李洪東,張洪亮,王海軍

(1.黑龍江科技學院 建筑工程學院,哈爾濱 150027;2.黑龍江公路勘察設(shè)計院,哈爾濱,150090)

2008年5月,黑龍江省委、省政府提出用3 a多時間,投資1 100億元,建設(shè)高速公路3 042 km,一、二級公路3 352 km,農(nóng)村公路60 799 km。要求對所有的樁基都進行檢測,超聲法檢測灌注樁混凝土質(zhì)量是近幾十多年來發(fā)展起來的一種檢測方法,它具有如下優(yōu)點:①檢測細致,結(jié)果準確可靠;②不受樁長樁徑限制;③無盲區(qū),聲測管埋到什么部位就檢測到什么部位,包括樁頂?shù)蛷姸葏^(qū)和樁底沉渣厚度;④無需樁頂露出地面即可檢測,方便施工;⑤估算混凝土強度。該方法需要預(yù)埋聲測管,費用較高,但是仍然得到廣泛的應(yīng)用,尤其是橋梁、高層建筑的大型特大型灌注樁的檢測[1]。

1 聲波檢測原理簡介

聲波檢測一般是以人為激勵的方式向介質(zhì)(被測對象)發(fā)射聲波,在一定距離上接收經(jīng)介質(zhì)物理特性調(diào)制的聲波(反射波、透射波、散射波)。通過觀測和分析聲波在介質(zhì)中傳播時聲學參數(shù)和波形的變化,對被測對象的宏觀缺陷、幾何特征、組織結(jié)構(gòu)、力學性質(zhì)進行推斷和表征,聲波透射法則是以穿透介質(zhì)的透射聲波為測試和研究對象的。

混凝土灌注樁的聲波透射法檢測是在結(jié)構(gòu)混凝土聲學檢測技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。至20世紀70年代,聲波透射法開始用于檢測混凝土灌注樁的完整性。其基本方法是:基樁成孔后,在混凝土灌注之前,在樁內(nèi)預(yù)埋若干根聲測管作為聲波發(fā)射和接收換能器的通道。在樁身混凝土灌注若干天后開始檢測,用聲波檢測儀沿樁的縱軸方向逐點檢測聲波穿過樁身各橫截面的聲學參數(shù),然后對這些檢測數(shù)據(jù)進行處理、分析、判斷,確定樁身混凝土缺陷的位置、范圍、程度,從而推斷樁身混凝土的連續(xù)性、完整性、均勻性狀況,評定樁身完整性等級。

目前,對混凝土灌注樁的完整性檢測,主要有:鉆芯法,高、低應(yīng)變動測法,聲波透射法等4種方法[2],與其它3種方法比較,聲波透射法有其鮮明的特點,現(xiàn)場操作簡便、迅速,不受樁長、長徑比的限制,一般也不受場地限制。

聲波透射法以其鮮明的技術(shù)特點成為目前混凝土灌注樁(尤其是大直徑灌注樁)完整性檢測的重要手段,在工業(yè)與民用建筑、水電、鐵路、港口等工程建設(shè)的多個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[3]。

2 檢測前的準備

首先保證超聲儀在正常的工作狀態(tài),定期和日常對儀器進行檢驗,保證電量充足。聲測管之間應(yīng)保持平行,否則會對測試結(jié)果造成很大影響,甚至導(dǎo)致檢測方法失效。聲測管兩兩組合形成的每一個檢測剖面,沿樁長方向具有許多個測點(測點間距≤250 mm),以樁頂面兩聲測管之間內(nèi)邊緣的距離作為該剖面所有測點的測距,在兩聲測管相互平行的條件下,這樣處理是可行的。當兩聲測管不平行時,在實測過程中,檢測人員往往把因測距的變化導(dǎo)致的聲學參數(shù)的變化誤認為是混凝土質(zhì)量差別所致,而聲測管參數(shù)對測距的變化都很敏感,這必將給檢測數(shù)據(jù)的分析、結(jié)果的判定帶來嚴重影響。雖然在有些情況下,可對斜管測距進行修正,作為一種補救辦法。但當聲測管嚴重彎折翹曲時,往往無法對測距進行合理的修正,導(dǎo)致檢測方法失效。調(diào)查、收集待檢工程及受檢樁的相關(guān)技術(shù)資料和施工記錄,比如樁的類型、尺寸、標高、施工工藝、地質(zhì)狀況、設(shè)計參數(shù)、樁身混凝土參數(shù)、施工過程及異常情況記錄等信息。向管內(nèi)注入清水,封口待檢。在放置換能器前,先用直徑與換能器略同的圓鋼作吊繩,檢查聲測管的通暢情況,以免換能器卡住后取不上來或換能器電纜被拉斷,造成損失。有時,對局部漏漿或焊渣造成的阻塞可用鋼筋導(dǎo)通。用鋼卷尺測量樁頂面各聲測管之間外壁凈距離,作為相應(yīng)的兩聲測管組成的檢測剖面各測點測距,測試誤差＜1%[3]。

