四川內江市50聲測管廠家

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基樁聲波透射法檢測中聲測管埋設問題的探討

　　灰巖地區地質情況極其復雜, 土洞、巖溶、構造帶發育, 地下水豐富甚至有地下暗河通道等, 會影響樁基礎的施工質量。為準確檢測樁基礎的質量情況, 減少質量安全隱患和經濟損失, 必須選擇合理的樁基礎質量檢測方法。灰巖地區樁長變化很大, 經常會出現五六米左右的短樁, 并且嵌巖深度長, 甚至全嵌巖;灰巖地區也極易出現樁頂擴徑或樁身擴徑嚴重或樁身多處不規則擴徑成葫蘆狀, 這些問題容易造成低應變檢測信號的失真, 對樁身質量的判斷造成影響。聲波透射法是解決灰巖地區低應變法檢測樁身完整性局限性的最有效的方法, 而聲測管的埋設保護是保證聲波透射法正常進行、準確判斷的前提。

1 　聲波透射法檢測原理

聲波透射法檢測樁身完整性的基本原理是:通過在樁身內預埋聲測管之間激發并接受高頻彈性脈沖波, 檢測該脈沖波在混凝土內反射、透射、散射或繞射過程中表現的波動特征, 根據波的初至到達時間和波的能量衰減特征、頻率變化及波形畸變程度等特性, 可以獲得樁身各橫截面混凝土的聲學參數,經過對這些聲學參數的處理、分析和判斷, 確定樁身混凝土缺陷的范圍、程度及空間位置, 從而推斷、評定樁身混凝土的完整性。

2 　儀器設備

聲波透射法試驗裝置包括超聲檢測儀、超聲波發射及接收換能器(亦稱探頭)、預埋測管等, 也有加換能器標高控制絞車和數據處理計算機。

3 　聲測管埋設要求

聲測管是聲波透射法檢樁時徑向換能器的通道, 應當具有一定的強度、韌性及剛度, 一般采用外壁與混凝土粘結良好、有較大透聲率的鋼管, 其內徑宜為43 ～ 60mm , 接頭宜采用螺紋連接。聲測管應焊接或綁扎在鋼筋籠內側埋設到樁底;為便于檢測, 管口應高出檢測工作面300mm 以上, 管口高度宜一致。聲測管管底、管口及接頭必須密封, 保證聲測管暢通, 管壁完好。聲測管在樁中位置應等分樁的圓周;聲測管之間應保持平行、間距應基本保持均勻。

聲測管埋設數量應根據樁徑來確定, 應符合下

列要求(圖1):

圖1 　聲測管布置圖(注:圖中陰影為聲波的有效檢測范圍)

　　①D ≤1000mm 時, 宜埋設2 根管。

②1000 <D ≤2000mm 時, 宜埋設3 根管。

③D >2000mm 時, 宜埋設4 根管。

式中,D 為受檢樁設計樁徑。

4 　聲波透射法檢測過程中因聲測管遇

到的問題

　　灰巖地區, 聲波透射法作為最有效、最準確的檢測方法反而會因為聲測管的問題影響檢測工作和檢測結果, 甚至造成誤判, 給工程造成不必要的經濟損失、影響工程進度。4 .1 　聲測管變形、堵管問題聲測管變形、堵管問題是檢測過程中最常遇到的問題。造成變形堵管的原因主要有以下幾種:1)聲測管接頭或管口、管底密封不嚴, 在施工過程中漏進泥漿甚至水泥漿造成堵管。2)聲測管在安裝、灌注過程中因鋼筋籠扭曲或碰撞使聲測管接頭錯位、變形或管壁變形。出現這種情況主要原因是選用薄壁的鋼質波紋管或內徑較小的鋼管作為聲測管。3)灰巖地區, 沖孔成孔不好, 鋼筋籠下沉困難時使用非常規手段使聲測管變形堵管。4)破樁頭時由于工人的不注意掉進小混凝土塊引起的堵管。聲測管變形堵管給檢測工作帶來了很多的困難, 甚至無法進行檢測。出現這幾種情況時, 短樁等滿足低應變檢測條件的可以采用低應變法, 結合有效的聲測檢測范圍和工程資料判斷樁身完整性。無法滿足低應變法檢測條件或出現異常情況下就需要結合其他的檢測方法(如鉆心法)來判斷樁身完整性。這就給工程帶來的不但是經濟上的損失, 還會影響施工進程。聲測管變形、堵管有時還會損壞檢測儀器, 影響檢測單位的工作。聲測管管材的選取對這種情況的影響很大。為了節省聲測管的用, 采用壁厚不到1mm 的鋼質波紋管作為聲測管, 但這種管在安裝、施工過程中不易保護, 容易造成聲測管變形、堵管。解決這個問題的最佳方法是采用管壁厚度在3mm 以上的鋼管作

