周志國 中交一公局土木工程建筑研究院有限公司
近些年來各種各樣的高速公路和一級(jí)二級(jí)公路得到了進(jìn)一步建設(shè),超聲透射法在這一過程中可以進(jìn)行有效的基樁檢測工作,文章從這一點(diǎn)出發(fā),分析了相關(guān)工作內(nèi)容。
由于中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,國家高速公路、鐵路、高層建筑等其他項(xiàng)目也在急劇增加,其中地下工程樁基是整個(gè)工程中的基礎(chǔ)。靜態(tài)樁基礎(chǔ)具有良好的機(jī)械性能,對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng),橋梁樁基已廣泛應(yīng)用于這些項(xiàng)目。在一般情況下,樁基礎(chǔ)工程是隱藏的地下工程,樁周土及樁之間的土壤很難精確控制,導(dǎo)致出現(xiàn)較多的樁質(zhì)量問題,因此,檢測工作是必要的。目前,中國橋梁樁基的完整性測試主要是無損檢測,由于聲波透射法廣泛的覆蓋率,信息量豐富,準(zhǔn)確、可靠、簡單的現(xiàn)場操作,進(jìn)展迅速,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程中。應(yīng)力波傳播的一般規(guī)律是快,可在混凝土中傳播。
聲波透射法檢測樁基,第一,安裝的聲測管保持豎直平行,并且金屬聲測管中應(yīng)灌滿清水,傳感器、提升裝置和其他相關(guān)設(shè)備也應(yīng)正確安裝;第二,發(fā)射的超聲波,可以穿透基樁混凝土,并且利用接收傳感器檢測到信號(hào)。因?yàn)橛刑嗟目锥椿驓馀菰诨炷林?,且這些洞也很不均勻,所以當(dāng)超聲波在穿透的過程中,可以發(fā)生不同程度的折射、衍射等,接收設(shè)備接收到超聲波的振幅,波形變化,可以反應(yīng)樁基的完整性。
通過提升裝置可以對(duì)兩根聲測管中的換能器進(jìn)行準(zhǔn)確的提升、下降,達(dá)到同步升降的效果,換能器高度應(yīng)一致,儀器對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行處理后,波形、波速、振幅、聲時(shí)頻率等聲學(xué)參數(shù)呈現(xiàn)在主機(jī)上,根據(jù)曲線圖像判定樁基的完整性。由于兩根聲測管只能反映出位于它倆之間的混凝土狀況,故應(yīng)對(duì)樁基的各兩兩聲測管進(jìn)行測試,以此反映樁基的完整性。若某一剖面出現(xiàn)異常,可通過加密測試相應(yīng)異常位置,確定異常位置和面積,且同一根樁基的測試過程中,儀器的各相關(guān)參數(shù)應(yīng)在檢測中保持不變,以此保證該樁測試數(shù)據(jù)的一致性。
采用聲波透射法進(jìn)行樁基檢測判定樁基的完整性時(shí),可以根據(jù)檢測結(jié)果及現(xiàn)場施工情況判定缺陷的類型及影響范圍。第一,如果各剖面的聲學(xué)參數(shù)和波形不存在異常點(diǎn),可以判定此樁無缺陷;第二,如果波形或幅值有微小的變化存在,可以判定此樁存在微小缺陷;第三,如果幅值降低且同時(shí)聲時(shí)增大,則此樁可能出現(xiàn)蜂窩、麻面等現(xiàn)象;第四,如果幅值、波速很低,波形很弱甚至接近一條直線,則此樁夾層嚴(yán)重甚至極有可能斷樁。
本文以某大橋?yàn)槔摌蛑穮^(qū)屬河流沖積階地地貌,地形平坦、開闊,場地內(nèi)多覆蓋卵石層。橋位區(qū)地表未見有落水洞、巖溶塌陷等不良地質(zhì)作用。鉆孔揭示橋位區(qū)覆蓋層主要為卵石層,整個(gè)場地均勻分布?;鶐r為中風(fēng)化灰?guī)r,厚層狀,區(qū)域地質(zhì)穩(wěn)定性較好。橋位一帶淺層巖溶較發(fā)育,其形態(tài)主要以溶洞及巖溶掛壁等為主,洞內(nèi)一般部分充填卵石、黏性土及砂質(zhì)等。根據(jù)附近橋位的水質(zhì)分析結(jié)果,橋位區(qū)地下水及地表水具有微腐蝕。橋梁孔數(shù)29,下部結(jié)構(gòu)為鉆孔樁基礎(chǔ),全橋均為嵌巖樁,共計(jì)124根。主要橋臺(tái)、橋墩樁長度10m~40m長不等,混凝土主要采用C30混凝土。在本文中,采用聲波透射法對(duì)10#墩的4根樁基進(jìn)行相應(yīng)檢測。
首先按照有關(guān)要求及相應(yīng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),對(duì)4根樁安裝相應(yīng)的聲測管,每根樁嵌入A、B、C三根聲測管,聲測管宜為金屬制成的鋼管,并使其成一個(gè)等邊三角形,三個(gè)金屬檢測管之間的距離是68cm。金屬聲測管應(yīng)采用鋼筋直接綁扎在樁基底部,它的外徑和內(nèi)徑分別為5cm和4.5cm,目的是確保換能器在金屬聲測管中可以正常移動(dòng)。
