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聲測管施工及對基樁檢測結果的影響

由于聲波透射法檢測混凝土基樁完整性時檢測精 度高 ,不受樁長、樁徑條件限制 ,測試無盲區(qū) ,檢測信號 易分析 ,在混凝土基樁檢測中應用越來越普及。特別 是在公路工程、交通工程等領域 ,《公路工程基樁動測技 術規(guī)程》JTG T F81-01-2004 明確要求使用聲波透射法的 檢測數(shù)量不少于 50%,對一些重要工程要求 100 %使用 聲波透射法進行基樁檢測。

但是由于一些施工單位對該方法的認識不是很明 確 ,在施工過程中可能會出現(xiàn)一些問題 ,并可能影響對 基樁的檢測 ,造成工作的被動。本文從檢測角度 ,詳細 介紹施工過程中聲測管的安裝方法及其對檢測結果的 影響 ,并提出了一些合理的意見和建議。

1  聲測管安裝

1.1 基本要求 聲測管是檢測的重要通道 ,使用聲波透射法檢測

基樁完整性時 , 需要根據(jù)樁徑在樁內(nèi)預埋一定數(shù)量的 聲測管。檢測時 ,管內(nèi)注滿清水 ,把聲波換能器(俗稱探頭)放到聲測管內(nèi) ,由下向上逐個剖面進行檢測。當聲測管安裝工藝較差時 ,可能造成漏漿、斷裂、彎曲、下沉、堵塞、卡管等事故的發(fā)生 , 對用聲波透射法檢測基 樁完整性的檢測結果產(chǎn)生較大影響 ,甚至無法檢測或 判定基樁完整性類型。對聲測管總的要求是 :連接牢 靠不脫開 ,密封良好不漏水 , 連接平整不打折 , 管間平 行不彎曲 ,管內(nèi)通暢無異物。

1.2 聲測管的埋置數(shù)量 根據(jù)樁徑大小 , 一般埋設 2 ～ 4 根聲測管 , 依據(jù)檢

測規(guī)范不同 , 對樁徑的要求略有區(qū)別。目前常用的檢 測技術規(guī)范主要有 :《建筑基樁檢測技術規(guī)范》JGJ106-2003(以下簡稱《建筑規(guī)范》)、《公路工程基樁動測技術 規(guī)程》JTG T F81-01-2004(以下簡稱《公路規(guī)范》),《超聲法檢測混凝土內(nèi)部缺陷技術規(guī)程》CECS21 :2000(以下 簡稱《測缺規(guī)程》),這 3 本規(guī)范對樁徑的要求如表 1 所 示。

　　注:d 表示樁徑

1.3 聲測管材質選擇 聲測管材料要有足夠的機械強度 ,保證在灌注混

凝土過程中不變形 ,且與混凝土粘結良好 ,不致在聲測 管和混凝土間產(chǎn)生裂縫 , 影響測試。因此最好選用鋼管。當樁長在 15m 以下時 , 為了節(jié)省材料 ,降低成本 , 有的規(guī)范也允許采用 PVC 管、塑料管或金屬波紋管。 1.4 聲測管的尺寸

目前常用的換能器均為 30 ～ 60kHz 圓管式徑向換 能器 ,其直徑一般在 30mm 左右或更小。規(guī)范規(guī)定聲 測管內(nèi)徑比換能器直徑大 10 ～ 20mm , 因此 ,一般選用 40 號鋼管(外徑 48mm ,內(nèi)徑 42mm)或 50 號鋼管(外徑

60mm ,內(nèi)徑 54mm)。

1.5 聲測管的連接

由于常用的鋼管均是 6m 一段 ,需要將一段段鋼管 連接起來。對連接的要求是 :有足夠的強度 ,保證聲測 管不致受力彎曲脫開 ;連接應有足夠的水密性 ,保證在 孔內(nèi)水壓下不漏水。

連接方式主要有套筒連接、螺紋連接、對接焊連 接 ,最常用的方式是套筒連接 ,效果比較好。

套筒連接如圖 1 所 示 ,選 1 段長 80mm 左右 的鋼套筒 , 套筒內(nèi)徑略 大于聲測管外徑 , 將 2

根聲測管套起來 , 用電 焊將套筒與聲測管上下 ^{圖 1  聲測管外加鋼套} 兩端焊接起來。既要保 ^{管連接方式}

證焊接不漏水 ,又不要將聲測管焊通 , 阻塞換能器的上 下移動。

1.6 聲測管的安裝固定 聲測管預先固定在鋼筋籠內(nèi)。用點焊或鐵絲綁扎

的方法固定在架立筋(豎向鋼筋)內(nèi)側 , 也可以采用 U 形鋼筋環(huán)焊接在架立筋上的方式。鐵絲綁扎的間距 ≤ 2m 。為了保證聲測管相互平行 , 可以在聲測管間點焊 三角形鋼筋架支撐。

聲測管一直埋到樁底。底部要封死 ,上部要加蓋 , 防止進入泥漿或異物。

2  聲測管對基樁檢測的影響

2.1 樁底聲測管彎曲 在鋼筋籠的吊裝過程中 ,鋼筋籠的底部拖動時 ,如

果綁扎不牢,聲測管容易發(fā)生彎曲變形 ,聲測管間距變 小。有時樁底鋼筋籠直徑變小 ,為了保證聲測管的平 直 ,聲測管就要穿到鋼筋籠外側 ,而不是把聲測管掰彎 放到鋼筋籠內(nèi)。如果不采取加固措施 ,很容易使聲測 管壓彎或打折 , 甚至折斷。當聲測管超出鋼筋籠底 1 ～ 2m(設計樁底有一段素混凝土)時 ,也存在類似情況 。

