張煒熠 高志民 王繁興

(1.山東建筑大學(xué)交通工程學(xué)院,山東 濟(jì)南 250101； 2.山東省泰安市公路局工程一處，山東 泰安 271000)

·巖土工程·地基基礎(chǔ)·

超聲波透射法在樁基完整性檢測(cè)中的應(yīng)用研究★

張煒熠1高志民2王繁興2

(1.山東建筑大學(xué)交通工程學(xué)院,山東 濟(jì)南 250101； 2.山東省泰安市公路局工程一處，山東 泰安 271000)

在論述超聲波透射法的檢測(cè)原理、檢測(cè)方法和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合山東省某高速公路擴(kuò)建工程樁基檢測(cè)項(xiàng)目，開展了超聲波透射法在混凝土鉆孔灌注樁樁基完整性檢測(cè)中的應(yīng)用研究，研究成果可為類似工程提供借鑒。

超聲波透射法，檢測(cè)原理，樁基，完整性

0 引言

近年來混凝土灌注樁被廣泛的應(yīng)用于橋梁、搭架、重型構(gòu)筑物、堤壩、高層建筑等工程建設(shè)中。如何對(duì)混凝土灌注樁進(jìn)行完整性檢測(cè)，一直是工程界密切關(guān)注的技術(shù)問題[1]。目前混凝土灌注樁的完整性檢測(cè)方法有低應(yīng)變反射波法、高應(yīng)變動(dòng)測(cè)法、超聲波透射法等[2]。其中的超聲波透射法是根據(jù)超聲波透射(折射)原理，在樁身混凝土內(nèi)發(fā)射并接收超聲波，采集超聲波在混凝土介質(zhì)中傳播的歷時(shí)、波幅和頻率等參數(shù)，通過參數(shù)變化判定樁身完整性，該方法可以在不破壞樁基結(jié)構(gòu)的條件下直接在樁基上進(jìn)行重復(fù)測(cè)試，且可以確定樁基混凝土是否存在缺陷以及缺陷的位置和范圍。

1 超聲波透射法樁基完整性檢測(cè)技術(shù)

1.1超聲波透射法檢測(cè)原理及方法

目前對(duì)樁基進(jìn)行超聲波透射法檢測(cè)主要采用雙孔法[3]，即在成孔之后、灌注混凝土之前，在鋼筋籠或孔壁上豎向平行安裝3根或4根鋼管作為聲測(cè)管，檢測(cè)前在聲測(cè)管中注滿清水作為耦合劑，將聲波發(fā)射換能器和聲波接收換能器分別放置于兩根聲測(cè)管中，通過超聲檢測(cè)儀發(fā)出一系列周期性超聲脈沖信號(hào)，該信號(hào)穿過待測(cè)的樁身混凝土，由檢測(cè)儀所接收。通過儀器中的測(cè)量系統(tǒng)可測(cè)量出超聲脈沖穿過混凝土所用的時(shí)間(據(jù)此推算混凝土的聲速)、首波波幅值(或衰減值)及波頻譜等，將反復(fù)測(cè)量到的樁身各側(cè)面上不同深度的這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，即可對(duì)樁身各部位是否存在缺陷，以及缺陷大小進(jìn)行綜合判斷，通過繪制聲速、衰減值隨深度變化曲線，可判斷出樁身混凝土完整性類別。

1.2現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)

在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)前需做好一系列準(zhǔn)備工作，主要包括：

1)收集相關(guān)資料，如樁的類型、尺寸、標(biāo)高、施工工藝、樁身混凝土參數(shù)等信息；2)被檢測(cè)的樁基澆筑齡期需達(dá)到相關(guān)規(guī)范要求，通常大于兩周；混凝土強(qiáng)度需達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%；3)檢查聲測(cè)管通暢性，以避免換能器卡住或換能器電纜被拉斷，并注滿清水待檢。

在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)過程中，需保證各測(cè)點(diǎn)間距小于250 mm；且發(fā)射換能器與接收換能器同步升降；對(duì)于參數(shù)出現(xiàn)異常區(qū)域，需采用斜測(cè)、扇形掃測(cè)或加密測(cè)點(diǎn)等方法進(jìn)行細(xì)測(cè)。

