灌注樁超聲波檢測方法與質量缺陷判定技術研究

趙賽雷

(貴州省交通科學研究院有限責任公司)

0 引 言

鉆孔灌注樁作為最為常見的基礎形式，在公路、鐵路、水利以及建筑工程施工中得到了廣泛的應用。然而鉆孔灌注樁工程在施工作業過程中，極易由于施工技術水平、施工作業機械設備以及施工現場作業條件等一系列因素的影響，出現各種施工質量問題。鉆孔灌注樁一旦出現工程施工質量問題，不僅會造成后續施工無法繼續開展，同時也會嚴重影響工程設施的安全性?，F階段為了控制鉆孔灌注樁工程施工質量，經常使用超聲波透射法進行鉆孔灌注樁工程施工質量檢測，由于超聲波透射法能夠準確的判斷樁基缺陷位置，因而能夠準確的評價樁基工程施工質量，在樁基施工試驗檢測中具有非常好的適用性。

1 超聲波透射法檢測樁基質量的原理及技術優勢分析

超聲波透射法檢測橋梁樁基主要是通過在混凝土樁基內事先預埋檢測管作為超聲波法的檢測通道，并在聲測管內加入試驗檢測的耦合劑(主要以水作為介質)，之后將超聲波檢測設備的超聲波發射探頭與接收探頭置于聲測管的兩側，利用超聲波檢測設備所發出的超聲波脈沖，試驗檢測超聲波脈沖經過樁基的時間、超聲波穿過后的波幅、超聲波的主頻率、超聲波波形以及頻譜等一系列的參數，并通過這些參數作為判斷分析的依據，對混凝土樁基的施工質量以及存在缺陷的位置進行判斷分析。利用透射法進行鉆孔灌注樁試驗檢測的技術優勢主要有以下幾方面:

(1)試驗結果準確可靠。由于采用透射法進行鉆孔灌注樁的試驗檢測，具有檢測細致的特點，而且通過加密、斜測等手段可以準確的判斷出現質量問題的樁基缺陷范圍，并對鉆孔灌注樁施工質量進行評定。

(2)適用范圍較廣。透射法進行鉆孔灌注樁的試驗檢測，不受樁長、樁徑等條件的限制，適用范圍相對較廣，而且也不會受缺陷數量限制。

(3)利用透射法進行鉆孔灌注樁的試驗檢測，不存在檢測盲區，可以對樁頂低強區和樁底沉渣厚度進行準確的檢測，而且通過測量波速等一系列的數據可估算樁身混凝土強度。

(4)試驗方法簡單。聲波透射法檢測鉆孔灌注樁施工質量，設備先進、技術成熟，試驗條件只要是聲測管露出地面(或水面)即可進行試驗檢測。

2 聲波透射法試驗檢測流程

(1)布置超聲波透射聲測管。在鉆孔灌注樁鋼筋骨架綁扎施工時，應該同時布置好聲測管，對于聲測管的數量，應該按照樁基直徑不足0.8 m 的情況布置2 根聲測管，樁基直徑在0.8 ～2.0 m 布置3 根聲測管，樁基直徑在2.0 m 以上時布置4 根聲測管的密度設置。聲測管的布置方式如圖1所示。

圖1 聲測管布置方式

(2)試驗檢測準備工作。在利用超聲波透射法對鉆孔灌注樁施工質量進行試驗檢測前，首先應該做好下列準備工作:首先，應該確保被檢灌注樁的混凝土齡期超過兩周，混凝土的強度已經基本達到設計要求;其次，聲測管內應灌滿清水，同時保證通暢并量測聲測管的內、外徑和兩相鄰聲測管外壁間的距離，控制量測精度在±1 mm 范圍內;在試驗開始之前檢查換能器扶正器是否完好、合適，是否能夠正常工作。

(3)技術參數的修正。為了確保試驗數據的準確可靠，在超聲波透射法試驗檢測開始之前，應該對延遲時間以及聲時修正值進行檢測，聲時修正值t'的計算公式所示

式中:D 為聲測管的外徑，mm;D 為聲測管內徑，mm;d'為換能器外徑，mm;vt為聲測管壁厚度方向聲速，km/s;vw為水的聲速，km/s。

(4)超聲波透射法試驗檢測。首先應該對超聲檢測儀的各項參數進行細致的調整，使得接收信號具有較高的信噪比，同時確保超聲波波幅在顯示器中能夠適當的顯示出來。測點的間距一般需要控制在0.2 ～0.5 m 左右，對于發射以及接收換能器應該在同一標高或者是相差固定的高度進行檢測，順序一般按照從聲測管的底部自下而上的順序進行，同時在試驗檢測過程中應該控制測點發射與接收換能器累計相對高差不超過2 cm，重點對超聲波的行聲時、波幅及接收波頻率等參數數據進行收集。如果試驗過程中，波形不正常則應該及時通過平測、斜測、雙向斜測及扇形掃測等方式進行加密測量。

3 超聲波透射法缺陷判定技術

(1)超聲波透射法異常點的判斷。首先對于異常點的判斷是基于如下的理論即正常的樁基混凝土質量波動屬于偶然的誤差，因此聲波透射法檢測的測點應該符合正態分布的特性，然而對于存在質量問題的樁基，例如由于漏振或者是漏漿等問題造成的質量缺陷，則不滿足正態分布的特點，因此對于聲波透射法檢測數據中缺陷異常點的分析就是以臨界值作為分析標準?？梢酝ㄟ^對聲波透射法檢測的剖面個點的聲速或者是波幅作為評價標準，按照概率方法尋找聲波透射法中的缺陷點。具體判定標準如公式(2)所示

式中:VD為超聲波的聲速臨界值，km/s;Vm為聲速平均值，km/s;Sv為聲速標準差，km/s;AD為波幅衰減臨界值，dB;Am為波幅衰減平均值，dB;

(2)缺陷范圍的判斷。鉆孔灌注樁的質量缺陷通常使用陰影重疊法進行判斷，在統計分析數據之后，明確鉆孔灌注樁的所有缺陷點，然后對常規對測點以及加密對測點中缺陷點進行疊加，其中疊加重合區域既可以初步判斷為鉆孔灌注樁的質量缺陷范圍。

圖2 聲測管缺陷范圍疊加判斷示意圖

(3)鉆孔灌注樁缺陷性質的判斷。在明確了鉆孔灌注樁的缺陷范圍之后，應該對鉆孔灌注樁的缺陷性質進行初步的判斷，可以參考一下標準進行鉆孔灌注樁的缺陷判斷:如果是聲速不變、波幅衰減或者是波幅不變、聲速衰減則有可能是混凝土出現離析;如果聲速下降范圍較小，而波幅明顯的出現衰減，則表明混凝土可能存在蜂窩病害;如果波幅衰減嚴重，則可以通過進一步的斜測判斷是否存在孔壁坍塌或泥團;如果聲速與波幅都有明顯下降，則可能是存在層狀缺陷，如果鉆孔灌注樁的底部聲速低、波幅衰減嚴重，則有可能是存在樁底沉渣。

(4)鉆孔灌注樁完整性的評價。對于鉆孔灌注樁的完整性評價，可以參考表1 進行評價。

表1 超聲波透射法檢測抗完整性評定表

4 結 語

超聲波透射法檢測作為灌注樁施工質量檢測重要方法，可以準確的查明鉆孔灌注樁的工程施工質量問題區域，尤其是對于大樁徑以及超長鉆孔灌注樁，能夠細致準確的評價鉆孔灌注樁施工質量。

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