如圖 2 所示 ,樁長 18.0m 左右 ,埋設 3 根聲測管 ,3 個檢測剖面中 , -16.0 ～ -18.0m 區(qū)段聲速曲線均明顯 向右(高聲速方向)翹起 ,聲速異常偏高 ,其它區(qū)域曲線 基本正常。推斷樁底聲測管彎曲變形 ,間距變小 ,計算 的波速異常偏高。由于樁底是缺陷易發(fā)生部位 ,根據(jù) 此類曲線很難判定樁底是否存在缺陷 , 很可能發(fā)生漏 誤 ,給工程留下安全隱患。

圖 2  聲測管底部彎曲時檢測剖面

2.2 樁身聲測管彎曲變形 聲測管綁扎不牢或綁扎間距過大 ,在澆筑混凝土

過程中 ,聲測管受混凝土擠壓發(fā)生彎曲變形 ,管間距離變大或變小,直接影響檢測結果的分析判定 ,甚至無法 給出樁身完整性類別。

如圖3 所示 ,樁長18.0m ,埋設 3 根聲測管。從圖 3 可以看出 , Ⅰ 、Ⅲ剖面深度曲線基本正常 , Ⅱ剖面中上 部的聲速曲線向上彎曲 , 聲速嚴重異常。推定是聲測 管受擠壓變形 ,互相靠近 ,導致計算聲速嚴重異常。根 據(jù)深度曲線也很難劃定該樁的完整性類別 ,只能采取 其它方法補充檢測。聲測管的彎曲還導致聲速異常值 判定區(qū)間太大 ,易造成漏判。

2.3 鋼套管影響 聲測管的連接一般采取外套鋼管方式進行。鋼套

管直徑不宜太大 ,一般比聲測管略大即可 ,焊接起來比 較容易 , 封閉性也比較好。鋼套管也不能太長 , 一般 80mm 左右 ,對檢測結果幾乎無影響 。 鋼套管的作用僅 僅是把兩段聲測管連接成來 ,并沒有什么特殊的工藝 要求。

圖 3  樁身聲測管不平行時檢測剖面

如圖 4 所示 ,某工程所有基樁均埋設 3 根聲測管 , 檢測后發(fā)現(xiàn)部分樁存在嚴重信號異常 , 且 1 根樁上 3 個檢測剖面均有多處缺陷(圖 4 中 -5.6m 和 -11.6m 處),從信號上分析是嚴重斷樁。

圖 4  鋼套管太長時檢測剖面

由于多根樁在同一位置附近都存在類似的信號 , 且一根樁上異常信號的高度約 6.0m 左右 ,缺陷區(qū)域高 度約 0.6 ～ 0.8m 。在進行了深入調(diào)研后發(fā)現(xiàn) ,施工單位 使用的鋼套管長度約 80cm 。分析形成異常信號的原 因是鋼套管的影響。由于鋼套管較長 ,焊接質量很好 , 密封在內(nèi)部的部分空氣不能排出 ,聲波信號要繞行很 長距離或穿過空氣層后才能被接收到 , 造成聲波信號 的嚴重異常。為了驗證分析結果 , 在其中的 2 根有典 型代表性的樁上進行鉆芯驗證 ,結果表明 ,樁身混凝土 完整無異常。根據(jù)鉆芯結果 ,此類樁判定為二類樁。 2.4 對零聲時的影響

聲波透射法檢測中零聲時由三部分組成 :①系統(tǒng) 延遲 t01 ;②聲測管壁中延遲 t 02 ;③耦合水層延遲 t 03 。 t₀₁ 與系統(tǒng)有關 , 可以直接由儀器測定 ;t₀₂ 一般約 1μs , 對測試結果影響不大 ;t03 受聲測管和換能器直徑的影 響 ,變化很大 ,對測試結果會有較大影響 ,不能忽略。

舉例說明 :假設水中聲速 V水 =1.5km s , 鋼材中聲

速 V_鋼 =5.8km s , 換能器直徑 d =26mm , 聲測管外徑

=60mm 、內(nèi)徑 _內(nèi) =54mm ,聲波走時 t =200μs(不含 t₀₁ ),那么 :t₀₂ =( _外 - _內(nèi)) V_鋼 =1.03μs ;t₀₃ =( _內(nèi)-d) V_水 =18.67μs 。

耦合水層中零聲時在聲波走時中所占百分比 t₀₃ t =18.67 200 =9.34 %, 可見是不能忽略的 。如果采用 更大內(nèi)徑的聲測管 ,所占百分比就更大。

一般情況下 , 以上計算過程是假設換能器位于聲 測管的中心位置 ,如果聲測管的直徑較大 ,換能器在管 內(nèi)擺動范圍較大 ,對聲時的影響更大 , 對檢測結果的影 響就較大。如圖 5a 、b 所示兩種情況 , t ₀₃ 的變化范圍在

0 ～ 37.34μs 。

圖 5  耦合水中聲波走時

3  結語

聲測管是聲波透射法基樁完整性檢測的重要通 道 ,如果埋設不好 ,就達不到檢測基樁質量的目的 , 可 能影響工程的整體進度。因此 ,在預埋聲測管時 ,應注 意埋設的質量 ,以便于質量檢測工作的正常進行。

參考文獻:

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