工业内窥镜技术现场检测灌浆套筒施工质量的方法研究

在装配式混凝土结构中,竖向受力构件连接是保证结构质量的关键,其主要的连接方式是灌浆套筒连接。采用取出实体剖开检测的方法分析了灌浆套筒施工的主要质量问题。提出了采用工业内窥镜技术检测套筒施工质量的方法,并通过某实际工程验证灌浆套筒中锚固钢筋长度和灌浆饱满度。结果表明,采用工业内窥镜技术可以很好地检测灌浆套筒中锚固钢筋长度和灌浆饱满度。

2016年9月30日,国务院办公厅印发了《关于大力发展装配式建筑的指导意见》,提出:要大力推广装配式建筑,减少建筑垃圾和扬尘污染,缩短建造周期,提升工程质量;争取用10年左右时间,使装配式混凝土建筑占新建建筑的比例达到30%。装配式混凝土建筑是指通过可靠的钢筋连接技术将预制部品在现场装配安装而成的建筑,其中钢筋连接技术是装配式建筑的关键技术之一。目前我国装配式建筑竖向构件主要采用的连接方式有灌浆套筒连接、浆锚连接和机械连接3种,其中以灌浆套筒连接为主。灌浆套筒施工质量的好坏直接影响建筑物结构的受剪承载能力和抗震能力,是目前社会关注的焦点和研究的热点。

灌浆套筒的施工属于隐蔽工程,其检测验收难度较大,现有的检测技术不能直观地检测出灌浆套筒的施工质量情况。预埋传感器法、预埋钢丝拉拔法等方法缺少随机性; 冲击回波法对浆锚搭接有效,对套筒效果不明显; X射线法对厚200mm左右的混凝土内套筒有效,对更厚的预制混凝土构件如预制柱等效果不明显。针对灌浆套筒灌浆不饱满的原因主要是出浆口附近空洞的现象以及套筒出浆口直径小等特点,本文研究,提出工业内窥镜技术检测灌浆套筒的施工质量。

1灌浆套筒检测存在的问题分析

2017年至2018年,对部分住宅项目工程现场灌浆套筒,采用取出实体剖开检查的方法进行了施工质量检测,每层抽取1根套筒,抽样率约1%。共检测全灌浆套筒120根,其中20%套筒中存在空洞、不饱满的现象,不饱满区域全部集中在出浆口附近,如图1(a)所示; 20%套筒存在下部锚固钢筋长度不足现象,如图1(b)所示。共检测半灌浆套筒360根,其中13%套筒存在空洞、不饱满现象,不饱满区域全部集中在出浆口附近; 10%套筒存在锚固钢筋长度不足现象,如图1(c)所示。

图1 灌浆套筒存在的问题

以上工程实践分析再次证明,灌浆不饱满(有空洞)和锚固钢筋长度不足是灌浆套筒施工质量的两种主要问题。灌浆不饱满及锚固钢筋长度不足会导致建筑物结构的受剪承载能力和抗震能力不足,影响结构安全。因此灌浆套筒施工质量的检测对保证装配式建筑的质量具有重要意义。

2工业内窥镜技术

2.1 工业内窥镜介绍

工业内窥镜按照成像形式分为:光学内窥镜、光纤内窥镜、电子内窥镜。本研究使用的工业内窥镜为电子内窥镜,此内窥镜采用高品质电荷耦合元件,像素44万以上,成像清晰,镜头控制器具有全程无极自动调节亮度的功能; 高动态范围图像捕捉技术可以自动调节远处黑暗区域和近处眩光区域的曝光时间,生成整体明亮的高清图像,然后通过视频终端显示。本研究使用的工业内窥镜技术能对弯曲管道深处探测,能观察到肉眼不能直接观测到的部位,能在密封空腔内观察内部空间结构与状态,能实现观察与距离测量。

2.2 套筒灌浆饱满度检测准备及步骤

灌浆饱满度是指钢筋套筒灌浆连接或浆锚搭接连接灌浆结束并稳定后,套筒或孔道内水泥基灌浆料液面到达出浆口的程度,饱满度B=(l-h)/8d(对于半灌浆套筒,l为套筒出浆口至套筒底部的长度; 对于全灌浆套筒,l为套筒出浆口至套筒中部(限位)的长度; h为测量锚固钢筋上端面到出浆口内窥镜镜头的垂直距离,d为钢筋直径),当B≥1时,饱满度合格。

2.2.1 检测准备

检测设备及辅助设备应包括具备三维立体测量功能的工业内窥镜、刚性套管、冲击钻及清孔设备。内窥镜应能够实时显示测量镜头与被测物体表面的距离,内窥镜探头的直径不大于4mm。

