雙擊自動滾動發布者:qywl發布時間:2011-9-8閱讀:68次字體:大中小
超聲波法在橋梁樁基檢測中的應用
隨著我國基礎建設的快速發展，樁基礎已成為橋梁工程中最常用的基礎形式。由於受地質條件、成樁工藝、機械設備、施工人員、管理水平等諸多因素的影響，容易產生夾泥、斷裂、縮頸、混凝土離析、樁底沈渣過厚、樁頂混凝土密實性差等質量缺陷，危及主體結構的正常使用和安全，甚至導致工程質量事故。因此，如何確定缺陷的位置並對其進行準確的評價，已成為基樁質量檢測中的壹個核心問題。
以福建浦南高速公路為例，介紹超聲波法在橋梁樁基檢測中的應用。
浦南高速公路是國家高速公路規劃網中第二條放射狀北京至臺北高速公路的壹部分，是我省建設裏程最長、單個城市投資最大的高速公路項目。大中橋99座，樁5400余根，其中超聲波法檢測1100。我公司承擔全橋樁基檢測，評估樁體混凝土完整性。
超聲波檢測原理與技術
(1)超聲波檢測的基本原理是利用超聲波脈沖發射器在混凝土中激發高頻彈性脈沖波，通過高精度接收系統記錄脈沖波在混凝土中傳播過程中的波動特征；當混凝土中存在不連續或損傷的界面時，缺陷表面形成波阻抗界面，當波到達該界面時，產生波的透射和反射，明顯降低接收的透射能量；當混凝土存在疏松、蜂窩、孔洞等嚴重缺陷時，會發生波的散射和繞射；根據波的初至時間、波的能量衰減、頻率變化和波形畸變等特征，可以得到測區混凝土的密實度參數。測量並記錄不同側面和高度的超聲動態特性。經過處理和分析，可以判斷被測區域混凝土中缺陷的性質、大小和空間位置，評價混凝土的整體均勻性和完整性。
(2)基樁施工前，根據樁徑預埋壹定數量的聲測管(壹般為鋼管或鍍鋅管，底部封閉，頂部覆蓋)，作為換能器的通道。測試時，每兩個聲管為壹組，聲管內充滿清水。通過水的耦合，壹個聲管中的換能器發出超聲波脈沖信號，另壹個聲管中的換能器接收信號，測量相關參數，並采集記錄。發射器和接收器傳感器被同步提升用於檢測。在異常情況下，可采用水平加密、算術同步和扇區掃描進行加密和精細測量。
3數據分析和判斷
檢驗應按《公路工程基樁動測技術規範》(JTG/T F81-01—2004)中超聲波法的規定進行:
(1)樁缺陷由聲速、振幅、PSD(斜率法)臨界值綜合判斷。PSD值Kt根據以下公式計算:
kt = Kδt
k =(TCI-TCI-1)/zi-zi-1δt = TCI-TCI-1
式中，tci是第I個測點的聲波時間；Tci-1是第壹個i-1測點聲音；
Zi為第I個測點的深度；Zi-1No。i-1測點深度。
(2)樁身均勻性按聲速分散系數Cv(表1)分為A ~ D4級。
表1聲速彌散系數等級
(3)根據樁身是否存在缺陷及缺陷的嚴重程度，將樁的完整性分為ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ* * *四類，根據各檢測斷面聲學參數異常點的分布及異常點的偏離程度確定被測樁的完整性類別。但由於混凝土是骨料復合材料，是多相復合體系，分布著復雜的界面(骨料、氣泡和各種缺陷)，檢測到的聲學參數數據波動較大；此外，灌註樁的混凝土受自密實、地質條件和成樁工藝的影響，其聲學參數波動較大，實際檢測過程中不出現異常測點的可能性較小，因此不能生搬硬套規範中判斷樁身完整性的標準(規範對異常聲學參數的判斷采用“可判斷”)，否則工程中很難出現I類樁，也不符合樁完整性分類的定義。因此，上述理論異常只是可疑缺陷，可根據以下五個方面綜合判斷:
(1)異常點的實測聲速與混凝土正常聲速的偏差程度；
(2)異常點實測振幅與同壹截面正常混凝土振幅的偏差程度；
(3)異常點波形相對於正常混凝土波形的畸變程度；
(4)異常點的分布範圍及異常點在其他斷面的分布情況；
⑤樁的類型(摩擦型或端承型)、地質條件和成樁工藝。樁的類型和地質條件決定了樁混凝土壓應力和彎矩隨深度的變化規律，因此在樁的不同深度，同樣大小和程度的缺陷對樁是否滿足設計要求影響很大，應適當區分。
4工程檢測實例及其分析
