淺論超聲波檢測(cè)橋梁灌注樁質(zhì)量
2013-02-06 來(lái)源：作者：高超 來(lái)源：中國(guó)論文網(wǎng)
近幾年來(lái)，我國(guó)的灌注樁施工技術(shù)水平、機(jī)械設(shè)備以及作業(yè)人員的操作技巧都有了較大的進(jìn)步，但質(zhì)量問(wèn)題始終存在，如何善用好檢測(cè)方法、全面控制質(zhì)量問(wèn)題，成為當(dāng)前公路橋梁建設(shè)的重要任務(wù)。采用超聲波透射法進(jìn)行檢測(cè)，雖然檢測(cè)成本較高，但對(duì)樁基缺陷性質(zhì)和位置的準(zhǔn)確判定是其它檢測(cè)方法無(wú)法比擬的，因此值得大力推廣，以保證工程的順利進(jìn)展。
一、超聲波檢測(cè)原理以及聲測(cè)管的安裝埋設(shè)
1、檢測(cè)原理
將聲測(cè)管預(yù)埋進(jìn)被測(cè)樁里，聲測(cè)管呈豎型，并且互相平行，聲測(cè)管里有超聲脈沖發(fā)射及接收換能器，其耦合劑的介質(zhì)是清水，超聲脈沖從儀器的發(fā)射換能器中射出，穿過(guò)待測(cè)樁后，被儀器重新接收，經(jīng)過(guò)分析可以判斷出聲時(shí)、波幅、主頻等接收到的參數(shù)，從而做出正確的判斷。通過(guò)綜合分析，可以檢測(cè)出橋梁樁身內(nèi)混凝土是否完整，判斷樁基缺陷的程度并確定其位置。聲測(cè)管通常兩根一組，在清水的耦合作用下，脈沖信號(hào)發(fā)出后，另外的換能器能夠準(zhǔn)確地接收到信號(hào)，并且逐步上升，達(dá)到檢測(cè)整個(gè)截面的目的。
2、聲測(cè)管的安裝埋設(shè)
預(yù)埋聲測(cè)管的數(shù)量應(yīng)符合下列規(guī)定：樁徑≤1500mm，應(yīng)埋設(shè)三根聲測(cè)管；樁徑>1500mm，應(yīng)埋設(shè)四根聲測(cè)管。聲測(cè)管應(yīng)沿樁截面外側(cè)、鋼筋籠內(nèi)側(cè)呈對(duì)稱形狀布置，并采用普通或鍍鋅鋼管，內(nèi)徑宜為50～60mm，鋼管宜采用螺紋連接，且不漏水。條件不允許的時(shí)候可采用焊接，焊接時(shí)必須保證鋼管內(nèi)壁平整，不能有焊渣或凸出物使得內(nèi)徑減小，確保檢測(cè)時(shí)聲測(cè)探頭能夠自由上下。聲測(cè)管的下端必須封閉，保證管底、接頭處不漏水。上端高出混凝土面300mm以上并加蓋，防止異物掉入堵塞聲測(cè)管。聲測(cè)管應(yīng)平均布置，采用焊接或綁扎的方法固定在鋼筋籠內(nèi)側(cè)，管間應(yīng)相互平行、定位準(zhǔn)確，不平行度控制在0．5％以下，并埋設(shè)至樁底。灌注樁混凝土前，聲測(cè)管內(nèi)應(yīng)注滿清水，防止泥漿進(jìn)入。
3、使用超聲波進(jìn)行透射檢測(cè)的方法
有兩種方法：粗測(cè)和細(xì)測(cè)。粗測(cè)最常用的測(cè)量方式是平行測(cè)試，其測(cè)點(diǎn)之處通常位兩根聲測(cè)管之間，換能器起到了發(fā)射和接收的作用。用于數(shù)據(jù)采集的儀器按鈕按下后，用于發(fā)射的換能器和用于接收的換能器可以同步起落，其信號(hào)的各種數(shù)值圖形通過(guò)超聲檢測(cè)儀同步顯示。儀器還擁有記錄的功能，在同一剖面間，聲測(cè)管可以進(jìn)行設(shè)當(dāng)?shù)慕M合，從而達(dá)到最佳的檢測(cè)效率。在這個(gè)檢測(cè)比較的過(guò)程中，混凝土的品質(zhì)好壞與否是最終的評(píng)測(cè)要求，需要通過(guò)檢測(cè)正確地判斷橋梁灌注樁的缺陷有多嚴(yán)重。因此在檢測(cè)過(guò)程中，一些參數(shù)和設(shè)施需要固定，比如發(fā)射時(shí)用上的電壓、測(cè)管中的換能器等。細(xì)測(cè)屬于重復(fù)測(cè)量的一種方式，是為了確認(rèn)聲波參數(shù)的異常性，再一次對(duì)有可能出現(xiàn)缺陷的地方進(jìn)行復(fù)檢，從而能夠掌握橋梁灌注樁缺陷的位置以及出現(xiàn)的范圍。粗測(cè)中的平測(cè)使用的次數(shù)最多，但在細(xì)測(cè)中，斜測(cè)也是一種好的手段，當(dāng)接收到的聲波的信號(hào)比較強(qiáng)，第一次波度產(chǎn)生的幅度能夠滿足測(cè)試時(shí)的要求，那么錯(cuò)位的高度比原來(lái)的越大，效果越好，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，建議采用六十厘米到一百厘米的高度。
