聲波透射法檢測灌注樁初探

白從嬌

廣梧高速公路是國家重點公路規(guī)劃第十五橫向路線廣州云浮至蒼梧的一段,該段地形陡峻,以山地丘陵為主,屬山嶺重丘區(qū)。為了在該山地丘陵區(qū)修筑高速公路,橋梁工程在項目建設中占有相當大的比重,而用于樁基的費用在橋梁工程總造價中占有較大的比例。因為樁基施工的隱蔽性,若在施工中埋下隱患將會影響整個工程的質量驗收。因此,保證樁基工程的質量以滿足工程建設的需要,從工程結構的重要性和節(jié)約工程造價層面上來講,都是具有重要的意義。

1 工程簡介及基本資料

某高架橋在前段路線上處于整體式路基段,然后過渡到分離式路基段,左幅橋跨組合27×40+30,橋長 1110 m;右幅橋跨組合27×40,橋長1080 m。橋位區(qū)巖土性較簡單,基底由海西—印支期花崗巖、寒武系變質砂巖及風化層組成。弱風化～微風化花崗巖、變質砂巖抗壓強度較高,工程性質良好,適宜作為樁基持力層。全橋共有鉆孔灌注樁178根,其中聲測樁110根,樁基長度在10.25 m～53.95 m之間,42根人工挖孔樁,136根沖擊樁。

2 聲波透射法檢測的基本原理

聲波透射法檢測的基本原理:在灌注樁身內預埋聲測管作為檢測通道,將超聲脈沖發(fā)射換能器和超聲脈沖接收換能器置于聲測管中,管中需注滿清水作為耦合劑。它把發(fā)射系統(tǒng)送來的電信號轉換成脈沖聲波并向樁身內輻射,聲波在樁身混凝土中傳播后到達另一個聲測管,被安置在其中的接收換能器接收,接收換能器將聲波轉換成電信號,由接收放大器放大,并由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將數(shù)據(jù)送入微型計算機。接收到的聲波信號隨混凝土質量、缺陷性質的客觀情況,使穿透的聲波信號在傳播過程中發(fā)生繞射、折射,多次的反射及不同的吸收衰減,使接收信號的傳播時間、聲波的振幅、頻響特性、主頻以及脈沖波的波形、波列長度發(fā)生變化,即可對樁身混凝土是否完整、致密及缺陷是否存在,及其分布情況作出判斷,從而完成檢測工作。

3 測試準備和步驟

3.1 聲測管的安裝

此高架橋樁基樁徑不大于1.5 m時,埋設3根聲測管,大于1.5 m時,埋設4根聲測管。預埋管采用鋼管用點焊或鐵絲綁扎的方法固定在鋼筋籠的內側,為了保證聲測管的平行,可以在聲測管間點焊鋼筋。聲測管一直埋到樁底,管底預先封焊死。上端管口高出樁頂30 cm～50 cm,用塞或木樁封閉管口,防止雜物落入。

3.2 檢測前準備

檢測前要求被檢樁的混凝土齡期大于14 d,管內灌滿清水做耦合劑,并檢查聲測管的通暢情況,準確量測聲測管的內、外徑和兩相鄰聲測管外壁間的距離。

3.3 測試步驟

1)將接收和發(fā)射換能器裝好扶正后置于檢測管內,并能順利升降,調試儀器顯示清晰波形。2)從聲測管底部開始檢測,接收和發(fā)射換能器必須以相同標高同步升降,各測點兩個換能器累計相對高差不允許超過 20 mm,并隨時校正,點距不大于25 cm,發(fā)現(xiàn)異常,加密測量點距。3)檢測時應先采用平測或斜測同步進行全孔掃描,當發(fā)現(xiàn)有樁身缺陷時,宜用各種方法綜合,進一步確定。4)測試過程中發(fā)射電壓和放大器增益均應固定在適當值且始終保持不變,衰減器衰減量的調節(jié)應以接收信號初至波幅度在光屏上為2格或3格為宜,由光波確定首波初至,讀取聲波傳播時間及衰減器衰減量,依次測取各測點的聲時及波幅,并進行記錄。