浦南高速公路某大橋2l-1樁為鉆孔灌註樁摩擦樁。設計樁徑1.5m，設計樁長49.5m，預埋4根聲測管。水平測量采用超聲波法，測點間距為0.25米..其中1-2、1-3、1-4段在13.2至14m存在聲學參數異常(如圖1)，異常範圍內的波速比平均波速低15%，振幅低於平均振幅。初步判斷13 ~ 14m處樁體存在異常(缺陷)，缺陷區域在1號聲測管方向，但無法確定缺陷範圍，進而歸為二類或三類樁。為了確定缺陷的嚴重程度和範圍，在1-2、1-3和1-4段進行了雙向傾斜測量，在9 ~ 19m範圍內，發射器和接收器分別傾斜約45°，測點間距為10cm。傾斜測量結果如圖所示。根據各剖面、各方向的斜測數據，確定聲學參數異常的測線。各剖面異常測線的包絡線範圍見圖中陰影部分。可以看出，截面1-3、1-2、1-4的徑向缺陷尺寸依次增大，1-3、65433依次增大。從缺陷範圍看，縱向尺寸約為0.8m，徑向尺寸小於1/4樁徑。從缺陷區域的聲學參數和波形來看，聲學參數的幅度不算太大，波形基本完整。因此，該缺陷判定為輕微缺陷，該樁判定為ⅱ類樁。
圖1聲學曲線
圖2傾斜測量結果示意圖
5檢測中應註意的壹些問題
(1)樁混凝土齡期的影響。
某橋13-2樁檢測中，由於工期緊，檢測在灌漿後第五天進行。發現接收信號相當微弱，波形衰減嚴重，這在所有測點都很普遍。初步分析是年齡問題。灌漿後第10天再次檢測，信號和波形良好，判定樁完好。可見，年齡對聲學測量結果影響較大，建議檢測時間不小於14天。
(2)超聲波法和鉆孔取芯法應相互驗證，綜合應用。
某橋5-2樁設計直徑1.5m，預埋三根聲測管。超聲波檢測發現樁頂以下3.5m處混凝土混砂嚴重。用鉆孔取芯法驗證時，反映為壹根完整的樁。開挖檢查確認超聲波方法正確，缺陷位於流沙層，兩個聲測管被流沙包裹，所以聲波測量結果顯示缺陷斷面有點大。但鉆孔位置靠近樁中心，避開了缺陷範圍，不能反映樁的真實情況。因此，在聲波測井中發現問題的界面附近，應盡可能選擇鉆孔巖心的取樣位置。超聲波檢測發現異常情況時，不能盲目判定基樁質量。必須結合地質及相關資料，結合不同的檢測方法，合理判斷基樁質量。
(3)聲管的問題。
聲測管是聲波測量時換能器進入樁身的通道。它是灌註樁超聲波脈沖檢測系統的重要組成部分，其在樁中的嵌入方式和在樁截面上的布置將直接影響檢測結果。因此，在檢測樁的設計圖紙中應標明聲測管的布置和埋設方法，埋設聲測管的數量和在樁的橫截面上的布置應考慮檢測的控制區域。
在實際測量中，聲管經常被堵塞或卡住，這是由於聲管安裝不當造成的。聲測管壹般采用鋼籠分段安裝，每段之間的接頭可采用反螺紋套筒接頭或套筒焊接，保證在高靜水壓下不漏漿，接頭內壁保持平整，安裝後管口封閉。聲學管道的非平行安裝也是壹個常見的問題。由於施工過程中鋼筋籠容易扭曲變形，聲測管位移很大，導致聲波時間值、均方誤差、彌散系數、平均聲速出現偏差。PSD方法可以用來判斷和消除這些非缺陷因素的影響。聲管中的濁水會明顯甚至嚴重增加聲波的衰減，延長傳播時間，給聲波檢測帶來誤差。因此，檢測前應對檢測管進行沖洗，並註入清水作為耦合劑。
6超聲波法在實際工作中有待探討和改進:
(1)利用聲速估算樁混凝土強度的說法也很普遍，各種方法也在嘗試。通過聚類分析和統計檢驗等數理統計方法判斷樁的完整性。施工質量越好，判斷越嚴格。
(2)進壹步發展聲測管或鉆取芯孔處理樁缺陷的技術，提高加固樁缺陷的可靠性，使基樁超聲波檢測更加經濟可靠。
超聲波透射法的壹般要求是:接頭牢固不脫落，密封不漏漿；管壁應平整無折損，光滑無變形；管體垂直，不歪斜；管內無異物。
聲測管材質或安裝工藝不良時，可能造成漏漿、堵管、斷裂、彎曲、下沈、變形，對超聲波透射法檢測樁基完整性影響很大，甚至無法用超聲波透射法檢測。
基於以上情況，通過相應的理論計算和大量的工程實踐，浙江宏昌科技發展有限公司推出了我公司的專利產品:高強度雙密封液壓聲測管(專利號:200720112817.3)。
高強度雙密封液壓聲管的承插端設計有兩個凸槽，凸槽內裝有密封圈。安裝時，將本產品的承口端插入10cm的承口端，然後用專用液壓鉗同時擠壓兩個凸槽，擠壓部位的管子受力後收縮變形，兩個凸槽之間的外管深深浸入內管，有效實現了本產品的可靠連接；同時橡膠密封圈受擠壓後變形卡在兩層管子之間，起到了極好的雙保險密封作用。