樁身砼完整性聲波透射法檢測應用研究

蔣彥華

(永州市交通建設質量安全監(jiān)督管理處， 湖南 永州　425001)

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樁身砼完整性聲波透射法檢測應用研究

蔣彥華

(永州市交通建設質量安全監(jiān)督管理處， 湖南 永州425001)

摘要：樁基主要承受來自橋梁上部結構的重量，其質量的好壞決定橋梁的正常運營和耐久性。對聲波透射法的檢測原理、樁身質量的判據(jù)進行了討論，然后對具體工程實例用聲波透射法和鉆芯法相結合進行分析，驗證了聲波透射法檢測樁身完整性的準確性，從而快速準確評價灌注樁樁基質量。

關鍵詞：樁基； 聲波透射法； 灌注樁

混凝土灌注樁施工技術成熟、耐久性好，是現(xiàn)代橋梁應用較多的一種基礎形式。樁基礎是一項隱蔽工程，不能直接看出其施工質量的好壞，因此，需要借助檢測儀器進行質量評價。聲波透射法檢測技術是當今較為成熟可靠的無損檢測手段?；炷恋穆晫W檢測開始于上個世紀四十年代，隨著近年來計算機技術飛速發(fā)展，無損檢測設備也得到較快發(fā)展，其應用領域也越來越多。聲波透射法檢測樁身完整性不受樁長、環(huán)境等限制，且能夠對樁身各個深度截面進行數(shù)據(jù)采集，并用波形直觀來反映其質量狀況，是一種被廣泛應用的無損檢測技術。

1聲波透射法檢測原理及方法

聲波透射法是一種發(fā)射聲波穿透固體介質并能在顯示器上反映該固體物質均勻性的質量信號的檢測方法，在檢測過程中不會對固體結構物產(chǎn)生任何損傷。其基本原理是: 在檢測過程中，其超聲發(fā)射源會發(fā)射出連續(xù)均勻的脈沖粒子，該脈沖粒子通過混凝土所形成的質量信息會記錄在該儀器的系統(tǒng)中，并通過波形來表現(xiàn)其特征。當檢測的混凝土中存在夾泥、離析、不密實等缺陷時，發(fā)射波在傳播到此處時能量會降低，導致該反射波反射回來的時間增長，出現(xiàn)的波形不均勻，甚至會出現(xiàn)畸形。從聲波初次達到的時間及波速等參數(shù)信息、波形變化規(guī)律，可以推算該處混凝土的質量情況。并且通過多角度分析可以得出該缺陷的可能原因、缺陷大小及位置，進而評價該混凝土的質量。

在樁基澆筑混凝土前，需要將質量合格的聲測管綁扎在鋼筋籠上，并根據(jù)相應規(guī)范確定其聲測管預埋根數(shù)。在綁扎時務必確保聲測管的垂直度，且接口位置牢固、不漏水。在檢測前，各個聲測管中需注滿清水，作為耦合劑，脈沖發(fā)射源發(fā)射的脈沖信號由發(fā)射換能器發(fā)射到接收換能器，并把相應的波形及參數(shù)信息記錄在儀器中。一般從樁底向樁頂勻速檢測，將各個剖面質量信息進行自動記錄。樁身完整性類別劃分如表1所示。

表1 樁身完整性類別劃分表類別類別特征樁身完整性類別判定原則Ⅰ樁身完整,可正常使用各聲測剖面每個測點的聲速、波幅均大于臨界值,波形正常Ⅱ樁身基本完整,有輕度缺陷,不影響正常使用某一聲測剖面?zhèn)€別測點的聲速、波幅略小于臨界值,但波形基本正常Ⅲ樁身有明顯缺陷,對樁身結構承載力有影響某一聲測剖面連續(xù)多個測點或某一深度樁截面處的聲速、波幅小于臨界值,PSD值變大,波形畸變Ⅳ樁身存在嚴重缺陷,對樁身結構承載力有嚴重影響某一聲測剖面連續(xù)多個測點或某一深度樁截面處的聲速、波幅明顯小于臨界值,PSD值突變,波形嚴重畸變

檢測儀器設備采用武漢中科智創(chuàng)RSM — SY6數(shù)字非金屬超聲檢測儀，包括雙孔換能器、孔口深度滑輪等，檢測時數(shù)據(jù)自動連續(xù)采集。儀器設備及現(xiàn)場聯(lián)接如圖1。

圖1　超聲波測試系統(tǒng)示意圖

2樁身混凝土質量判定依據(jù)

2.1波速法

波速是超聲發(fā)射源發(fā)射的信號在混凝土中通過的時間。因為混凝土是一個較為均勻的固體，波速在其中的傳播速度基本穩(wěn)定，變化幅度較小，能較好地反映樁身完整性，可作為樁身混凝土的一個判定依據(jù)。在檢測系統(tǒng)里，超聲波的聲速是從數(shù)理統(tǒng)計角度來求得，即相應等級混凝土的正常聲速與2倍聲速標準差的差值。如下：

