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钢筋笼作为桩基的重要组成部分,对于桩基的抗拉、抗拔和承载力具有至关重要的作用,但是桩基础一般位于地下或者水下,容易导致个别施工单位为追求更多的非法利益而降低质量要求,从而达不到设计要求。尤其是对于灌注桩中的钢筋笼,由于一直缺乏有效的竣工后检测手段,少放现象经常发生。特别需要指出的是,对于桥梁工程,如果少放钢筋,桥的安全就会存在隐患,严重的话可能会使大桥因承重力不足而垮塌。如何在工程实践中探索出一种简单有效的桩基中钢筋笼长度质量检测方法已经迫在眉睫。本文基于充电法的原理,通过理论模拟计算和实物模型实验,旨在探索一种可以快速检测钢筋笼长度,并能给出定性解释的无损检测技术。
钢筋笼处于桩基础内部,而大部分桩体位于地下,属于隐蔽建筑中的隐蔽目标,开挖检测费时费力而且影响质量。结合工程中的这一现状,采用地球物理测量原理,使用无损检测技术来检测钢筋笼的长度方法比较合适。地球物理检测方法主要有重力法、磁法、电磁波法、瞬变电磁法、电法、地震、放射性和声波法等。采用这些方法进行探测的基础是被探测对象与周围的介质在物性、放射性、磁性、电性等方面存在明显的差异,而且这些差异要达到一定的规模。因为钢筋笼体积不大,并且不具有放射性,因此重力、放射性和地震的方法不适用于检测钢筋笼长度。目前在工程中展开应用的方法有:应力波法、电磁波法、磁法和电法等几种方法。这几种方法均利用钢筋体和非钢筋体在电磁场中引起异常变化来判断钢筋笼是否缺失,用来检测桩基中钢筋笼的长度效果比较明显。但是,这些检测都需要在桩身旁边钻孔,以便放入仪器传感器进行检测,因此,一般成本比较高,而且检测周期长。
本文了解了国内外目前桩基中钢筋笼长度无损检测技术的研究现状,并对其进行总结和评价。根据充电法的原理,研究了在对钢筋笼充电之后,其周围电场分布情况与桩基中钢筋笼长度之间的关系。根据理论分析的结果,设计了模型实验,并对结果做出了分析。首先设计了水槽模拟实验,将钢筋笼以不同深度沉入水槽中来模拟桩基中使用了了不同长度的钢筋笼。然后按比例设计了设有不同长度钢筋笼的混凝土桩模型,按照充电法的原理对其进行了检测。最后对测试数据作出了比较详细的分析论证,用图表的形式验证了理论分析的结果。
同时文章介绍了钢筋笼长度检测仪软硬件的设计。首先介绍了系统设计的整体方案,然后分别介绍了硬件各部分电路的具体实现以及软件的设计调试。硬件部分重点介绍了MSP430F1611核心电路及其外围组成电路;详细介绍了系统电源模块、键盘和显示模块、数据存储模块和预留的远程数据传输模块等电路的实现。然后介绍了本文完成的软件设计工作,包括系统主程序的设计、键盘和显示系统设计、数据采集程序设计和数据存储等相关程序的编写。
本课题一直在摸索着进行试验研究,期间也不断的进行完善,对研究工作进行了总结,主要得出以下结论。
桩基中的钢筋笼与周围混凝土和围岩之间存在明显的电性差异,可以将其看做理想导体。根据充电法原理,电流在理想的导体内流过,产生的充电电场与充电点的位置没有关系,由充电电流的大小,导电体的形状、大小等因素和周围介质的电性分布决定。模型实验表明,给不同长度钢筋笼充电后,在相同的条件下,采用电位法和电位梯度法测量其在地表产生的电场分布,存在明显的差异。通过曲线对比,可以判断出桩基中的钢筋笼是否存在严重的短缺的情况。采用充电法原理在地表检测桩基中钢筋笼的长度的无损检测方法是可行的。