超聲波檢測(cè)技術(shù)在橋梁樁基檢測(cè)中的應(yīng)用

何朋國(guó)

陜西交建公路工程試驗(yàn)檢測(cè)有限公司 陜西 西安 710117

引言

城市人口密度越來(lái)越大，人們對(duì)交通工程的需求不斷增加的同時(shí)，橋梁工程質(zhì)量事故時(shí)常發(fā)生，因此，人們對(duì)于橋梁工程質(zhì)量提出了更高要求。在施工過(guò)程中，樁基礎(chǔ)施工是很關(guān)鍵的一項(xiàng)施工環(huán)節(jié)，樁基施工質(zhì)量直接影響著橋梁整體質(zhì)量穩(wěn)定性，通過(guò)地基基礎(chǔ)檢測(cè)技術(shù)能夠有效檢測(cè)樁基質(zhì)量，為橋梁工程有序開(kāi)展奠定基礎(chǔ)。因此，對(duì)樁基施工中地基基礎(chǔ)檢測(cè)優(yōu)化對(duì)策展開(kāi)探究具有重要意義。

1 基樁質(zhì)量的檢測(cè)方法

樁身完整性檢測(cè)是非常重要的，因?yàn)闃兜某休d能力由兩部分組成：一是樁身混凝土的強(qiáng)度和完整性決定了樁身材質(zhì)是否能夠承受上層建筑物的荷載；二是地層的土是否能提供足夠的測(cè)摩阻力和樁端土抗壓強(qiáng)度，是否能提供足夠的承載力。由此可見(jiàn)，樁身混凝土質(zhì)量影響著承載力，其檢測(cè)的必要性是不言而喻的?，F(xiàn)如今普遍的檢測(cè)方法是：用靜載實(shí)驗(yàn)法檢測(cè)基樁的承載力，再配合超聲波透射法檢測(cè)樁基完整性[1]。

2 超聲波透射法檢測(cè)鉆孔灌注樁的基本原理

超聲波透射檢測(cè)技術(shù)是一種較為先進(jìn)的樁基檢測(cè)技術(shù)。在應(yīng)用超聲波透射法對(duì)樁基進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，通過(guò)接收到的超聲波波速、波幅、波形以及主頻率等方面的變化，就能夠?qū)痘鶅?nèi)部存在的缺陷性質(zhì)、位置以及大小等進(jìn)行判斷。聲速是超聲波透射法應(yīng)用到的首要檢測(cè)參數(shù)，由于聲速本身具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，不會(huì)受到一些非缺陷因素的影響，因而能夠用來(lái)判斷混凝土的質(zhì)量情況。相比較于聲速來(lái)說(shuō)，波幅具有更高的敏感度，聲波傳遞到缺陷部位時(shí)，波幅所產(chǎn)生的變化非常明顯，但由于波幅本身很容易受到儀器性能以及測(cè)距等方面的影響，因而在應(yīng)用超聲波透射法的過(guò)程中，對(duì)于混凝土強(qiáng)度的判定往往需要依靠聲速和波幅2個(gè)參數(shù)同時(shí)作為參考。波形是超聲波透射法中應(yīng)用的參考圖像，檢測(cè)到缺陷部位時(shí)，波形的變化較為明顯，但由于其也會(huì)受到非缺陷因素的影響，因而不能夠單獨(dú)對(duì)樁基進(jìn)行檢測(cè)。主頻在檢測(cè)到樁基缺陷時(shí)，會(huì)呈現(xiàn)出衰減的趨勢(shì)，這一參數(shù)往往只能間接地反映混凝土的質(zhì)量，因而也難以單獨(dú)實(shí)現(xiàn)樁基的檢測(cè)。因而在對(duì)樁基質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中，需要結(jié)合波速、波幅、波形和主頻率4個(gè)方面來(lái)對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行綜合的考慮，才能夠得到更準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果[2]。

