的基础而埋于地下的桩基质量的检测就较为困难，而其质量的好坏又尤其显得重要。作为建筑设施基础的桩基大体可分为打入桩和灌注桩两类。打入桩可能会因为预制桩在打入地下的过程中发生断裂等损坏;灌注桩可能会因浇灌操作过程不妥或地质条件复杂等原因而发生夹泥、缩颈等质量问题。目前对桩基质量的检测常用的有静载试验方法和动载试验方法。静载试验方法不仅所用设备笨重，费用昂贵，试验周期长，而且其检测的结果是桩基的承载能力，对得到的异常检测结果必须要结合其它工程地质勘探资料才可能对是否属于桩基自身的质量问题作出判断。同时，对大口径灌注桩采用静载试验方法也难以实现。目前正在广泛寻求的动载试验方法，如敲击法、共振法、水电效应法、机械阻抗法等，效果还不十分可靠（《建筑技术》1986（12）p5）。另外，目前还有使用超声波探测法、钻孔取芯法等检测方法。它们在检测时都要在被检测的桩基上钻孔。虽然检测结束后要进行回填，但对被检测的桩基毕竟有所损伤，同时所用设备也很昂贵。检测费用也高，而对于缩颈和某些断裂损伤等问题也尚难于判断和检查出。灌注桩的使用目前已越来越广泛，但对它的质量检测，尤其如对缩颈等质量问题的检测，目前各种检测方法普遍感到比较困难。

另一方面，目前所采用的各种检测方法，当有大量构件，例如有大量桩基存在，在选择确定被检测的桩基对象时，都是采取按一定比例要求随机选取，最多再参考各桩基中重要性程度的条件而确定的。以对所选出的桩基质量的检测结果而推论全体桩基的质量。这样做虽然有一定程度的代表性，但由于总体桩基数量和被检测的桩基数量都很有限，且后者在总体数量中所占的比例也不大，一般不超过10%，若以此来推论全体桩基的质量，无疑存在了隐患，使所作的结论在实际上的科学性、准确性和真实性受到较大的影响。

本发明的目的是提供一种检测钢筋混凝土构件质量，特别是作为建筑设施基础的桩基（尤其是灌注桩）质量的方便易行，可靠性和准确性较高的方法。

本发明的检测方法利用地质勘探中电测井的原理，使用了传导电流的方法。通常情况下，被检测的钢筋混凝土构件都是位于地面或埋于地表土层中，其所处的环境，如围周地表土层，在施以电信号时，传导电流可以在其中导通。由电场理论可知，无限长线带电体在以它为轴线的中心分层均匀介质中，周围的电场等位面是以它为中心轴呈同心轴圆柱面形式分布，并且随与中心轴间距离的增大而减弱。当沿着此带电体长度方向上分布着不同电阻率ρ的介质时，在电阻率ρ改变的部位，在以此带电体为中心轴的圆柱面上的相应部位的电位和电场强度都会发生改变。反之，一旦这些位置上的电位和电场强度发生了改变，即可推知与此相对应的部位上，介质的电阻率ρ发生了变化。钢筋混凝土构件中的混凝土保护层的电阻率ρ_C和周围地表土层的电阻率ρ_S的大小取决于其孔隙度和其中含水率的高低。一般地讲，已固结了的混凝土层的密实度大，孔隙度小，因此含水率低，所以一般ρ_C＞ρ_S，甚至常常是ρ_C＞＞ρ_S。而地表土层一般都很疏松，含水率高，ρ_S低，基本近似于常水的电阻率ρ_W，即ρ_S≈ρ_W。当把被检测的钢筋混凝土构件中的钢筋近似视为无限长线带电体时。如果构件中钢筋之外的混凝土保护层完好无损，则在构件的钢筋走行方向上，构件外表面上的电位或电场强度的分布就应与理论上等位面的分布基本一致。如果构件发生了断裂、夹泥、缩颈等损伤，泥土或地下水就会取代损伤处的混凝土保护层而直接与构件中的钢筋接触。由于ρ_C≠ρ_S≈ρ_W，使得构件在钢筋走行的方向上分布了不同电阻率ρ的介质，此时在构件外表面上与损坏部位相对应的位置上测得的电位或电场强度与混凝土保护层完好部位的电位或电场强度间会表现出差异，而且ρ_C与ρ_S相差越大，损坏处的电位和电场强度的异常改变也就越显著。

