生产:20#无缝方管、20#方矩形管、20#大口径厚壁方管。
双击自动滚动发布者:qywl发布时间:2011-9-8阅读:68次字体:大中小
超声波法在桥梁桩基检测中的应用
随着我国基础建设的快速发展，桩基础已成为桥梁工程中最常用的基础形式。由于受地质条件、成桩工艺、机械设备、施工人员、管理水平等诸多因素的影响，容易产生夹泥、断裂、缩颈、混凝土离析、桩底沉渣过厚、桩顶混凝土密实性差等质量缺陷，危及主体结构的正常使用和安全，甚至导致工程质量事故。因此，如何确定缺陷的位置并对其进行准确的评价，已成为基桩质量检测中的一个核心问题。
以福建浦南高速公路为例，介绍超声波法在桥梁桩基检测中的应用。
浦南高速公路是国家高速公路规划网中第二条放射状北京至台北高速公路的一部分，是我省建设里程最长、单个城市投资最大的高速公路项目。大中桥99座，桩5400余根，其中超声波法检测1100。我公司承担全桥桩基检测，评估桩体混凝土完整性。
超声波检测原理与技术
(1)超声波检测的基本原理是利用超声波脉冲发射器在混凝土中激发高频弹性脉冲波，通过高精度接收系统记录脉冲波在混凝土中传播过程中的波动特征；当混凝土中存在不连续或损伤的界面时，缺陷表面形成波阻抗界面，当波到达该界面时，产生波的透射和反射，明显降低接收的透射能量；当混凝土存在疏松、蜂窝、孔洞等严重缺陷时，会发生波的散射和绕射；根据波的初至时间、波的能量衰减、频率变化和波形畸变等特征，可以得到测区混凝土的密实度参数。测量并记录不同侧面和高度的超声动态特性。经过处理和分析，可以判断被测区域混凝土中缺陷的性质、大小和空间位置，评价混凝土的整体均匀性和完整性。
(2)基桩施工前，根据桩径预埋一定数量的声测管(一般为钢管或镀锌管，底部封闭，顶部覆盖)，作为换能器的通道。测试时，每两个声管为一组，声管内充满清水。通过水的耦合，一个声管中的换能器发出超声波脉冲信号，另一个声管中的换能器接收信号，测量相关参数，并采集记录。发射器和接收器传感器被同步提升用于检测。在异常情况下，可采用水平加密、算术同步和扇区扫描进行加密和精细测量。
3数据分析和判断
检验应按《公路工程基桩动测技术规范》(JTG/T F81-01—2004)中超声波法的规定进行:
(1)桩缺陷由声速、振幅、PSD(斜率法)临界值综合判断。PSD值Kt根据以下公式计算:
kt = Kδt
k =(TCI-TCI-1)/zi-zi-1δt = TCI-TCI-1
式中，tci是第I个测点的声波时间；Tci-1是第一个i-1测点声音；
Zi为第I个测点的深度；Zi-1No。i-1测点深度。
(2)桩身均匀性按声速分散系数Cv(表1)分为A ~ D4级。
表1声速弥散系数等级
(3)根据桩身是否存在缺陷及缺陷的严重程度，将桩的完整性分为ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ* * *四类，根据各检测断面声学参数异常点的分布及异常点的偏离程度确定被测桩的完整性类别。但由于混凝土是骨料复合材料，是多相复合体系，分布着复杂的界面(骨料、气泡和各种缺陷)，检测到的声学参数数据波动较大；此外，灌注桩的混凝土受自密实、地质条件和成桩工艺的影响，其声学参数波动较大，实际检测过程中不出现异常测点的可能性较小，因此不能生搬硬套规范中判断桩身完整性的标准(规范对异常声学参数的判断采用“可判断”)，否则工程中很难出现I类桩，也不符合桩完整性分类的定义。因此，上述理论异常只是可疑缺陷，可根据以下五个方面综合判断:
(1)异常点的实测声速与混凝土正常声速的偏差程度；
(2)异常点实测振幅与同一截面正常混凝土振幅的偏差程度；
(3)异常点波形相对于正常混凝土波形的畸变程度；
(4)异常点的分布范围及异常点在其他断面的分布情况；
⑤桩的类型(摩擦型或端承型)、地质条件和成桩工艺。桩的类型和地质条件决定了桩混凝土压应力和弯矩随深度的变化规律，因此在桩的不同深度，同样大小和程度的缺陷对桩是否满足设计要求影响很大，应适当区分。
4工程检测实例及其分析