3 常見(jiàn)鉆孔灌注樁產(chǎn)生缺陷類(lèi)型與原因

3.1 鉆孔灌注樁水下灌注

3.1.1 鉆孔鉆進(jìn)速度快，且泥漿密度不當(dāng)，泥漿的循環(huán)方式不當(dāng)（泥漿循環(huán)可有正循環(huán)和反循環(huán)）會(huì)使泥漿護(hù)聘力差，造成塌孔。不同部位的塌孔可能形成沉渣（在樁底部位塌孔）斷樁（樁身某一截面完全無(wú)連續(xù)性或出現(xiàn)蜂窩，局部夾泥，局部不凝固等現(xiàn)象）。

3.1.2 長(zhǎng)樁的混凝土澆筑管很長(zhǎng)，如又沒(méi)有合乎要求的止水閥，甚至沒(méi)有止水措施，樁底將會(huì)出現(xiàn)蜂窩或離析。

3.1.3 澆筑混凝土的導(dǎo)管，在澆注混凝土的過(guò)程中，由于計(jì)算混凝土在鉆孔中的上升高度有誤，或不慎將導(dǎo)管拔出混凝土，或由于導(dǎo)管堵塞、停電、混凝土供應(yīng)中斷，導(dǎo)管拔出，使孔內(nèi)混凝土頂端帶有泥漿沉渣混凝土的混合物浮于樁的頂端，再繼續(xù)澆灌混凝土，會(huì)使中間存在軟弱夾層，造成斷樁。

3.1.4 混凝土和易性差、首次澆灌混凝土方量不足、澆注導(dǎo)管進(jìn)水、在混凝土初凝階段地下水徑流等，使樁身混凝土局部離析。

3.1.5 鉆孔結(jié)束后，清孔不規(guī)范，清孔后沒(méi)能及時(shí)澆筑混凝土，下鋼筋時(shí)碰撞孔壁，都有可能造成樁底存有沉渣。

3.1.6 澆筑混凝土過(guò)程中砂層塌落會(huì)形成擴(kuò)徑，同時(shí)會(huì)使計(jì)算好的混凝土充盈系數(shù)滿(mǎn)足不了使孔底沉渣、浮漿托出到建筑500～1000mm，造成樁頭混凝土強(qiáng)度低。

3.1.7 當(dāng)?shù)貙羽ね翆拥乃苄暂^好，下好鋼筋籠后，又不能及時(shí)澆灌混凝土，黏土被地層壓力縮入孔中，形成縮頸樁。

4 聲波透射法現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)應(yīng)用

4.1 埋設(shè)聲測(cè)管法

在進(jìn)行聲測(cè)管預(yù)埋時(shí)，需要以確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性為主要目的，提高對(duì)聲測(cè)管數(shù)目、被測(cè)樁徑大小的重視程度。在經(jīng)過(guò)建筑工程大量的實(shí)踐之后可以得知，一般情況下，為了能夠保證超聲波透射檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用的準(zhǔn)確性，需要將被測(cè)樁的樁徑控制在大于600～800mm。與此同時(shí)，在進(jìn)行聲測(cè)管的預(yù)埋過(guò)程中，還需要注意保證樁徑和聲測(cè)管數(shù)目之間呈正比例關(guān)系，在被測(cè)樁徑增大的情況下，用于預(yù)埋的聲測(cè)管數(shù)目也要相應(yīng)地增加[3]。