检测前应确定设备是否正常工作,具有测量功能的内窥镜应使用校准试块标定; 确定套筒的种类、规格和位置等; 根据检测要求和现场的条件,确定检测部位。

2.2.2 检测步骤

工业内窥镜技术用于检测灌浆套筒饱满度的示意图如图2所示。检测步骤如下:1)使用冲击钻沿着灌浆套筒出浆口将出浆口处浆料钻开,并且钻至锚固钢筋表面(不破坏钢筋); 2)使用鼓风机把出浆口清理干净; 3)先将直视观察镜头安装在探头上,并对出浆口内部进行观察,判断灌浆是否饱满; 如不饱满,应进行下一步检测; 4)更换安装侧视测量镜头,将侧视测量镜头伸入刚性套管,使侧视测量镜头伸出刚性套管的另一端,然后将保护套管伸入出浆口,使侧视测量镜头可以观测连接钢筋与套筒之间的缝隙,固定保护套管,测量侧视镜头到套筒内灌浆料表面之间的垂直距离,根据垂直距离算得套筒内部空洞的大小,对套筒的饱满度情况进行定量地分析。

2.3 套筒锚固钢筋长度检测步骤

2.3.1 半灌浆套筒

半灌浆套筒锚固钢筋长度检测步骤如下:1)将直视观察镜头安装于内窥镜探头上; 2)镜头伸入刚性套管,使镜头伸出刚性套管的另一端; 3)将刚性套管伸入出浆口内; 4)选择合适的位置拍摄图像; 5)分析拍摄图像,若锚固钢筋顶部超过套筒出浆口位置,即锚固钢筋长度超过设计锚固长度8d,可直接判定锚固钢筋长度是否满足要求; 6)若锚固钢筋顶部未超过套筒出浆口位置,更换安装侧视测量镜头,选择合适的位置,拍摄三维立体图像,确定锚固钢筋上端面,通过测量锚固钢筋上端面到出浆口内窥镜镜头的垂直距离,计算得到锚固钢筋长度。半灌浆套筒锚固钢筋长度测量示意见图3。

图2 工业内窥镜技术检测灌浆套筒饱满度示意图

图3 半灌浆套筒锚固钢筋长度测量示意图

2.3.2 全灌浆套筒

全灌浆套筒锚固钢筋长度检测步骤如下:1)将直视测量镜头安装于内窥镜探头上; 2)将内窥镜探头直接从入浆口伸入灌浆套筒内部,在入浆口与锚固钢筋缝隙处向上弯曲,继续向上推进伸入,使探头到达限位环附近,并通过直视测量镜头对灌浆套筒内的限位环和限位环上方的出浆口端锚固钢筋下表面进行成像,选择合适的位置拍摄图像; 3)选择图像中限位环表面的三个点(三个点应基本处于同一高度),将选择的三个点连接成一个平面,接着在出浆口端锚固钢筋的下表面选择第四个点,计算下表面到平面的垂直距离,通过限位环表面至灌浆套筒顶部的距离与锚固钢筋的下表面至限位环表面垂直距离之差得到上部钢筋的长度; 4)通过同样的原理测得套筒底部钢筋的长度。全灌浆套筒锚固钢筋长度测量示意图见图4。

图4 全灌浆套筒锚固钢筋俯视图及长度测量示意图

3 工业内窥镜技术在某工程中的应用案例

某装配式建筑工程的预制装配率达到40%以上。预制构件为预制叠合板、预制楼梯、预制柱。预制柱为灌浆套筒连接。每个柱有12个套筒。在和质监站、建设单位、监理单位及施工单位充分沟通后,使用工业内窥镜技术对工程现场预制柱灌浆套筒进行饱满度检测,共检测7栋楼,检测结果如表1所示。使用工业内窥镜技术检测时对套筒出浆口进行微破损,可以直观地反映出套筒内部的灌浆饱满度情况。

根据检测结果汇总分析,灌浆套筒不饱满现象主要集中在套筒的出浆口附近的侧向孔洞处(图5),主要为灌浆料回落所致,如满足设计锚固长度的要求,后续应进行补浆,防止套筒及内部带肋钢筋锈蚀; 4个有空洞的套筒可能是灌浆未灌满或者是大面积漏浆所致,导致插入钢筋不满足锚固长度的要求,建议通过有资质的设计单位验算锚固长度,确定后续是否需要对这些套筒采取专项加固措施。

预制柱灌浆套筒饱满度检测结果汇总 表1

图5 灌浆套筒不饱满情况及空洞深度

结语

在微破损的情况下使用工业内窥镜检测灌浆套筒的质量是一种较好的办法,特别是针对预制柱的灌浆套筒连接质量,该方法便捷、直观、高效,既可以定性分析,又可以定量计算。在一些特殊情况下无法使用工业内窥镜技术进行检测,例如钢筋偏位、钢筋位置靠近出浆口等。工业内窥镜技术检测灌浆套筒的方法还需要继续完善,和其他方法结合可提高检测准确性。