浦南高速公路某大桥2l-1桩为钻孔灌注桩摩擦桩。设计桩径1.5m，设计桩长49.5m，预埋4根声测管。水平测量采用超声波法，测点间距为0.25米..其中1-2、1-3、1-4段在13.2至14m存在声学参数异常(如图1)，异常范围内的波速比平均波速低15%，振幅低于平均振幅。初步判断13 ~ 14m处桩体存在异常(缺陷)，缺陷区域在1号声测管方向，但无法确定缺陷范围，进而归为二类或三类桩。为了确定缺陷的严重程度和范围，在1-2、1-3和1-4段进行了双向倾斜测量，在9 ~ 19m范围内，发射器和接收器分别倾斜约45°，测点间距为10cm。倾斜测量结果如图所示。根据各剖面、各方向的斜测数据，确定声学参数异常的测线。各剖面异常测线的包络线范围见图中阴影部分。可以看出，截面1-3、1-2、1-4的径向缺陷尺寸依次增大，1-3、65433依次增大。从缺陷范围看，纵向尺寸约为0.8m，径向尺寸小于1/4桩径。从缺陷区域的声学参数和波形来看，声学参数的幅度不算太大，波形基本完整。因此，该缺陷判定为轻微缺陷，该桩判定为ⅱ类桩。
图1声学曲线
图2倾斜测量结果示意图
5检测中应注意的一些问题
(1)桩混凝土龄期的影响。
某桥13-2桩检测中，由于工期紧，检测在灌浆后第五天进行。发现接收信号相当微弱，波形衰减严重，这在所有测点都很普遍。初步分析是年龄问题。灌浆后第10天再次检测，信号和波形良好，判定桩完好。可见，年龄对声学测量结果影响较大，建议检测时间不小于14天。
(2)超声波法和钻孔取芯法应相互验证，综合应用。
某桥5-2桩设计直径1.5m，预埋三根声测管。超声波检测发现桩顶以下3.5m处混凝土混砂严重。用钻孔取芯法验证时，反映为一根完整的桩。开挖检查确认超声波方法正确，缺陷位于流沙层，两个声测管被流沙包裹，所以声波测量结果显示缺陷断面有点大。但钻孔位置靠近桩中心，避开了缺陷范围，不能反映桩的真实情况。因此，在声波测井中发现问题的界面附近，应尽可能选择钻孔岩心的取样位置。超声波检测发现异常情况时，不能盲目判定基桩质量。必须结合地质及相关资料，结合不同的检测方法，合理判断基桩质量。
(3)声管的问题。
声测管是声波测量时换能器进入桩身的通道。它是灌注桩超声波脉冲检测系统的重要组成部分，其在桩中的嵌入方式和在桩截面上的布置将直接影响检测结果。因此，在检测桩的设计图纸中应标明声测管的布置和埋设方法，埋设声测管的数量和在桩的横截面上的布置应考虑检测的控制区域。
在实际测量中，声管经常被堵塞或卡住，这是由于声管安装不当造成的。声测管一般采用钢笼分段安装，每段之间的接头可采用反螺纹套筒接头或套筒焊接，保证在高静水压下不漏浆，接头内壁保持平整，安装后管口封闭。声学管道的非平行安装也是一个常见的问题。由于施工过程中钢筋笼容易扭曲变形，声测管位移很大，导致声波时间值、均方误差、弥散系数、平均声速出现偏差。PSD方法可以用来判断和消除这些非缺陷因素的影响。声管中的浊水会明显甚至严重增加声波的衰减，延长传播时间，给声波检测带来误差。因此，检测前应对检测管进行冲洗，并注入清水作为耦合剂。
6超声波法在实际工作中有待探讨和改进:
(1)利用声速估算桩混凝土强度的说法也很普遍，各种方法也在尝试。通过聚类分析和统计检验等数理统计方法判断桩的完整性。施工质量越好，判断越严格。
(2)进一步发展声测管或钻取芯孔处理桩缺陷的技术，提高加固桩缺陷的可靠性，使基桩超声波检测更加经济可靠。
超声波透射法的一般要求是:接头牢固不脱落，密封不漏浆；管壁应平整无折损，光滑无变形；管体垂直，不歪斜；管内无异物。
声测管材质或安装工艺不良时，可能造成漏浆、堵管、断裂、弯曲、下沉、变形，对超声波透射法检测桩基完整性影响很大，甚至无法用超声波透射法检测。
基于以上情况，通过相应的理论计算和大量的工程实践，浙江宏昌科技发展有限公司推出了我公司的专利产品:高强度双密封液压声测管(专利号:200720112817.3)。
高强度双密封液压声管的承插端设计有两个凸槽，凸槽内装有密封圈。安装时，将本产品的承口端插入10cm的承口端，然后用专用液压钳同时挤压两个凸槽，挤压部位的管子受力后收缩变形，两个凸槽之间的外管深深浸入内管，有效实现了本产品的可靠连接；同时橡胶密封圈受挤压后变形卡在两层管子之间，起到了极好的双保险密封作用。