根据这一原理，本发明的检测方法是，在包括供电电源、被检测构件中的钢筋和被检测构件所处的，并能与被检测构件电性导通的周围环境在内的供电回路中，由供电电源提供连续恒定的传导电信号，如电压或电流等信号，这样就可以使得供电回路中的电流强度基本保持不变。此时被检测构件中的钢筋可近似视为无限长线带电体。当构件中有数根钢筋时，由于它们之间都是要通过金属笼相互连接和固定的，因此对一根钢筋通电，其余钢筋都会带电，其结果等于有几根无限长线性带电体存在。根据场的叠加理论。其电场的电位曲线表现仅是使幅值增大而已。供电电源所提供的传导电信号既可以是直流信号，也可以是交流信号，一般以提供直流信号为方便。但如果在检测环境中有较强的工频信号干扰时，也可改用不易与工频信号相混的低频交流信号。在被检测构件中钢筋走行的方向上，而不是在与钢筋走行方向相垂直的方向上，于靠近被检测构件的位置，用电位差计检测与被检测构件相对应的各处的电位或电场强度值。在被检测构件无损伤的正常情况下，检测到的电位或电场强度曲线应是一条平滑的曲线或直线。当被检测构件钢筋外的混凝土保护层有损伤时，相应在该处检测到的电位或电场强度曲线就会发生或凸起，或凹进，或其它形式的异常改变。其变化的表现形式与电源正负极的连接方向有关，而变化程度的大小在供电电流恒定的情况下，就与损伤的程度有关。供电电源中与周围环境连接的电极距离被检测的构件越远，检测得到的电位曲线就越接近于直线，损伤部位所引起的电位或电场强度的变化就越不易为曲线本身的变化趋势所掩盖，因而越便于识别。由电场理论可知，距离被检测构件越远，该处的电位越低。测得的信号将越弱。同时由损伤部位所引起的电位或电场强度的改变量与正常量的比值，即变化率也越小。因此检测时电位差计的测量电极应尽可能地靠近被检测构件。当然最理想的是在被检测构件的外表面进行检测，这样可获得最强的检测信号。

在本发明的检测方法中，测量电位或电场强度时以选用高输入阻抗的电位差计进行测量为好，这样可以提高小输入信号时测量值的精度。

当需要确定质量的钢筋混凝土构件的数量较多，例如有较多的建筑物基础桩基时，为避免完全凭随机方法确定被检测构件，可先将全部构件根据其结构、规格、材料和周围环境，接地条件等因素进行分类。对同类构件，在供电电源接地条件不变，供电信号保持恒定的条件下，通过供电回路中的电流计、分别逐一检测它们各自在与电源组成的回路中的电流强度。正常情况下供电回路中电源的两个电极之间依次应有钢筋-混凝土保护层-周围环境等导电介质。由于在同类构件中的各种条件基本相同，因此在上述供电条件下，在同类构件中的各个构件所组成的回路中，电流强度应基本一致。如果某一构件有损伤而使周围环境介质与钢筋直接接触。或由于其它原因使正常情况下的ρ_C变小，则由这种构件组成的回路中的电流强度与正常构件组成的回路中的电流强度相比，就会有不同程度的增大。因此凡在这种电流强度变大的回路中的构件，发生损伤的可能性最大，应列入重点检测对象的范围。再结合各构件的重要性因素，就可以选出和确定应重点检测的构件对象了。如果对这种发生损坏可能性最大的构件检测的结果证明是完好无损的，则由此推论其余构件质量完好，就更加科学可靠，提高了检测的准确性和实际上的把握性。

采用本发明的方法对钢筋混凝土构件的质量进行检测，准确度高。检测出的电位或电场强度曲线的异常变化部位与被检测构件的实际损伤部位的对位误差小，一般在10厘米以内。检测时如能加大供电信号，就可以有效地压制各种干扰信号，使检测得到的电位或电场强度曲线上的异常变化信号更加突出，有利于对测量曲线的解释，提高灵敏度。如果同时测出电位曲线和电场强度曲线，二者相互对照，则对曲线上异常现象的解释就更加准确和有把握。若能配合已掌握的有关参考材料，例如检测桩基质量时，配合由电阻路测井资料等地质资料进行分析，则对检测曲线中异常现象的解释几乎没有多解性。本发明的检测方法简单方便易行，不需要复杂昂贵的设备。因此所需费用较低。检测周期短，灵活性强，以检测建筑物基础的桩基为例，使用超声波法和钻孔取芯法等检测方法时，都必须在被检测的桩基上打出一个或数个与桩基等长的孔，而使用本发明的方法检测时，只需要在被检测桩基近旁的地表土层上钻出与桩基长度大致相当的测量孔。二者钻孔的难易程度以及所需要的设备、费用和周期的差异是显而易见的。因此本发明的方法特别适用于对各种建筑设施基础桩基等埋于地下不易检测的钢筋混凝土构件的质量进行检测，尤其能很方便地检测出如灌注桩的缩颈等质量问题，而这一点是目前各种检测方法都难于与之相比拟的。使用本发明的方法进行检测，无论是检测过程中还是检测结束后，都不会给被检测构件造成丝毫的损坏，这也是本发明的检测方法所具有的优点之一。配合对电流强度的检测，还可以改变目前完全靠随机选择被检测构件的作法，使对全体构件质量的了解和掌握更加全面、真实和可靠。