2 檢測(cè)實(shí)例分析

山東省某高速公路擴(kuò)建工程，路線總長(zhǎng)17.387 km。路段內(nèi)包含多座跨線橋，橋梁基礎(chǔ)均為混凝土鉆孔灌注樁，樁基總數(shù)為42根。該混凝土鉆孔灌注樁樁徑1 000 mm，樁長(zhǎng)23 m，設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C25。樁身埋設(shè)3根聲測(cè)管，呈正三角形分布，分別形成1—2,1—3及2—3共3個(gè)剖面，其中1—2剖面聲測(cè)管間距770 mm，1—3剖面聲測(cè)管間距800 mm，2—3剖面聲測(cè)管間距700 mm。為檢測(cè)樁基施工質(zhì)量及其完整性，采用超聲波透射法對(duì)全部42根樁基進(jìn)行檢測(cè)，下面以其中某一根樁基的完整性檢測(cè)為例分析其檢測(cè)結(jié)果。

2.1檢測(cè)依據(jù)

樁基檢測(cè)執(zhí)行JTG/T F81—01—2004公路工程基樁動(dòng)測(cè)技術(shù)規(guī)程。

2.2檢測(cè)方法及判定參量計(jì)算

檢測(cè)方法主要有平測(cè)、斜測(cè)及扇形掃測(cè)等，常規(guī)情況下使用平測(cè)，當(dāng)樁身質(zhì)量出現(xiàn)可疑情況時(shí)，采用斜側(cè)、扇形掃測(cè)及加密測(cè)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)，本次采用的檢測(cè)方法為平測(cè)，主要檢測(cè)儀器為北京智博聯(lián)科技有限公司生產(chǎn)的ZBL-U520型非金屬超聲波測(cè)試儀。主要的完整性判定參量如下所述：

1)聲速、幅值及頻率等參量的計(jì)算。

聲速、幅值及頻率等參量為判定混凝土質(zhì)量的主要參數(shù)，其相關(guān)計(jì)算公式如式(1)所示：

(1)

其中，Xm為聲速或幅值、頻率測(cè)量值的平均值;Sx為聲速或幅值、頻率測(cè)量值的標(biāo)準(zhǔn)差;Cx為聲速或幅值、頻率測(cè)量值的離差系數(shù);n為檢測(cè)剖面測(cè)點(diǎn)數(shù);Xi為第i測(cè)點(diǎn)聲速或幅值、頻率測(cè)量值。

2)異常臨界值的計(jì)算。

a.聲速臨界值計(jì)算如式(2)所示，如聲速測(cè)量值小于聲速臨界值，則為可疑缺陷區(qū)。

V0=Vm-2Sx

(2)

其中，V0為聲速臨界值;Vm為聲速測(cè)量值的平均值;Sx為聲速測(cè)量值的標(biāo)準(zhǔn)差。

b.幅值臨界值計(jì)算如式(3)所示。當(dāng)實(shí)測(cè)值小于臨界值時(shí)，檢測(cè)區(qū)域?yàn)榭梢扇毕輩^(qū)。

A0=Am-6

(3)

其中，A0為幅值臨界值;Am為幅值測(cè)量值的平均值。

c.PSD值計(jì)算如式(4)所示。波形也是評(píng)判樁身混凝土質(zhì)量的重要參數(shù)之一，PSD值(Product of Slope and Difference，聲時(shí)—深度曲線相鄰兩點(diǎn)之間的斜率與差值之積)是評(píng)價(jià)波形的主要依據(jù)。PSD值變化明顯時(shí)，該測(cè)點(diǎn)即為可疑缺陷區(qū)[4]。

(4)

其中，ti為第i點(diǎn)的測(cè)點(diǎn)聲時(shí)值;ti-1為與第i點(diǎn)相鄰點(diǎn)的測(cè)點(diǎn)聲時(shí)值;zi為第i點(diǎn)的測(cè)點(diǎn)深度;zi-1為與第i點(diǎn)相鄰點(diǎn)的測(cè)點(diǎn)深度。