3 應(yīng)用實例

所測齊甘線上某大橋樁直徑為1.2 m,齡期14 d,混凝土的標號C30。超聲儀的型號為 RSST01D(P)。

1)樁的編號0A-1,圖1～圖3所示為3個剖面的檢測超聲聲速-波幅圖。

由圖1～圖3可見,檢測的波速較高,平均波速4.5 km/s左右,沒有特別突出的向下拐點,都是在最低值虛線以上,強度高;聲測管基本平行,用波列影像圖(圖4)進行對照,影像圖連續(xù),比較清晰。從樁身的完整性上可以判定為Ⅰ類樁[3]。

2)樁的編號0B-1,圖5～圖7所示為3個剖面的檢測超聲聲速-波幅圖。

由圖5～圖7中可見,檢測的波速較高,平均波速4.5 km/s左右,強度高;聲測管基本平行,從右側(cè)的綠色垂直虛線向右聲速和波幅急劇下降,此處的位置大約是17 m深,說明樁底有沉渣,沉渣的深度為0.5～1.0 m。用波列影像圖(圖8)進行對照,影像圖連續(xù),比較清晰,但是樁底有0.5 m左右比較模糊。如果不是樁底的沉渣,那么這根樁的質(zhì)量應(yīng)該很不錯。從樁身的完整性上看為較完整,可以判定為Ⅱ類樁[4]。

4 結(jié) 語

1)在灌注樁的聲波透射法檢測中,如何利用所檢測的混凝土聲波參數(shù)去發(fā)現(xiàn)樁身混凝土缺陷、評價樁身混凝土質(zhì)量從而判定樁的完整性類別是我們檢測的最終目的,同時又是聲學檢測中的一個難題。其原因:①因為混凝土作為一種多種材料的集結(jié)體,聲波在其中的傳播過程是一個相當復(fù)雜的物理過程;②混凝土灌注樁的施工工藝復(fù)雜、難度大,混凝土的硬化環(huán)境和條件以及影響混凝土質(zhì)量的其它各種因素遠比上部結(jié)構(gòu)復(fù)雜和難以預(yù)見,因此樁身混凝土質(zhì)量的離散性和不確定性明顯高于上部結(jié)構(gòu)混凝土。另外,從測試角度看,在樁內(nèi)進行聲測時,各測點的測距及聲耦合狀況的不確定性也高于上部結(jié)構(gòu)混凝土的聲學測試,一般情況下樁的聲測測量誤差高于上部結(jié)構(gòu)混凝土。在施工的過程中也要做到精益求精,不要因為一點的缺陷,也就是空底的沉渣而影響工程的質(zhì)量。

2)用于判斷樁身混凝土缺陷的多個聲學參數(shù)——聲速、PSD判據(jù)、波幅、主頻、實測波形,它們各有特點,但均有不足,在實際應(yīng)用時,既不能唯“聲速論”,也不能不分主次將各種判據(jù)同等對待。聲速與混凝土的彈性性質(zhì)相關(guān),波幅與混凝土的黏塑性相關(guān),采用以聲速、波幅判據(jù)為主的綜合判定性對全面反映混凝土這種黏彈塑性材料的質(zhì)量是合理的、科學的處理方法。

相對于其它判據(jù)來說聲速的測試值是最穩(wěn)定的、可靠性也最高,而且測試值是有明確物理意義的量,與混凝土強度有一定的相關(guān)性,是進行綜合判定的主要參數(shù),波幅的測試值是一個相對比較量,本身沒有明確的物理意義,其測試值受許多非缺陷因素的影響,測試值沒有聲速穩(wěn)定,但它對樁身混凝土缺陷很敏感,是進行綜合判定的另一重要參數(shù)。

綜合分析往往貫徹于檢測過程的始終,先使用聲速低限值法,再使用概率法,因為檢測過程中本身就包含了綜合分析的內(nèi)容(例如對平測普查結(jié)果進行綜合分析找出異常測點進行細測),而不是說在現(xiàn)場檢測完成后才進行綜合分析。

[1] 羅騏先.基礎(chǔ)工程檢測手冊:第二版[K].北京:人民交通出版社,2004.

[2] 張惠平,楊 濤.提高樁基檢測可靠性的探討[J].黑龍江水專學報,2005,32(3):32-33.

[3] JTG F81-01-2004,建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范[S].

[4] JGJ 106-2003,公路工程基樁動測技術(shù)規(guī)程[S].