基桩声波透射法检测的工程渡槽应用研究

兰 明

(辽宁省盘锦大洼水利检测试验中心，辽宁 盘锦 124200)

中小型水利水电工程质量的提高不仅能够有效降低水利工程风险系数，确保水电站安全稳定的运行，而且合理控制水电站工程施工进度，减少水电站工程项目施工成本。同时，优质的中小型水利水电工程作为施工单位的优质口碑产品，可以为施工单位带来更多的经济效益，间接增强施工单位的市场竞争力[1-3]。

1 水利工程质量检测的重要性

近年来我国经济社会得到快速发展，中小型水利工程项目需求量日益增多，相对滞后的中小型水利工程质量管理机制和检测手段难免会导致一系列工程质量问题，对水利水电工程产生消极影响，不利于中小型水利水电工程发挥节约水资源的作用优势，必须提升中小型水利水电工程质量检测以及管控水平，针对水利水电工程质量检测过程中发现的问题采取科学的方法及时消除质量安全隐患，以此实现水利水电工程社会效益的最大化[4-6]。当前水利水电项目面临的主要问题是一系列项目建设环节不符合设计标准，直接影响到中小型水利水电工程的质量和安全，如果发生安全事故，将导致无法弥补的重大经济损失。工程质量管理机制、技术人员专业素养、工程质量监管等是影响中小型水利水电工程质量管理水平的重要因素，某些施工单位不按国家规定的质量标准，私自降低钢筋、水泥等原材料的标准，或将部分中小型水利水电项目低价分包给不具备施工资质的单位，施工单位为节约施工成本违规操作、偷工减料，严重影响中小型水利水电工程的质量，不仅制约了中小型水利水电工程的发展，而且对水利水电行业产生了负面影响，必须采取科学方法对中小型水利工程进行质量检测，确保水利水电工程顺利开展。

2 基桩声波透射法检测的工作原理

基桩声波透射法作为一种应用较为广泛的水利水电工程质量检测方法，常被用来检测水利水电工程的基桩质量，不但能够检测反馈工程运行中的基桩状态，而且对于中小型水利水电工程施工工艺具有很好的指导作用，有力促进中小型水利水电工程优化发展[7]。基桩声波透射法主要利用超声波透射原理对基桩质量及性能进行检测，是一种十分常用的工程检测方法，通过在基桩主体内预埋声测管，测算比较超声波在基桩主体的波速变化情况，从而得出基桩主体的均匀度、质地强度以及完整度，最终判定基桩的质量缺陷，具有较好的实用性。基桩声波透射法具体工作原理为：超声波脉冲信号源在混凝土内形成高频弹性脉冲波，同时详细记录超声波脉冲信号在混凝土内的传播状况，如果高频弹性脉冲波在混凝土内传播过程中出现超声波脉冲信号源能量降低，则表明混凝土内存在缺损、不连续的波阻抗介质，因此高频弹性脉冲波会在该介质面发现反射或折射，如果高频弹性脉冲波发生绕射或散射，则表明混凝土内存在孔洞、蜂窝介质。基桩声波透射法通过测算高频弹性脉冲波的能量衰减以及波速变化状况，明确高频弹性脉冲波特征，能够全面掌握混凝土内介质实际情况，从而对比判定基桩内部缺陷的具体方位、尺寸以及性质[8]。

3 基桩声波透射法在工程漕渡中的应用

3.1 工程介绍

M水利水电工程渡槽位于渠线桩号60+725.364处，主要包括渡槽进出口段、渡槽主身段和河道治理部分，总长度约206m，其中由一共6跨、每跨25m组成约150m长的渡槽主身段，渡槽进口段约25m，渡槽出口段约31m。渡槽上部为简支结构带拉杆矩形槽，渡槽的主体部分每跨有一个预应力矩形槽，这是一个后张拉构件，渡槽主身段边墙与侧墙之间预留变形缝，渡槽主身段过水断面为4.8m×3.54m，渡槽梁高5.0m。渡槽主要部分的侧壁厚约0.4m，底板厚度约0.6m，拉杆尺寸0.3m×0.4m，距离约2.2m。漕渡下部是以灌注桩为基础的双柱式框架槽墩，灌注桩深入砂砾石深度约17m，槽墩直径1.8m，两灌注桩中心距5.7m，净距3.9m，两台帽规格为8.1m×2.9m×1.82m。左右线桩柱式槽台采用格梁护砌和混凝土板的形式搭建，格梁为2cm×2cm大小的正方形，混凝土板厚25cm，每个槽台由3根排架柱连接。渡槽进出口为直线渐变段，渡槽进出口底部宽5m，渐变段4m。M水利水电工程渡槽槽墩检测参数见表1。

