灌注樁超聲波檢測方法與質(zhì)量缺陷判定技術(shù)研究

趙賽雷

(貴州省交通科學(xué)研究院有限責(zé)任公司)

0 引 言

鉆孔灌注樁作為最為常見的基礎(chǔ)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(yīng)用。然而鉆孔灌注樁工程在施工作業(yè)過程中，極易由于施工技術(shù)水平、施工作業(yè)機(jī)械設(shè)備以及施工現(xiàn)場作業(yè)條件等一系列因素的影響，出現(xiàn)各種施工質(zhì)量問題。鉆孔灌注樁一旦出現(xiàn)工程施工質(zhì)量問題，不僅會造成后續(xù)施工無法繼續(xù)開展，同時也會嚴(yán)重影響工程設(shè)施的安全性?，F(xiàn)階段為了控制鉆孔灌注樁工程施工質(zhì)量，經(jīng)常使用超聲波透射法進(jìn)行鉆孔灌注樁工程施工質(zhì)量檢測，由于超聲波透射法能夠準(zhǔn)確的判斷樁基缺陷位置，因而能夠準(zhǔn)確的評價樁基工程施工質(zhì)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(zhì)量的原理及技術(shù)優(yōu)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(nèi)事先預(yù)埋檢測管作為超聲波法的檢測通道，并在聲測管內(nèi)加入試驗檢測的耦合劑(主要以水作為介質(zhì))，之后將超聲波檢測設(shè)備的超聲波發(fā)射探頭與接收探頭置于聲測管的兩側(cè)，利用超聲波檢測設(shè)備所發(fā)出的超聲波脈沖，試驗檢測超聲波脈沖經(jīng)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(shù)，并通過這些參數(shù)作為判斷分析的依據(jù)，對混凝土樁基的施工質(zhì)量以及存在缺陷的位置進(jìn)行判斷分析。利用透射法進(jìn)行鉆孔灌注樁試驗檢測的技術(shù)優(yōu)勢主要有以下幾方面:

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

(2)適用范圍較廣。透射法進(jìn)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(shù)量限制。

(3)利用透射法進(jìn)行鉆孔灌注樁的試驗檢測，不存在檢測盲區(qū)，可以對樁頂?shù)蛷?qiáng)區(qū)和樁底沉渣厚度進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測，而且通過測量波速等一系列的數(shù)據(jù)可估算樁身混凝土強(qiáng)度。

(4)試驗方法簡單。聲波透射法檢測鉆孔灌注樁施工質(zhì)量，設(shè)備先進(jìn)、技術(shù)成熟，試驗條件只要是聲測管露出地面(或水面)即可進(jìn)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(yīng)該同時布置好聲測管，對于聲測管的數(shù)量，應(yīng)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(shè)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(zhǔn)備工作。在利用超聲波透射法對鉆孔灌注樁施工質(zhì)量進(jìn)行試驗檢測前，首先應(yīng)該做好下列準(zhǔn)備工作:首先，應(yīng)該確保被檢灌注樁的混凝土齡期超過兩周，混凝土的強(qiáng)度已經(jīng)基本達(dá)到設(shè)計要求;其次，聲測管內(nèi)應(yīng)灌滿清水，同時保證通暢并量測聲測管的內(nèi)、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(nèi);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(shù)參數(shù)的修正。為了確保試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠，在超聲波透射法試驗檢測開始之前，應(yīng)該對延遲時間以及聲時修正值進(jìn)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(nèi)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(yīng)該對超聲檢測儀的各項參數(shù)進(jìn)行細(xì)致的調(diào)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(dāng)?shù)娘@示出來。測點(diǎn)的間距一般需要控制在0.2 ～0.5 m 左右，對于發(fā)射以及接收換能器應(yīng)該在同一標(biāo)高或者是相差固定的高度進(jìn)行檢測，順序一般按照從聲測管的底部自下而上的順序進(jìn)行，同時在試驗檢測過程中應(yīng)該控制測點(diǎn)發(fā)射與接收換能器累計相對高差不超過2 cm，重點(diǎn)對超聲波的行聲時、波幅及接收波頻率等參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集。如果試驗過程中，波形不正常則應(yīng)該及時通過平測、斜測、雙向斜測及扇形掃測等方式進(jìn)行加密測量。

3 超聲波透射法缺陷判定技術(shù)

(1)超聲波透射法異常點(diǎn)的判斷。首先對于異常點(diǎn)的判斷是基于如下的理論即正常的樁基混凝土質(zhì)量波動屬于偶然的誤差，因此聲波透射法檢測的測點(diǎn)應(yīng)該符合正態(tài)分布的特性，然而對于存在質(zhì)量問題的樁基，例如由于漏振或者是漏漿等問題造成的質(zhì)量缺陷，則不滿足正態(tài)分布的特點(diǎn)，因此對于聲波透射法檢測數(shù)據(jù)中缺陷異常點(diǎn)的分析就是以臨界值作為分析標(biāo)準(zhǔn)?？梢酝ㄟ^對聲波透射法檢測的剖面?zhèn)€點(diǎn)的聲速或者是波幅作為評價標(biāo)準(zhǔn)，按照概率方法尋找聲波透射法中的缺陷點(diǎn)。具體判定標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(zhì)量缺陷通常使用陰影重疊法進(jìn)行判斷，在統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)之后，明確鉆孔灌注樁的所有缺陷點(diǎn)，然后對常規(guī)對測點(diǎn)以及加密對測點(diǎn)中缺陷點(diǎn)進(jìn)行疊加，其中疊加重合區(qū)域既可以初步判斷為鉆孔灌注樁的質(zhì)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(zhì)的判斷。在明確了鉆孔灌注樁的缺陷范圍之后，應(yīng)該對鉆孔灌注樁的缺陷性質(zhì)進(jìn)行初步的判斷，可以參考一下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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(xiàn)離析;如果聲速下降范圍較小，而波幅明顯的出現(xiàn)衰減，則表明混凝土可能存在蜂窩病害;如果波幅衰減嚴(yán)重，則可以通過進(jìn)一步的斜測判斷是否存在孔壁坍塌或泥團(tuán);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(yán)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(jìn)行評價。

表1 超聲波透射法檢測抗完整性評定表

4 結(jié) 語

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

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