根據(jù)聲波傳播的規(guī)定及相應(yīng)的操作方法、程序和要求,本文分別對(duì)4根樁基進(jìn)行測試,若得到以下結(jié)果,1根樁明顯缺陷,其余3根樁是非常正常的情況下,其質(zhì)量狀況良好,后測定的屬于I類和II類的樁基礎(chǔ)在工程建設(shè)中它可以正常使用。有明顯缺陷的樁基礎(chǔ),樁基范圍內(nèi)有明顯的瑕疵,可能有明顯的波形變化,振幅明顯減少,通過加密測試,得知是樁基礎(chǔ)的問題,此樁具有明顯的缺陷。所以這個(gè)樁屬于Ⅲ樁基樁,不能用于工程施工。
當(dāng)通過聲波透射法檢測的樁基出現(xiàn)問題后,涉及到的施工、設(shè)計(jì)、業(yè)主等各單位應(yīng)該進(jìn)行開會(huì)討論,討論此樁基出現(xiàn)問題的原因并給出解決方案。通常,可以現(xiàn)場取芯,查驗(yàn)芯樣是否存在夾泥等現(xiàn)象。經(jīng)測試后,如果在中心部分有明顯的缺陷,混凝土出現(xiàn)夾泥、離析狀態(tài),這可以證明此樁符合前邊的檢測結(jié)果。因此,為了對(duì)工程負(fù)責(zé),應(yīng)鑿除缺陷部分,若異常嚴(yán)重,則此樁應(yīng)沖掉重灌。若此樁的中心部分沒有明顯缺陷,只是混凝土局部離析,則可與多方單位協(xié)商后,通過高壓灌漿,加強(qiáng)混凝土的質(zhì)量。當(dāng)注漿完成后,可用超聲波儀再次檢測,且應(yīng)對(duì)于出現(xiàn)異常的位置進(jìn)行加密測試,如果發(fā)現(xiàn)通過注漿此樁的聲速、幅值、波形等聲學(xué)參數(shù)處于正常范圍,可以判定此樁為Ⅱ類樁,質(zhì)量合格,可以正常使用。
(1)每根金屬聲測管埋管之前必須確?;ハ嗥叫袑?duì)稱,換能器探頭可以自由在聲測管中移動(dòng)。聲測管的布設(shè)根數(shù)是與樁基礎(chǔ)的直徑有關(guān)系的,當(dāng)樁直徑不大于800mm時(shí),工程中一般布設(shè)2根金屬聲測管;當(dāng)樁直徑大于1600mm時(shí),工程中一般布設(shè)4根金屬聲測管;當(dāng)樁直徑介于800mm~1600mm時(shí),工程中一般布設(shè)3根金屬聲測管。此外,聲波透射法測試樁基完整性時(shí)應(yīng)兩兩聲測管分別測試。
(2)超聲檢測樁基完整性時(shí),混凝土齡期必須達(dá)到14d以上,檢測之前應(yīng)先破除樁頭,破除后的樁頭表面應(yīng)光滑,如果有必要應(yīng)將樁基周圍土壤用水泥混凝土找平,破樁頭時(shí)要注意保護(hù)綁扎在鋼筋籠上的金屬聲測管,保證其不得落入混凝土渣等雜物。灌樁時(shí)應(yīng)注意聲測管內(nèi)不得漏入水泥漿,保證聲測管內(nèi)通暢,若影響換能器探頭放入聲測管底部,則應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)處理。
(3)金屬聲測管與樁基下構(gòu)的鋼筋籠應(yīng)加強(qiáng)捆綁,使其牢固地結(jié)合在一起,一般使用焊接或鐵絲綁扎,金屬聲測管的位置、長度、直徑及壁厚應(yīng)滿足設(shè)計(jì)規(guī)范和相關(guān)文件的要求,要特別注意金屬聲測管的內(nèi)直徑應(yīng)大于超聲波檢測儀的探頭外直徑,以確保有足夠的空間,使換能器探頭可以順利在聲測管內(nèi)部進(jìn)行自由升降。
(4)超聲波檢測儀由主機(jī)、傳感器、提升裝置等組成,檢測儀器應(yīng)委托具備檢定資質(zhì)的單位進(jìn)行檢定,并出具合格的檢定證書,且證書在有效期內(nèi)。在正式測試之前,應(yīng)先進(jìn)行儀器調(diào)零設(shè)置,確認(rèn)波形、波速、幅值、聲時(shí)等聲學(xué)參數(shù)準(zhǔn)確正常。檢測過程中,換能器應(yīng)同步升降,高度一致。
(5)現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)盡量一次獲取波頻特性,橋梁樁基檢測應(yīng)選取合適的采樣頻率,盡量降低頻域和時(shí)域?qū)λ鶛z樁基的影響,此外,還應(yīng)考慮漏波及疊加波對(duì)所檢樁基的影響。
由于超聲波檢測儀只能檢測到兩兩聲測管之間的混凝土狀況,對(duì)于擴(kuò)徑等缺陷檢測結(jié)果不明顯,具有一定的局限性,因此對(duì)于重點(diǎn)橋梁樁基還應(yīng)配合低應(yīng)變反射法檢測樁端支撐狀況,以此保證基樁承載力符合設(shè)計(jì)規(guī)范及地方相關(guān)要求。
了解鉆孔灌注樁的施工方法和知識(shí)內(nèi)容,會(huì)在一定程度上提高檢測的準(zhǔn)確性。在基樁施工過程中,檢測人員應(yīng)結(jié)合施工現(xiàn)場地質(zhì)研究的主要特點(diǎn)和施工現(xiàn)場灌樁時(shí)的具體操作,對(duì)基樁進(jìn)行科學(xué)的測試和檢測,并對(duì)檢測結(jié)果進(jìn)行綜合分析。