(1)

(2)

(3)

在測試時，當某測試點的波速小于平均波速時，可認為該點是聲測異常點。有時受到混凝土本身及環(huán)境的影響，某些剖面點的聲速會出現(xiàn)普遍偏低的情形，且變異性較小，此時，應該用低限值來判別聲速是否正常?？捎孟率奖硎荆?/p>

vi≤vL

(4)

其中：vi為第i個測點聲測值，km/s；vL為聲速低限值，km/s。

當某聲測點滿足上述表達式時，則可認為該點聲速異常。

2.2斜率法(PSD判據(jù))

PSD法是由聲時決定的在某個剖面的深度方向的斜率變化，當混凝土出現(xiàn)缺陷時，在此處所反映的聲時會出現(xiàn)較大變化，從而其斜率會出現(xiàn)突變，變化率的大小反映缺陷的程度。因此，用PSD法是對聲速法的進一步分析驗證，具有較大的可信度，一般用如下公式表達：

(5)

其中：ti為第i個測點聲時值，μs；ti-1為第i-1個測點聲時值，μs；zi為第i個測點深度，m；zi-1為第i-1個測點深度，m。

2.3波幅判據(jù)法

在聲波透射法檢測中波幅是一個特別敏感的參數(shù)值，當某處混凝土出現(xiàn)一個很小的缺陷，如氣泡、孔隙時，會對聲波粒子的能量吸收，使聲波能量減弱，表現(xiàn)出來的波幅會大大降低，同時，儀器采集時的發(fā)射電壓及頻率等外界條件也會對波幅帶來影響?？傮w說來，波幅對缺陷更加靈敏，在目前規(guī)范中采用以下公式確定其臨界值：

(6)

AL=Am-6

(7)

當Ai

2.4實測波形判斷法

在測試分析時，波速波幅的判斷是利用首波來對混凝土缺陷進行判別，而對于后續(xù)其它波的大小及波形未作考慮。實測波形是對整個波形的均勻程度、波幅大小來判斷。如果混凝土是均勻的，則整個波形均勻性較好，能量減少量較?。缓罄m(xù)波形的減弱，甚至是出現(xiàn)畸形的現(xiàn)象，那么在此位置很可能是有缺陷的，在分析時需對這些點的各個聲測參數(shù)詳細研究，保證準確判斷樁身的缺陷。

3工程實例分析與應用

3.1工程概況

某橋鉆孔灌注樁樁號為5a-0#，設計樁長為15.00 m，樁徑1.20 m，聲測管埋置數(shù)量為3根，樁身混凝土標號C30，檢測時混凝土齡期為30 d，現(xiàn)采用聲波透射法對其進行檢測。

3.2檢測儀器及結果

本測試采用武漢中研科技有限公司RSM — SY6基樁聲波檢測儀，它主要由主機、自動計數(shù)器和換能器組成。采樣間隔為0.1～200 μs連續(xù)可調，放大器增益100 dB，發(fā)射脈寬0.1 ～100 μs連續(xù)可調，聲時準確度≤0.5%，聲幅準確度≤3%，接收靈敏度≤30 μV。并且具有全自動計數(shù)器和自動判讀功能，大大提高測試準確度。測試結果如圖2、表2所示。

為了進一步驗證超聲波檢測法結果的可靠性，對此樁基采用了鉆芯法進行取樣研究，并得到了如圖3所示的芯樣。

3.3結果分析

由圖2可看出，在14.50～15.00 m的深度內(nèi)1 — 2、1 — 3剖面波速、波幅都小于臨界值，且PSD判據(jù)

圖2　測試波形圖

表2 樁基5a—0各聲學參數(shù)值深度/m1—2剖面1-3剖面2-3剖面聲速/(km·s-1)波幅/dBPSD聲速/(km·s-1)波幅/dBPSD聲速/(km·s-1)波幅/dBPSD0.004.22497.00.004.207103.20.004.38696.40.000.254.146100.936.004.233103.34.004.33598.416.000.504.198102.116.004.20797.14.004.28696.916.000.754.25098.416.004.25999.616.004.213102.636.001.004.304104.716.004.313103.716.004.23795.94.001.254.331101.14.004.31399.70.004.261102.24.001.504.387104.516.004.340100.64.004.31097.916.001.754.359100.636.004.23399.464.004.33599.34.002.004.277104.964.004.182102.216.004.36097.54.00…—————————14.004.19899.14.004.570102.94.004.573102.84.0014.25 4.17299.94.004.539100.94.004.601103.44.00 14.503.36686.76084.003.36685.511236 4.16797.51156.0014.75 3.26981.7144.00 3.35085.04.003.94791.7400.00 15.003.10583.1484.003.27083.9100.003.78893.6256.00

