声波透射法检测灌注桩初探

白从娇

广梧高速公路是国家重点公路规划第十五横向路线广州云浮至苍梧的一段,该段地形陡峻,以山地丘陵为主,属山岭重丘区。为了在该山地丘陵区修筑高速公路,桥梁工程在项目建设中占有相当大的比重,而用于桩基的费用在桥梁工程总造价中占有较大的比例。因为桩基施工的隐蔽性,若在施工中埋下隐患将会影响整个工程的质量验收。因此,保证桩基工程的质量以满足工程建设的需要,从工程结构的重要性和节约工程造价层面上来讲,都是具有重要的意义。

1 工程简介及基本资料

某高架桥在前段路线上处于整体式路基段,然后过渡到分离式路基段,左幅桥跨组合27×40+30,桥长 1110 m;右幅桥跨组合27×40,桥长1080 m。桥位区岩土性较简单,基底由海西—印支期花岗岩、寒武系变质砂岩及风化层组成。弱风化～微风化花岗岩、变质砂岩抗压强度较高,工程性质良好,适宜作为桩基持力层。全桥共有钻孔灌注桩178根,其中声测桩110根,桩基长度在10.25 m～53.95 m之间,42根人工挖孔桩,136根冲击桩。

2 声波透射法检测的基本原理

声波透射法检测的基本原理:在灌注桩身内预埋声测管作为检测通道,将超声脉冲发射换能器和超声脉冲接收换能器置于声测管中,管中需注满清水作为耦合剂。它把发射系统送来的电信号转换成脉冲声波并向桩身内辐射,声波在桩身混凝土中传播后到达另一个声测管,被安置在其中的接收换能器接收,接收换能器将声波转换成电信号,由接收放大器放大,并由数据采集系统将数据送入微型计算机。接收到的声波信号随混凝土质量、缺陷性质的客观情况,使穿透的声波信号在传播过程中发生绕射、折射,多次的反射及不同的吸收衰减,使接收信号的传播时间、声波的振幅、频响特性、主频以及脉冲波的波形、波列长度发生变化,即可对桩身混凝土是否完整、致密及缺陷是否存在,及其分布情况作出判断,从而完成检测工作。

3 测试准备和步骤

3.1 声测管的安装

此高架桥桩基桩径不大于1.5 m时,埋设3根声测管,大于1.5 m时,埋设4根声测管。预埋管采用钢管用点焊或铁丝绑扎的方法固定在钢筋笼的内侧,为了保证声测管的平行,可以在声测管间点焊钢筋。声测管一直埋到桩底,管底预先封焊死。上端管口高出桩顶30 cm～50 cm,用塞或木桩封闭管口,防止杂物落入。

3.2 检测前准备

检测前要求被检桩的混凝土龄期大于14 d,管内灌满清水做耦合剂,并检查声测管的通畅情况,准确量测声测管的内、外径和两相邻声测管外壁间的距离。

3.3 测试步骤

1)将接收和发射换能器装好扶正后置于检测管内,并能顺利升降,调试仪器显示清晰波形。2)从声测管底部开始检测,接收和发射换能器必须以相同标高同步升降,各测点两个换能器累计相对高差不允许超过 20 mm,并随时校正,点距不大于25 cm,发现异常,加密测量点距。3)检测时应先采用平测或斜测同步进行全孔扫描,当发现有桩身缺陷时,宜用各种方法综合,进一步确定。4)测试过程中发射电压和放大器增益均应固定在适当值且始终保持不变,衰减器衰减量的调节应以接收信号初至波幅度在光屏上为2格或3格为宜,由光波确定首波初至,读取声波传播时间及衰减器衰减量,依次测取各测点的声时及波幅,并进行记录。

测试方法有平测、斜测和扇形扫测,一般采用平测和斜测。平测是将发射和接收换能器分别置于两个声测管中,从管顶(或管底)开始,以一定的间距,始终保持以同一标高逐点对测。测点间距不大于250 mm。

4 检测数据分析与判定

1)声时判据。根据测线上各点的声时数据绘制深度—声时曲线,并绘出临界线,声时大于该临界线的测点为异常点。

以声时平均值 ut与声时2倍标准差σt之和作为判定桩身有无缺陷的临界值。

其中,n为测点数;ti为混凝土中第i测点超声脉冲波传播时间;ut为声时平均值;σt为声时标准差。

2)声速判据。根据测线上各点声速数据绘制深度—速度曲线和临界线,声速低于临界值的测点为异常点。

其中,vi为第i测点桩身混凝土检测波速;L为测线上两声测管外壁之间的距离。

以声速的平均值 uv与声时2倍标准差σv之差作为判定桩身有无缺陷的临界值。

3)波幅判据。根据测线上各点波幅数据绘制深度—波幅曲线和临界线,波幅低于临界线为异常点。

取仪器接收到声幅的平均值的一半作为判断桩身有无缺陷的临界值。用衰减器的衰减量q表示声幅,声幅常以分贝表示。

4)PSD判据。声时—深度曲线相邻测点的斜率K与相邻两点声时差值Δt的乘积,简称PSD判据。

其中,ti为第i测点的声时值;ti-1为第i-1测点的声时值;hi为第 i测点的深度(或高程);hi-1为第 i-1测点的深度(或高程)。

K×Δt值能在声时—深度曲线上明显反映缺陷的位置和性质,根据曲线的突变位置有存在缺陷的可能性,初步判定有缺陷的部位,结合声速与波幅判据进行综合判断。

5 桩身完整性评价

根据桩身混凝土存在缺陷的性质、位置和程度,结合混凝土声速离散系数,将桩身的完整性分成四类。

Ⅰ类桩:每个测点的声速、波幅均大于临界值,波形规则衰减,无异常杂波,桩身完好,达到设计桩长,波速正常,混凝土强度等级大于设计要求。

Ⅱ类桩:个别测点的声速、波幅均略低于临界值,桩底反射清晰,桩身有小畸变,如轻微缩径,混凝土局部轻度离析等,桩身混凝土波速正常,达到混凝土设计强度等级。

Ⅲ类桩:连续多个测点或某一深度处的声速、波幅小于临界值,波形出现较明显的不规则反射,对应桩身缺陷如裂纹、混凝土离析、缩径1/3桩截面以上,桩身混凝土波速偏低,达不到混凝土强度等级,对单桩承载力有一定影响,该类桩要求设计单位复核单桩承载力后提出是否处理的意见。

Ⅳ类桩:连续多个测点或某一深度处的声速、波幅明显小于临界值,PSD值突变,波形严重畸变,对应桩身缺陷如裂缝、混凝土严重离析、夹泥、严重缩径、断裂等,这类桩一般不能使用,需进行工程处理。

根据以上分类标准对110根桩进行分析,结果为:Ⅰ类桩83根,比例为75.5%;Ⅱ类桩27根,比例为24.5%;无Ⅲ类桩和Ⅳ类桩。

6 结语

本文对声波透射法检测灌注桩的基本原理、测试步骤、数据分析与判定和桩身完整性评价进行初步探讨,通过工程实践和分析,可以了解到声波透射法能比较准确地检测到桩身混凝土的夹泥、裂缝、离析、蜂窝等缺陷,为该高架桥桩基的施工验收提供了可靠的依据。

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