上述判據(jù)為檢測(cè)中最為快捷的判別方式，在判定實(shí)際工程檢測(cè)結(jié)果的過程中，應(yīng)綜合波速、幅值、PSD值等多種參數(shù)，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)狀況、施工情況等多種因素，對(duì)樁身缺陷類別、位置、程度進(jìn)行分析判別。

表1 樁身完整性判定表

2.3樁身完整性判定標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)樁身完整性進(jìn)行判定，判定標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

2.4檢測(cè)結(jié)果及分析

該樁基三個(gè)剖面的超聲波透射法檢測(cè)結(jié)果如圖1,表2所示。

表2 樁基3個(gè)剖面的聲學(xué)參數(shù)

由圖1和表2可以看出，該樁各檢測(cè)剖面的聲速、幅值均勻，無異常點(diǎn)出現(xiàn)，各點(diǎn)數(shù)值均大于臨界值。三個(gè)剖面的測(cè)點(diǎn)聲速平均值分別為4.604 km/s,4.703 km/s和4.356 km/s，都處于混凝土聲速正常取值范圍內(nèi)[6]。各點(diǎn)的PSD數(shù)值無明顯突變，波形正常。根據(jù)JTG/T F81—01—2004公路工程基樁動(dòng)測(cè)技術(shù)規(guī)程及表1判定：該樁不存在缺陷，樁身結(jié)構(gòu)承載力正常，樁身完整性等級(jí)為Ⅰ類，可正常使用。

3 結(jié)語(yǔ)

樁基完整性檢測(cè)在樁基工程中具有十分重要的意義，運(yùn)用適當(dāng)?shù)臋z測(cè)方法可以獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，進(jìn)而完成對(duì)樁基完整性的判定。

相對(duì)而言，目前超聲波透射法具有較高的靈敏度，檢測(cè)結(jié)果也較為準(zhǔn)確，因此本文在論述超聲波透射法的檢測(cè)原理、檢測(cè)方法和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體工程開展了超聲波透射法在混凝土鉆孔灌注樁樁基完整性檢測(cè)中的應(yīng)用研究，研究成果可為類似工程提供借鑒。

[1] 肖春喜.超聲波透射法在檢測(cè)大直徑灌注樁完整性中的應(yīng)用[J].巖土力學(xué),2003,24(sup):169-171.

[2] JTG/T F81—01—2004,公路工程基樁動(dòng)測(cè)技術(shù)規(guī)程[S].

[3] 賁能慧,許 樸,曹勇毅.超聲波透射法在檢測(cè)超大直徑超長(zhǎng)樁完整性中的應(yīng)用[J].工程質(zhì)量,2015,33(1):41-43.

[4] 楊曉強(qiáng).某橋梁工程基樁超聲波透射法檢測(cè)研究[J].山西建筑,2011,37(32):165-166.

[5] 楊永亮.超聲波透射法在樁基完整性檢測(cè)中的應(yīng)用[D].武漢:武漢理工大學(xué),2012.

[6] 馬 溁.超聲波透射法在橋梁樁基完整性檢測(cè)中的應(yīng)用[J].公路與汽運(yùn),2011(6):173-178.

Applicationresearchofultrasonictransmissionmethodinpileintegritydetection★

ZhangWeiyi1GaoZhimin2WangFanxing2

(1.CollegeofTrafficEngineering,ShandongJianzhuUniversity,Jinan250101,China；2.No.1EngineeringDepartment,Tai’anCityHighwayBureau,Tai’an271000,China)

Discussing the detection principle, detection method and field detection technology of ultrasonic transmission method. Combined with the project of pile foundation inspection of a highway expansion project in Shandong province, carry out the research of the application of ultrasonic transmission method in the integrity test of bored pile foundation of concrete. The research results can provide reference for the similar projects.

ultrasonic transmission method, detection principle, pile, integrity

U446.1

A

1009-6825(2017)27-0059-02

2017-07-12★：山東省交通科技計(jì)劃項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：2016B08)

張煒熠(1992- )，男，在讀碩士； 高志民(1974- )，男，高級(jí)工程師； 王繁興(1963- )，男，高級(jí)工程師