圖3　鉆芯芯樣照片

發(fā)生突變，2 — 3剖面波幅、波速也略小于臨界值。從表2各聲學參數(shù)值具體大小可看出，在14.50～15.00 m的深度內(nèi)1 — 2、1 — 3剖面的波速為3.2 km/s左右、波幅為83 dB左右，而其它各深度點波速為4.2 km/s左右、波幅為100 dB左右；在14.5 m深度處1 — 2、1 — 3和2 — 3剖面的PSD判據(jù)分別為6084、11 236和1 156，相比較于其它點變化值較大。分析可得，由于1 — 2、1 — 3剖面波速波幅都較低，可初步判斷是樁底夾泥，并且混凝土出現(xiàn)離析現(xiàn)象，造成此處混凝土強度很低。而2 — 3剖面波速波幅變化值較小，則說明可能是半邊出現(xiàn)夾泥。

通過鉆芯取樣結果看，在14.50～15.00 m范圍內(nèi)芯樣很松散且存在大量的夾泥，如圖3所示，與聲測結果剛好相吻合，說明聲測結果較準確地反映了樁基缺陷的實際情況，能夠較好地判別樁基施工質量的好壞。

3.4樁基缺陷處理

1) 注漿法。注漿法是目前處理樁基缺陷的一種常用方法。鉆芯取樣結果表明，在樁底0.5 m范圍內(nèi)存在夾泥和離析，擬采用注漿法進行處理。根據(jù)超聲檢測和鉆芯取樣分析，在靠近1 — 2和1 — 3這半邊樁底缺陷較大，在此位置鉆取2～4個注漿孔。因樁底存在夾泥，需要用高壓水對注漿孔進行沖洗，沖洗過程中從其它注漿孔冒出泥漿水，直至冒清水為止。這樣說明樁底夾泥已被沖出，且在樁底注漿孔形成了孔隙連通，為有效注漿創(chuàng)造了條件。

在注漿前，需對注漿液的質量進行嚴格控制，以保證注漿的效果。經(jīng)過檢驗合格后，對各個注漿孔進行注漿，最終使注漿孔達到飽滿。樁基是一項隱蔽工程，其注漿效果無法用肉眼直接觀察，需借助一定的檢測手段進行評價。

2) 聲波透射法樁身完整性檢測。待注漿14 d后用超聲檢測儀器SY6進行檢測，主要對樁底缺陷位置進行詳細檢測，并與注漿前檢測結果對比分析。結果表明，注漿后樁底各個剖面波速波幅基本正常，說明樁底孔隙基本被注漿液填滿，且與樁基老混凝土形成了較好的膠結，達到了較好的效果。檢測結果如圖4所示。

圖4　注漿后測試波形圖

4結論

通過對聲波透射法檢測樁身完整性的原理、判斷依據(jù)分析，再結合工程實例，采用聲波透射法和鉆芯法比較分析，最終可得到如下結論：

1) 在采用聲波透射法判斷樁身完整性時，需要對聲學各個參數(shù)值進行綜合對比分析，特別是波速和PSD值需重點考慮，對于聲測可疑缺陷區(qū)應進一步采用加密測試和斜測法，確定缺陷的大小和具體范圍。通過與鉆芯法比較，結果表明，聲波透射法檢測具有較高的可靠性，能夠快速評價樁基混凝土質量。

2) 對發(fā)現(xiàn)缺陷的區(qū)域采用注漿法進行處理，處理后采用聲波透射法進行復測。測試結果表明，注漿法處理后效果較為明顯，說明此方法處理樁身缺陷是一種經(jīng)濟和快速的方法；但受缺陷的限制，有時可能需要多次注漿才能達到效果，因此，需要視缺陷的情況來進行處理。

參考文獻：

[1] 孟軍濤，顏勝才，陳輝，等.混凝土灌注樁樁身質量缺陷聲波透射法檢測分析[J].鐵道建筑，2014(6)：57-59.

[2] 李廷，徐振華，羅俊.基樁聲波透射法檢測數(shù)據(jù)評判體系研究[J].巖土力學，2010,31(10)：3165-3172.

[3] 李清華.聲波透射法檢測在橋梁樁基中的應用[J].福建地質，2013(2):155-160.

[4] 馬溁.超聲波透射法在橋梁樁基完整性檢測中的應用[J].公路與汽運，2014(6)：173-177.

[5] JTGF81-1-2004,公路工程基樁動測技術規(guī)程[S].

[6] 余安，湯洪志，劉朋梅,等.聲波透射法和反射波法在混凝土灌注樁缺陷檢測中的對比研究[J].工程地球物理學報，2015,12(1)：111-116.

[7] 鄒建.超聲波法在基樁檢測中的應用[J].長沙鐵道學院學報，2013,14(1)：200-201.

[8] 韓侃，侯殿英.聲波透射法樁身完整性檢測的評價及分析[J].鐵道工程學報，2013(3)：33-37.

文章編號：1008-844X(2016)02-0192-04

收稿日期:2016-01-22

作者簡介:蔣彥華( 1984-) ，男，工程師，主要從事公路工程質量監(jiān)督與工程造價管理。

中圖分類號：U 446

文獻標識碼：B