為聲測管;同時現在的徑向換能器直徑多在30mm左右, 鋼管的內徑應滿足43 ～ 60mm 的規范要求;還應當注意聲測管安裝、施工過程中的工藝方法和做好施工人員對聲測管的保護工作;檢測工作前對聲測管進行探測, 可以處理得堵管現象應及時導通,保證聲測管在檢測時是通暢的。

4 .2 　聲測管連接問題

聲測管連接宜采用螺栓連接(圖2);考慮到聲測管安裝難度和工作效率, 通常采用焊接的連接方式;但采用非鋼管作為聲測管時, 螺栓連接和焊接方式無法進行, 就會出現其他的連接方式。焊接連接有兩種情況, 套筒焊接和對接焊接(圖2)。焊接主要會出現焊渣、毛刺等凸出物, 防礙徑向換能器在接頭的上下移動;焊接不好, 接頭密封性差, 會出現漏漿的情況;對接焊接甚至會出現焊接處斷裂脫開。

圖2 　聲測管的連接

(a)螺紋連接(b)套筒焊接(c)對接焊接

　　采用鋼質波紋管作為聲測管時, 因不便采用螺栓連接和焊接方式, 常采用橡膠套連接, 即用6 -10cm 長橡膠套套接兩聲側管接口。橡膠套材質軟,無法保證聲測管接頭的強度與剛度, 聲測管在安裝、施工過程中易出現錯位甚至脫開。鑒于橡膠套的熱膨脹系數與混凝土的相差懸殊, 在混凝土灌注過程中水泥的水化熱不易發散, 而橡膠溫度變形系數較大, 混凝土凝結后橡膠套因溫度下降而產生收縮變形, 有可能使之與混凝土局部脫開而造成空氣或水的夾縫, 影響檢測信號, 容易造成誤判。當一根聲測管橡膠套連接處出現這種情況時,三根聲測管的樁就會影響到兩個檢測剖面, 四根聲測管的樁就會影響到三個檢測剖面, 按照正常的評判標準就會誤判為嚴重質量問題。這種情況應當結合聲測管連接處的位置、橡膠套的長度和“缺陷”的78 　　　　　　　　　　　第24 卷

范圍、長度來綜合判定樁身質量, 必要時應用其他檢測方法驗證。圖3 就是一根假嚴重質量問題樁。該樁為某橋27 號墩1 號樁, 聲波透射法檢測時發現該樁AB 、AC 管距樁頂7 .4 ～ 7 .6m 處波形均嚴重畸變, 波速嚴重偏低, 但取芯并未發現任何問題, 查看施工資料也未發現任何問題。后經詢問施工人員, 該樁聲測管于7 .3 ～ 7 .8m 處有一連接處, 分析認為該樁“缺陷”是由于聲測管橡膠套收縮變形引起的。聲測管連接方式考慮到安裝難度與工作效率以及管材, 宜采用套筒焊接, 不宜采用對接焊接和橡膠套連接。