通过以下实施例可以更清楚地说明本发明的检测方法。

图1    检测钢筋混凝土桩基的示意图

图2    检测曲线与桩基对应关系示意图

图3    地面上检测钢筋混凝土预制件示意图

图1为使用本发明方法检测埋于地下的桩基质量的示意图。当有较多数量的桩基时，按相同的材料、规格和相似的地质环境，接地条件等对全部桩基进行分类，同类桩基为一组，先按组分别进行检测，将供电电源（3）的负极（单电极或组合电极）打入距被检测组较远的地层中，以使电源对同组中的各桩基有基本相同的连接条件，正极分别逐一与被检测组里各桩基中的钢筋（4）连接。在电源（3）提供连续恒定的直流电压信号条件下，用电流计检测同组中由各桩基组成的回路中的电流强度，选出电流强度增大的桩基为重点检测对象。在紧靠选出的重点检测桩基（1）的近旁打一与桩基（1）基本平行的测量井（2），其长度可略长于桩基（1），井里灌注井液（如水）供电电源（3）两电极的连接方法如前，正极与桩基（1）中的钢筋（4）相接，负极打入周围地层中，电源（3）仍向供电回路中提供连续恒定的直流电压信号。将高输入阻抗（＞5MΩ）毫伏计（5）的一个测量电极（6）固定于测量井（2）的井口，另一测量电极（7）沿测量井（2）从下向上移动，测量各位置上的电位和电场强度，得到如图2所示的电位曲线和场强曲线。由曲线可以看出，当桩基（1）上有损伤断口（8）时，在曲线上的相应位置上会出现异常峯值。在图2的曲线中，桩基完好无损时应得到如实线所示的正常电位曲线（9）和场强曲线（17）。虚线所示的为有损伤断口（8）时测得的曲线。可以看出，除在与断口（8）相对应的位置上的虚线有异常的电位凸起峯（10）和场强变化峯（18）外，其余完好部分的虚线与实线是基本重合的。由于电源（3）的负极离测量井（2）较近。故测得的电位曲线呈较明显的下降趋势。但这并不影响对异常信号的观测。当供电电流I＝145mA时，电位曲线上的异常峯（10）的幅值为18mV，当供电电流I＝270mA时，异常峯（10）的幅值可达到26mV。因此加大供电信号，可使测量得到的异常信号更加突出。对大口径桩基检测时，一个测量井的检测结果不理想时，可在其周围再打若干测量井进行检测。

图3所示的是在地面上用本发明的方法检测钢筋混凝土预制件质量的方法。先在地面上挖一个能放入被检测预制件的贮水槽（11），并注满水，将被检测的预制件（12）浸没在水槽的水中。如果能设法使预制件（12）两端外露的钢筋不与槽中的水接触，则检测效果会更理想。将电源（14）的一极与预制件（12）中的钢筋（13）相连，另一电极打入水槽周围的土层中。将电位差计（15）的两测量电极间的相对距离固定后，用它们在预制件（12）的表面测量各位置上的电场强度，或将两测量电极中的一个固定，用另一个在预制件（12）的表面测量各位置上的电位。根据得到的测量曲线中异常峯值出现与否来分析判断预制件（12）是否存在损伤。

Claims (3)

1、一种无损伤性检测钢筋混凝土构件，特别是作为建筑设施基础桩基的钢筋混凝土构件质量的方法，其特征在于通过电源向包括电源、被检测构件的钢筋和被检测构件所处的，并能与被检测构件电性导通的周围环境在内的供电回路中提供连续恒定的传导电信号，于被检测构件中钢筋走行的方向上，用电位差计在靠近被检测构件的位置上检测各处的电位或电场强度值。

2、如权利要求1所述的检测方法，其特征在于检测电位或电场强度值时使用高输入阻抗的电位差计进行检测。

3、如权利要求1和2之一所述的检测方法，其特征在于在供电回路中用电流计分别逐一检测同类被检测构件中各构件在该回路中的电流强度。

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