為了優(yōu)化超聲波透射法質(zhì)量檢測(cè)效果，一方面要注重檢測(cè)人員的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)，另一方面必須關(guān)注檢測(cè)設(shè)備質(zhì)量，尤其是聲測(cè)管埋設(shè)的規(guī)范性、技術(shù)性。否則會(huì)對(duì)樁基檢測(cè)全過(guò)程帶來(lái)直接影響，情節(jié)嚴(yán)重還會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)人員對(duì)結(jié)果的誤判。鑒于此，根據(jù)聲測(cè)管埋設(shè)提出以下要求。第一，聲測(cè)管材質(zhì)以鋼管為主，盡管PVC管價(jià)格比較便宜，但是在施工綁扎、水泥水化等環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象，致使管材變形、探頭上下運(yùn)動(dòng)，影響檢測(cè)工作實(shí)施效果，因此塑料PVC管一般不在考慮范圍。第二，聯(lián)結(jié)鋼管聲測(cè)管常規(guī)情況下采用螺絲口連接、焊接，焊接時(shí)不能損壞鋼管和洞口，杜絕澆筑混凝土過(guò)程中滲透水泥漿體造成的管道堵塞問(wèn)題。連接螺絲口可以在絲口位置纏繞麻絲，也可以起到避免水泥漿體滲入導(dǎo)致管道堵塞的效果。第三，當(dāng)樁徑小于1000mm時(shí)，應(yīng)埋設(shè)二根管；當(dāng)樁徑大于或等于1000mm且小于或等于1600mm時(shí)，應(yīng)埋設(shè)三根管；當(dāng)樁徑大于1600mm且小于2500mm時(shí)，應(yīng)埋設(shè)四根管；當(dāng)樁徑大于或等于2500mm時(shí)，應(yīng)增加聲測(cè)管的數(shù)量。第四，樁基鋼筋籠綁扎聲測(cè)管，開(kāi)始安裝第一根，必須要與樁L軸心線(xiàn)平行，所有聲測(cè)管也應(yīng)保持平行。樁基鋼筋籠上方的綁扎，杜絕松動(dòng)問(wèn)題。端承樁的樁底在綁扎、安裝時(shí)要全程觀察，聲測(cè)管尾必須始終放置于樁底的同一水平面。埋設(shè)聲測(cè)管時(shí)，盡可能地保持等距離分布，管口宜高出混凝土頂高程100mm。第五，樁基鋼筋籠上綁扎聲測(cè)管，建議采用縛鋼板焊接聲測(cè)管兩端，保證兩端銜接的牢固性與密封性，還可以避免異物掉落管道導(dǎo)致的聲測(cè)管堵塞問(wèn)題。第六，開(kāi)始檢測(cè)樁基前1天可以進(jìn)行聲測(cè)管露出部分的密封，建議切割薄鋼板，此環(huán)節(jié)應(yīng)該使用切割機(jī)，割掉薄板之后做好防護(hù)工作，嚴(yán)禁異物掉落導(dǎo)致堵塞問(wèn)題。為了提高質(zhì)量檢測(cè)效率，施工人員使用測(cè)繩提前檢查聲測(cè)管的樁長(zhǎng)、管內(nèi)是否有異物堵塞現(xiàn)象，待這一環(huán)節(jié)檢查結(jié)束可以在聲測(cè)管內(nèi)灌入清水，開(kāi)始后續(xù)樁基質(zhì)量檢測(cè)工作。

圖1 聲測(cè)管布置示意圖

4.2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

4.2.1 標(biāo)定超聲波檢測(cè)儀發(fā)射至接收的系統(tǒng)延遲時(shí)間t0；

4.2.2 聲測(cè)管內(nèi)灌滿(mǎn)清水，且保證換能器應(yīng)能在聲測(cè)管中升降暢通[4]。

4.2.3 準(zhǔn)確測(cè)量聲測(cè)管的管徑和壁厚，測(cè)量精度為±0.lmm；測(cè)量樁頭處聲測(cè)管外壁相互之間距離，測(cè)量精度為±lmm。

4.2.4 采用超聲波法檢測(cè)時(shí)，聲測(cè)管編號(hào)按路線(xiàn)前進(jìn)方向的頂點(diǎn)為起始點(diǎn)，順時(shí)針?lè)较蜻M(jìn)行編號(hào)，編號(hào)方式示意圖見(jiàn)下圖2。

圖2 聲測(cè)管編號(hào)方式

4.2.5 組裝好儀器設(shè)備，將縱向換能器分別置于聲測(cè)管內(nèi)，并放至聲測(cè)管底部，讀取縱向換能器測(cè)繩上的刻度，驗(yàn)證被檢測(cè)樁樁長(zhǎng)是否與設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)相一致。