表1 M水利水电工程渡槽槽墩检测参数

3.2 检测前准备

为确保工程质量检测的顺利实施，在对M水利水电工程渡槽质量正式进行检测前，技术人员必须做好基桩声波透视法检测的相关准备工作。对于声测管的预埋工作，应尽量选择管壁厚度≥3mm，内径40-55mm的钢管作为声测管，在安装施工声测管之前，应绑扎固定好声测管后进行混凝土浇筑，同时注意防止声测管发生形变，浇筑完毕后用橡皮塞堵住声测管口，避免杂物进入声测管中，以保证声测管通畅，并在检测前将声测管灌满水。对于声波仪和换能器的安装调试工作，应将换能器平稳放入声测管内，同时利用定滑轮控制声测管的平行高度，并确保累计高差≤18mm，若平行高度发生变化还应随时进行修正，确保声测管水平安装。最后，将声波仪、换能器以及检测装置用信号数据线连接，为基桩声波透射法检测做好准备工作[9]。

3.3 成桩工艺

根据工程检测委托单位提供的槽墩灌注桩施工材料，各灌注桩灌注参数以及检测日期见表2。

表2 检测灌注桩的施工材料

3.4 检测仪器设备

研究所用的检测仪器是北京宇通时代科技有限责任公司研发的NU70声波透射法自动测桩仪。声波透射法自动测桩仪的仪器见图1。

图1 声波透射法自动测桩仪示意图

3.5 判断标准

不同的评判标准对会产生不同的质量检测结果，必须制定统一的水利工程质量检测标准，并利用计算机信息化技术建立水利工程质量检测档案管理系统，实现对水利工程质量信息的网络化管理体系，将检测数据结果上传到云端，实时共享工程质量检测信息，并通过检测数据数字化模型对水利工程质量进行动态监督[10,11]。基桩声波透射法评判标准及步骤如下：

1)灌注桩缺陷评判：超声波声速临界值以及波幅临界值结合PSD判据综合评判灌注桩缺陷。

2)灌注桩均匀度评判：按声速离散系数Cv分为A、B、C、D 四级，见表3。

表3 声速离散系数等级表

3)结合灌注桩混凝土匀质性声速离散系数等级表，根据灌注桩混凝土结构的不同缺陷程度，将灌注桩质量分为四个评判等级：Ⅰ级灌注桩：灌注桩完整或基本完整；Ⅱ级灌注桩：灌注桩存在轻微缺陷，但基桩承载力不受影响；Ⅲ级灌注桩：灌注桩存在明显缺陷，同时影响到灌注桩的承载力；Ⅳ级灌注桩：灌注桩存在大范围缺陷，严重影响灌注桩的承载力，灌注桩出现非常严重的质量问题。

3.6 检测结果

利用基桩声波透射法对M水利水电工程渡槽灌注桩进行检测，质量完整性检测结果见表4。

表4 灌注桩质量完整性检测结果

4 结 论

中小型水利工程质量作为我国水利工程建设的重中之重，加强水利工程质量监督和管理刻不容缓，必须采取科学合理的方法不断提高中小型水利工程质量检测水平。研究采用基桩声波透射法检测水利工程渡槽灌注桩质量，检测结果表明除渡槽2-1号桩存在轻微缺陷，其他灌注桩均具备较高的完整性，在该批质量检测中Ⅰ级灌注桩达到90%，Ⅱ级灌注桩由于只是轻微缺陷，不会对灌注桩的承载力造成影响，基本满足国家质量标准和施工要求，基桩声波透射法检测不仅为加快后期工程渡槽顺利开展提供可靠的理论依据，而且也为水利水电工程质量检测开拓新的领域。