圖3 　某橋27-1 #樁聲測v、A-z 曲線

4 .3 　斜管問題

聲測管固定不牢是實際工程中聲測管之間很難

保持絕對的平行的原因, 如果安裝時操作不當或聲

測管連接、固定不好, 可能會造成聲測管嚴重傾斜、

彎折、翹曲, 使同一剖面內各測點的測距發生很大的

差異, 而聲學參數對測距的變化都很敏感, 導致推算

的聲速與測點的實際聲速有很大差別, 這必將給檢

測數據的分析、樁身完整性的判定帶來嚴重影響。

雖然可以對斜管測距進行修正, 但當聲測管嚴重彎

折、翹曲時, 無法進行合理的修正, 導至檢測試驗失

敗。

圖4 為某橋29 號墩7 號樁聲波透射法檢測34

剖面的聲速與深度曲線, 因4 號聲測管的中部嚴重

彎折導致該處測距比管口實測測距小, 該處測點聲

速嚴重偏低于正常取值范圍, 通過比較關于4 號聲

測管的其他檢測剖面的聲速與深度曲線并且進行測

距修正, 該處測點聲速在正常取值范圍內。如果不

圖4　某橋29 -7#樁聲測v-2 曲線

進行測距修正, 就可能造成誤判。

采用鋼管作為聲測管, 鋼管可以焊接在鋼筋籠

骨架上, 甚至可以替代部分主鋼筋截面;由于鋼管剛

度較大, 在做好安裝工作和控制好施工過程的情況

下, 基本可以保持其平行度和平直度。

4 .4 　聲測管布置問題

聲測管的布置決定了聲波透射法的有效檢測范

圍, 所以聲測管的布置應當考慮聲波透射法的檢測

精度, 應當讓聲波透射法的有效檢測范圍覆蓋到樁

身的絕大部分橫截面, 使聲測管的利用率最高。由

圖5 可知, 正三角形布置是三根聲測管最合理的布

置方式, 同樣沿直徑布置和呈正方形布置是兩根聲

測管和四根聲測管最合理的布置方式。

圖5 　聲波有效檢測范圍對比

灰巖地區, 異型樁較多, 大橫截面的異型樁如

抗滑樁、樁板墻在通過聲波透射法檢測樁身完整性

時聲測管的布置很關鍵。該類型樁靠近邊坡頂的一

面(圖6AB 面)設計上鋼筋數量比其他三面數量多、

第11 期　　　　　　　　趙守全:基樁聲波透射法檢測中聲測管埋設問題的探討 79

布置密。

圖6　抗滑樁示意圖

抗滑樁聲測管多為四根, 其布置通常有兩種常

用方式(圖7):四角布置和四邊中心布置。四邊中

心布置會減小有效檢測范圍, 出現四個“死角” ;四角

布置則會出現一種特殊情況。抗滑樁設計上AB 面

鋼筋數量較多、布置較密, 聲測管四角布置時, 由于

聲波在介質內從一點向另一點傳播一定會沿著最

佳、最省時的路徑傳播(費瑪定律), 密布的鋼筋對介

質的透聲率影響很大, 會在AB 面(14 剖面)出現聲

測波形嚴重衰減的現象, 給檢測數據的分析、樁身完

整性的判定帶來嚴重影響, 甚至出現誤判。

圖8 為某段路基抗滑樁的檢測波形。該段路基

抗滑樁聲測管為四角布置, 現場檢測結果為除14 剖

面檢測波形出現嚴重衰減外其余五個檢測剖面均正

常。由于抗滑樁橫截面大, 無法由低應變法進行有

效的檢測驗證, 后經同類型樁、同聲測管布置方式的

檢測結果的比較, 認真查看設計圖紙、施工資料和詢

問施工人員, 判斷引起14 剖面聲測波形嚴重衰減的

原因為該檢測剖面兩聲測管間密布鋼筋。

由于抗滑樁等異型樁多為大橫截面人工挖孔干

灌樁, 混凝土通過人工振搗基本可以保證樁身完整,

為避免出現誤判, 聲測管的布置宜采用四邊中心布

置。如果不考慮檢測成本, 為減小聲測管四邊中心

布置可能存在的漏判, 可以在聲測管四角布置的基

礎上于AB 面增加一根聲測管, 同時取消AB 面的

檢測。

圖7 　抗滑樁聲波透射法聲測管布置

(a)四角布置(b)四邊中心布置

5 　結束語

聲波透射法作為灰巖地區樁身完整性檢測最有

圖8 　某抗滑樁聲測正常波形和AB面某點衰減波形

效、最準確的檢測方法, 其檢測成本也很高, 如果不

能保證聲測管暢通, 聲波透射法檢測就無法進行, 可

能產生的附加成本也會更高。為檢測到有效的數

據, 考慮到檢測成本和安裝難度以及工作效率, 聲測

管的選取、安裝埋設宜符合下列幾條:

1)選取壁厚為3 ～ 5mm 、內徑為43 ～ 60mm 的

鋼管作為聲測管。

2)根據規范及設計要求確定聲測管根數并等分

樁圓周布置。

3)聲測管連接采用套筒焊接密封, 管口管底也

必須嚴格密封;聲測管平行地焊接并綁扎在鋼筋籠

內側;聲測管管口應高出樁頂標高300mm 以上并

要求平齊;聲測管在隨鋼筋籠下沉時, 每下沉一節,

要向管內注一次清水, 下至樁底后管內應注滿清水,

然后密封管口;埋設前檢測聲測管是否暢通, 管壁是

否完好。

4)樁身完整性檢測前再次檢測聲測管是否暢

通。

聲波透射法檢測樁身完整性時會遇到很多不同

的問題, 限于筆者水平, 本文只是膚淺地從聲測管方

面提出了一些問題, 總結了一點看法, 但是檢測工作

不能全靠經驗, 具體問題應當具體對待, 本文提出的

一些問題和看法, 供廣大技術人員參考, 不當之處懇

請同行指正。

四川內江市50聲測管廠家 四川內江市50聲測管廠家 9優點a)鋼管的套接;b)波紋管的套接5用途--界面兩側介質的聲阻抗率布置聲測管的埋置數量及其在樁的橫截面卜的布局應考慮檢測的控制面積。通常有如圖7所示的布置方式，圖中的陰影區為檢測的控制面積。外壓