4.2.6 打開(kāi)儀器，輸入樁基相關(guān)參數(shù)，并調(diào)試各剖面測(cè)點(diǎn)波形，待波形正常后開(kāi)始檢測(cè)，檢測(cè)時(shí)縱向換能器勻速上升，且保證測(cè)繩刻度在同一高度。

4.2.7 檢測(cè)過(guò)程中上下測(cè)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)的間隔控制在250mm以?xún)?nèi)，連續(xù)檢測(cè)至樁頂位置。

在應(yīng)用超聲波透射檢測(cè)技術(shù)對(duì)建筑樁基進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，首先需要應(yīng)用平測(cè)法對(duì)全樁長(zhǎng)進(jìn)行普測(cè)工作，發(fā)現(xiàn)樁基存在缺陷或不足問(wèn)題時(shí)，可以利用斜測(cè)和扇形掃測(cè)兩種測(cè)量方法對(duì)樁身中存在的缺陷位置進(jìn)行確定，然后再借助數(shù)據(jù)分析和計(jì)算過(guò)程對(duì)建筑樁基樁身的完整性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

4.3 解讀數(shù)據(jù)

在室內(nèi)借助分析軟件處理檢測(cè)數(shù)據(jù)，核對(duì)各樁基的設(shè)計(jì)參數(shù)，輸入檢測(cè)儀器的設(shè)備編號(hào)、各檢測(cè)樁基聲測(cè)管編號(hào)，校對(duì)聲測(cè)管布置示意圖；研究檢測(cè)剖面上各測(cè)點(diǎn)的波形，確定首波位置，根據(jù)不同測(cè)點(diǎn)獲取波幅、聲速、聲時(shí)、PSD值分析是否存在異常點(diǎn)，按照檢測(cè)規(guī)程得出檢測(cè)結(jié)論。①聲速判據(jù)，在聲速出現(xiàn)畸變時(shí)，表明樁身存在缺陷，混凝土強(qiáng)度不足。判斷標(biāo)準(zhǔn)為：聲速在4500～6000km/s，表明混凝土質(zhì)量?jī)?yōu)；聲速在3500～4500km/s，表明混凝土質(zhì)量良好；聲速在3000～3500km/s，表明混凝土質(zhì)量差；聲速小于3000km/s，表明混凝土質(zhì)量非常差。②波幅判據(jù)，根據(jù)首波的波幅判斷混凝土是否存在蜂窩、孔洞、離析等不均勻性，當(dāng)測(cè)量波幅低于振幅臨界值時(shí)，可判定該區(qū)域?yàn)橘|(zhì)量缺陷可疑區(qū)域。③波形判據(jù)，波形是后續(xù)發(fā)射超聲波疊加而成的，可用來(lái)作為聲速、波幅、PSD判據(jù)的補(bǔ)充判據(jù)，以保證樁基質(zhì)量判斷結(jié)果的可靠性。④PSD判據(jù)，PSD是聲時(shí)—深度曲線(xiàn)上相鄰兩點(diǎn)連線(xiàn)的斜率與聲時(shí)差的乘積，當(dāng)聲時(shí)發(fā)生變化時(shí)，PSD會(huì)出現(xiàn)大幅度變化，更容易判別混凝土質(zhì)量缺陷的所在位置。通過(guò)分析被檢樁各剖面的聲速-深度、波幅-濃度曲線(xiàn)及各自的臨界值，聲速、波幅的平均值等參數(shù)，分析樁身缺陷位置及程度，判定樁身完整性類(lèi)別[5]。

5 結(jié)束語(yǔ)

在橋梁樁基檢測(cè)中應(yīng)用超聲波檢測(cè)技術(shù)，要切實(shí)做好聲測(cè)管制作與埋設(shè)工作，合理地放置聲測(cè)管和校正換能器精度，同時(shí)注意提高頻譜解析精度，科學(xué)地確定采樣頻率，保證最大限度提高超聲波檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度及可靠度。