内窥镜法在钢筋套筒灌浆饱满度检测中的应用研究

孙硕科，郝雨杭，付素娟，刘梦瑶

（1.河北省建筑科学研究院有限公司，河北 石家庄 050000；2.河北省绿色建筑产业技术研究院，河北 石家庄 050000；3.河北省既有建筑综合改造技术创新中心，河北 石家庄 050000）

0 引言

装配式建筑具有建造速度快、绿色环保、节约劳动力的特点，符合国家供给侧改革和建筑业改革的发展方向。近年来，国家也出台了一系列发展装配式建筑的政策，促进装配式建筑的发展，力争 2026 年左右，使装配式建筑占新建建筑的比例达到 30 %，这也标志着我国今后新型城镇化进程中，以装配式混凝土建筑为代表的工业化建筑将进入快速、规模化发展阶段［1］。

目前，套筒灌浆技术被广泛应用于装配式建筑工程中，对建筑中的钢筋连接有着重要的作用。钢筋套筒灌浆技术的使用保证了建筑物钢筋连接的稳固性，通常情况下用于装配式高层建筑工程项目中的预制构件竖向连接，由拌合物硬化形成整体进而实现传力钢筋的对接［2］。钢筋套筒灌浆连接质量主要取决于套筒内部钢筋锚固长度是否满足规范要求，实际施工过程中，可能由于漏浆、堵塞等情况的发生，从而出现灌浆不饱满的问题，严重影响结构的安全［3］。

人们对于装配式建筑的印象是由一块块的预制构件拼接而成，其连接处是否安全可靠是人们所关心的重点问题。套筒内部灌浆质量的好坏直接决定了装配式混凝土建筑结构安全性能的好坏［4，5］。

相比于其他钢筋套筒灌浆检测方法，内窥镜法用于检测套筒灌浆饱满度，由于操作简单、携带方便、观测结果直观［6］，已在实际工程中得到了较为广泛的应用。目前，对于应用内窥镜法检测钢筋套筒灌浆饱满度误差方面的研究较少，基于此，本文采用内窥镜法对钢筋套筒灌浆进行饱满度检测，并对将其应用于检测套筒灌浆饱满度的误差进行分析。

1 工业内窥镜构造原理

工业内窥镜是光、机、电一体的 NDT 仪器［7］，依据构造原理的不同可分为硬性内窥镜、纤维内窥镜和电子视频内窥镜。

1.1 硬性内窥镜构造原理

硬性内窥镜构造组成如图1 所示。它由导光束、目镜、转像透镜、不锈钢管和物镜组成。导光纤维的作用是提供传光照明，提高呈现图像亮度；转向透镜的作用是应用光学技术传输图像。在不锈钢管与转像透镜重叠部分设置了若干光学元件，共同构成了内窥镜的转像透镜系统，内置的光纤可以将冷光源直接传输至工作位置。

图1 硬性内窥镜构造

通常硬性内窥镜的直径为 1～20 mm，其长度为 50 ～1 000 mm，在仪器内部检查方面应用较为广泛，可用于航天机体架构、涡轮叶片、燃烧室的检查等，也可应用于制造行业的 NDT 工作。

1.2 纤维内窥镜构造原理

纤维内窥镜的构造组成如图2 所示。它是由先端部、弯曲部、导向束、操作部、目镜以及柔软部导光束等组成。目镜可直接观测到通过传像纤维传输的图像，纤维内窥镜中纤维束、调校前端摆头角度及光纤中的钢丝均需要全部内置，通常会配置专用冷光源进行亮度调节。

图2 纤维内窥镜构造

纤维内窥镜的物镜可通过弯曲部进行弯曲，即可以改变观测物镜的运行轨迹，而硬性内窥镜由于主体结构为不锈钢管，不能改变视线方向。

传像纤维束是由数万根玻璃纤维单丝集成于一体的单根传像束，直径相同的条件下，一根传像束中所包含的单丝越多，所传输的画质就会越清楚。纤维内窥镜在使用时，不能硬折，否则可能会损坏传像纤维束，缩短其使用寿命。

1.3 电子视频内窥镜构造原理

电子视频内窥镜的内部构造如图3 所示。

图3 电子视频内窥镜构造

电子视频内窥镜由先端部、CCD 靶面、光导管、柔软部、控制部、连接器及监测器等组成。CCD 靶面可以接受来自物镜的成像信息，并将图像信息转变为控制组可识别的电子信号，控制组在接受到电子信号后将图像传送至显示器上进行显示。