二、鉆孔灌注樁缺陷的檢測(cè)分析及處理
在施工的過(guò)程中，有幾種主要的缺陷較為常見：縮頸缺陷、斷樁缺陷、離析缺陷、蜂窩缺陷、孔洞缺陷等。對(duì)于這些常見的缺陷，需要用準(zhǔn)確的方法和標(biāo)準(zhǔn)去判斷，可以根據(jù)《公路工程基樁動(dòng)測(cè)技術(shù)規(guī)程》來(lái)判斷：聲速的判據(jù)、波幅的判據(jù)以及根據(jù)PSD來(lái)判斷。檢測(cè)人員應(yīng)根據(jù)以上三種判據(jù)并結(jié)合波形、波列圖對(duì)樁身完整性進(jìn)行判定。
1、縮頸
縮徑有兩種情況：縮孔、局部縮頸。對(duì)于縮孔來(lái)說(shuō)，鉆孔灌注樁鋼筋籠無(wú)保護(hù)層或保護(hù)層不足，產(chǎn)生實(shí)際樁徑略小于設(shè)計(jì)樁徑現(xiàn)象，而這種樁基縮孔缺陷是所有樁基質(zhì)量檢測(cè)方法的盲區(qū)。舉個(gè)例子，某樁徑為2800mm的鉆孔灌注樁，從檢測(cè)數(shù)據(jù)分析其完整性應(yīng)為I類樁，但其樁頂部鋼筋籠基本無(wú)保護(hù)層。若其發(fā)生在灌注樁的頭部，利用直接檢查就能夠輕易發(fā)現(xiàn)，可是深度就比較難判斷了。一般來(lái)說(shuō)，淤泥的層度越厚，縮孔產(chǎn)生的概率也就越高，在很大程度上將影響到公路橋梁的使用壽命。
縮孔的出現(xiàn)絕非偶然，其產(chǎn)生的原因有很多種，例如鉆錐出現(xiàn)磨損或者未進(jìn)行及時(shí)的焊補(bǔ)，都有可能造成鉆錘部分偏小的現(xiàn)象出現(xiàn)，另外土質(zhì)較差也有可能產(chǎn)生縮孔現(xiàn)象。由于橋梁的灌注樁大多在水下進(jìn)行，如果混凝土在灌注到頭部的時(shí)候，灌注樁所使用的鋼筋籠將有可能產(chǎn)生緊縮現(xiàn)象，如此一來(lái)，下料漏斗的高度將越來(lái)越少，泥漿的濃度也會(huì)進(jìn)一步加大，使灌注樁的混凝土不太容易攤到外面。
縮孔的治理辦法和預(yù)防措施：找出縮徑的位置，清除泥皮并鑿毛，立圓模，澆筑鋼筋保護(hù)層膨脹混凝土，最后拆模。易縮孔地質(zhì)層中錘徑不宜小于樁徑，粗骨料最大粒徑嚴(yán)格控制在鋼筋凈距的1／4，灌注樁頂混凝土?xí)r，漏斗的底口要保持一定的高度，至少離泥漿表面要有一定的距離。
縮頸是橋梁灌注樁經(jīng)常要碰到的一種質(zhì)量缺陷，在所有的缺陷中，它幾乎占到了一半左右，是一個(gè)需要及時(shí)解決的大問(wèn)題。要想解決這個(gè)問(wèn)題，需要知道一些數(shù)據(jù)的特征和波形的特征，例如在聲測(cè)時(shí)，有一個(gè)以上的坡面出現(xiàn)聲速和波值比臨界值要小，另外有多個(gè)測(cè)點(diǎn)也出現(xiàn)相同的現(xiàn)象，有些數(shù)值開始變大，波形也變得異常，這就表明缺陷以及在內(nèi)部形成。
2、斷樁
舉個(gè)例子，用超聲波法檢測(cè)一根樁徑為180cm的灌注樁，如果發(fā)現(xiàn)樁身5m～8m在三個(gè)檢測(cè)剖面接收換能器均未能接收到超聲脈沖波從發(fā)射儀器中發(fā)出，也就是說(shuō)波形無(wú)法顯示，這種狀況一般是斷樁缺陷。可是在消除缺陷是，里面有八十厘米直徑的混凝土保持好的狀態(tài)。因此實(shí)際意義上的斷樁現(xiàn)象比較少見。斷樁缺陷的數(shù)據(jù)和特征：如果連續(xù)好幾個(gè)測(cè)點(diǎn)所產(chǎn)生的聲速以及波幅值，在全部用于聲測(cè)的剖面上都比臨界值要小得多，而且PSD的數(shù)值產(chǎn)生突變現(xiàn)象，所測(cè)出的波形圖像有嚴(yán)重的變形。