測試方法有平測、斜測和扇形掃測,一般采用平測和斜測。平測是將發(fā)射和接收換能器分別置于兩個聲測管中,從管頂(或管底)開始,以一定的間距,始終保持以同一標高逐點對測。測點間距不大于250 mm。

4 檢測數(shù)據(jù)分析與判定

1)聲時判據(jù)。根據(jù)測線上各點的聲時數(shù)據(jù)繪制深度—聲時曲線,并繪出臨界線,聲時大于該臨界線的測點為異常點。

以聲時平均值 ut與聲時2倍標準差σt之和作為判定樁身有無缺陷的臨界值。

其中,n為測點數(shù);ti為混凝土中第i測點超聲脈沖波傳播時間;ut為聲時平均值;σt為聲時標準差。

2)聲速判據(jù)。根據(jù)測線上各點聲速數(shù)據(jù)繪制深度—速度曲線和臨界線,聲速低于臨界值的測點為異常點。

其中,vi為第i測點樁身混凝土檢測波速;L為測線上兩聲測管外壁之間的距離。

以聲速的平均值 uv與聲時2倍標準差σv之差作為判定樁身有無缺陷的臨界值。

3)波幅判據(jù)。根據(jù)測線上各點波幅數(shù)據(jù)繪制深度—波幅曲線和臨界線,波幅低于臨界線為異常點。

取儀器接收到聲幅的平均值的一半作為判斷樁身有無缺陷的臨界值。用衰減器的衰減量q表示聲幅,聲幅常以分貝表示。

4)PSD判據(jù)。聲時—深度曲線相鄰測點的斜率K與相鄰兩點聲時差值Δt的乘積,簡稱PSD判據(jù)。

其中,ti為第i測點的聲時值;ti-1為第i-1測點的聲時值;hi為第 i測點的深度(或高程);hi-1為第 i-1測點的深度(或高程)。

K×Δt值能在聲時—深度曲線上明顯反映缺陷的位置和性質,根據(jù)曲線的突變位置有存在缺陷的可能性,初步判定有缺陷的部位,結合聲速與波幅判據(jù)進行綜合判斷。

5 樁身完整性評價

根據(jù)樁身混凝土存在缺陷的性質、位置和程度,結合混凝土聲速離散系數(shù),將樁身的完整性分成四類。

Ⅰ類樁:每個測點的聲速、波幅均大于臨界值,波形規(guī)則衰減,無異常雜波,樁身完好,達到設計樁長,波速正常,混凝土強度等級大于設計要求。

Ⅱ類樁:個別測點的聲速、波幅均略低于臨界值,樁底反射清晰,樁身有小畸變,如輕微縮徑,混凝土局部輕度離析等,樁身混凝土波速正常,達到混凝土設計強度等級。

Ⅲ類樁:連續(xù)多個測點或某一深度處的聲速、波幅小于臨界值,波形出現(xiàn)較明顯的不規(guī)則反射,對應樁身缺陷如裂紋、混凝土離析、縮徑1/3樁截面以上,樁身混凝土波速偏低,達不到混凝土強度等級,對單樁承載力有一定影響,該類樁要求設計單位復核單樁承載力后提出是否處理的意見。

Ⅳ類樁:連續(xù)多個測點或某一深度處的聲速、波幅明顯小于臨界值,PSD值突變,波形嚴重畸變,對應樁身缺陷如裂縫、混凝土嚴重離析、夾泥、嚴重縮徑、斷裂等,這類樁一般不能使用,需進行工程處理。

根據(jù)以上分類標準對110根樁進行分析,結果為:Ⅰ類樁83根,比例為75.5%;Ⅱ類樁27根,比例為24.5%;無Ⅲ類樁和Ⅳ類樁。

6 結語

本文對聲波透射法檢測灌注樁的基本原理、測試步驟、數(shù)據(jù)分析與判定和樁身完整性評價進行初步探討,通過工程實踐和分析,可以了解到聲波透射法能比較準確地檢測到樁身混凝土的夾泥、裂縫、離析、蜂窩等缺陷,為該高架橋樁基的施工驗收提供了可靠的依據(jù)。

[1]劉吉士,張俊義,陳亞軍.橋梁施工百問[M].北京:人民交通出版社,2003:7.

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[3]葛 方.鐵路基樁超聲檢測的可靠性分析[J].山西建筑,2008,34(25):129-130.