通常电子视频内窥镜的直径为 6～20 mm，长度为 2～100 m。

2 试验概况

2.1 试件设计

试验共制作了 16 个直径及灌浆饱满度不同的钢筋套筒，套筒中钢筋居中布置，本次试验针对灌浆饱满度为 50 %、60 %、70 % 和 80 %的钢筋套筒进行内窥镜检测；试件示意图如图4 所示。

图4 试件示意图

试件的基本信息如表1 所示。

表1 试件列表

2.2 试件的制作

制作试件时，为了更加贴近实际工程，本次试验所涉及到的灌浆饱满度指的是钢筋套筒灌浆腔总长度的百分比，例如 50 % 的饱满度，灌浆的高度为钢筋套筒灌浆腔的长度 50 %。为了保证试件灌浆后不发生扰动，制作木架放置套筒，使之灌浆后保持竖直静置状态，养护 28 d 后进行内窥镜检测。浇筑完成后的试件如图5 所示。

图5 试验试件照片

2.3 试验装置及测试方法

2.3.1 试验装置

本次检测采用工业视频内窥镜，试验设备如图6 所示，该内窥镜具有视频拍摄保留和比较测量的功能，可以满足灌浆套筒饱满度检测的要求。

图6 检测用内窥镜

2.3.2 测试方法

实际检测过程如图7 所示。需要结合钻孔方法进行内窥镜检测。本试验为方便检测，没有将养护好的灌浆套筒试件预埋至预制构件中，因此，可直接从套筒出浆口进行检测，检测过程中，保持灌浆套筒竖直放置。

图7 现场检测照片

3 试验结果及分析

采用内窥镜方法对不同灌浆缺陷的套筒试件进行检测，检测结果以图像方式进行呈现，结果较为直观。

3.1 不同直径灌浆套筒检测结果

由于试件数量较多，为了更具针对性地说明内窥镜法的检测结果，本文挑选套筒型号为 JM-GT16、JMGT20 和 JM-GT25、灌浆饱满度为 50 % 和 80 % 的试件进行说明，检测结果如表2 所示。

表2 不同直径灌浆套筒内窥镜检测结果

从表2 中检测结果可以看出，内窥镜检测的结果可以直观反映套筒内部灌浆情况。当套筒内部灌浆饱满度为 50 % 时，不同直径下的检测照片均可反映灌浆较少，不饱满；当套筒内部灌浆饱满度为 80 % 时，由于探头距离灌浆料顶面较近，视距不足，对应的检测结果照片判断灌浆缺陷不是十分理想，此时可以借助内窥镜的测距功能进行辅助判断。

3.2 内窥镜检测饱满度的误差分析

内窥镜检测方法需要对灌浆套筒进行钻孔测量，内窥镜测距结果与实际值存在误差，表3 统计了灌浆饱满度为 50 %、60 %、70 % 和 80 % 的各个试件理论灌浆长度和实际检测的灌浆长度，并计算各个试件灌浆检测的误差。

表3 内窥镜检测误差表

从表3 中可以看出，通过内窥镜法检测的灌浆长度与理论灌浆长度相差较小，最大误差为 12.27 %，考虑到出浆孔钻孔位置的偏差以及实际灌浆缺陷，可以认为内窥镜法检测结果具有较高的准确性。同时也应该注意到，当灌浆液面不低于出浆口下端面时，由于灌浆缺陷较小，采用内窥镜法检测不到，因此，该检测方法理论上具有一定的局限性。而在实际工程项目中，超过 90 % 的饱满度的灌浆套筒对于钢筋的锚固力已足够，并具有一定的安全度储备，因此该方法可以应用到实际工程检测中去。

4 结语

通过基于内窥镜法所测得套筒灌浆饱满度的试验结果，可以得出以下结论。

1）当套筒内部灌浆饱满度为 80 % 时，由于探头距离灌浆料顶面较近，视距不足，对应的检测结果照片判断灌浆缺陷不是十分理想。

2）内窥镜法对套筒灌浆缺陷进行定量检测，检测灌浆长度结果的误差范围大部分集中在 6 % 以内，个别误差 12.27 %，考虑到出浆孔钻孔位置的偏差以及实际灌浆缺陷，内窥镜法定量检测结果具有较高的准确性。

3）内窥镜检测可以结合钻孔方法对装配式混凝土建筑节点套筒灌浆缺陷进行检测，该法可适用于施工、验收阶段以及使用阶段。Q