斷樁現(xiàn)象所產(chǎn)生的原因除了上述幾種之外，還包括：在混凝土的灌注過(guò)程中，用儀器測(cè)量已經(jīng)灌入孔心的混凝土表面上的高度有錯(cuò)誤出現(xiàn)，從而導(dǎo)致了測(cè)量所用的導(dǎo)管埋入的深度太小，有可能會(huì)出現(xiàn)拔脫以及提漏的現(xiàn)象。如果測(cè)量所用的導(dǎo)管在里面埋得太深，或者灌注混凝土所用的時(shí)間太長(zhǎng)，從而導(dǎo)致已經(jīng)灌混好的混凝土表現(xiàn)出來(lái)的流動(dòng)性有降低的跡象，此時(shí)混凝土跟導(dǎo)管的內(nèi)壁所產(chǎn)生的摩擦力就會(huì)增大，在往上提升的時(shí)候，有可能會(huì)拉斷里面跟法蘭盤相連接的導(dǎo)管，或者產(chǎn)生破裂的現(xiàn)象。另外，里面的混凝土太厚導(dǎo)致卡管，或者由于機(jī)械上的故障、設(shè)備停電造成了橋梁灌注樁施工無(wú)法持續(xù)進(jìn)行下去。
3、離析、蜂窩、孔洞
這三種樁基產(chǎn)生的質(zhì)量問(wèn)題，一般來(lái)說(shuō)，是因?yàn)槭┕ど系墓に囁斐傻膬?nèi)在缺陷，并非是其它原因。根據(jù)超聲波所檢測(cè)出來(lái)的數(shù)據(jù)以及產(chǎn)生的波形特征可以判斷：測(cè)點(diǎn)所測(cè)出來(lái)的聲速比臨界值稍微小點(diǎn)，波幅值也比臨界值稍小，而且PSD值產(chǎn)生的變化比較小，顯現(xiàn)出來(lái)的波形基本上屬于正常狀態(tài)。當(dāng)出現(xiàn)以上所分析的缺陷特征時(shí)，表示離析的現(xiàn)象存在于樁身上的三個(gè)用來(lái)檢測(cè)的剖面，如果出現(xiàn)在一到兩個(gè)檢測(cè)剖面上，此時(shí)的缺陷基本上是蜂窩以及孔洞，另外，孔洞的大小還可以利用扇形掃測(cè)檢測(cè)出一個(gè)大概輪廓。產(chǎn)生的原因主要有：混凝土攪拌所用的時(shí)間太少，導(dǎo)致了不均衡的現(xiàn)象出現(xiàn)。當(dāng)混凝土波動(dòng)較大的坍落度時(shí)，所拌的混合料干稀程度不一致，當(dāng)較稀的時(shí)候，離析的缺陷有可能在內(nèi)部產(chǎn)生，當(dāng)較干時(shí)，又有可能產(chǎn)生蜂窩和孔洞的缺陷。超聲波檢測(cè)發(fā)比較容易檢測(cè)出導(dǎo)管的偏離程度。對(duì)于這三種缺陷，要采取正確的預(yù)防措施，比如在混凝土的配合比上要做到嚴(yán)格控制，另外還要注意攪拌時(shí)間的掌握。其它預(yù)防措施還要及時(shí)防止下雨所帶來(lái)的不利后果，避免出現(xiàn)在灌注混凝土?xí)r不會(huì)產(chǎn)生離析現(xiàn)象。
三、結(jié)束語(yǔ)
超聲波透射法以無(wú)破損、高效、輕便、快速的特點(diǎn)有著廣泛的使用價(jià)值。國(guó)內(nèi)目前有不少超聲檢測(cè)分析儀，設(shè)計(jì)思想先進(jìn)，系統(tǒng)軟件完善，檢測(cè)數(shù)據(jù)存貯極為豐富，處理功能在橋梁灌注樁工程質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)中得到廣泛的應(yīng)用。當(dāng)然，質(zhì)量事故在于預(yù)防，在工程開工之前，一定要做好前期準(zhǔn)備，認(rèn)真審核各種文件和資料，嚴(yán)格執(zhí)行各項(xiàng)規(guī)章制度，現(xiàn)場(chǎng)的試樁一定要完善。另外還要注意泥漿的質(zhì)量，施工時(shí)必須做好記錄，把握好各種關(guān)于質(zhì)量的關(guān)口，以有效的措施防止質(zhì)量事故的發(fā)生。
