浅论超声波检测桥梁灌注桩质量
2013-02-06 来源：作者：高超 来源：中国论文网
近几年来，我国的灌注桩施工技术水平、机械设备以及作业人员的操作技巧都有了较大的进步，但质量问题始终存在，如何善用好检测方法、全面控制质量问题，成为当前公路桥梁建设的重要任务。采用超声波透射法进行检测，虽然检测成本较高，但对桩基缺陷性质和位置的准确判定是其它检测方法无法比拟的，因此值得大力推广，以保证工程的顺利进展。
一、超声波检测原理以及声测管的安装埋设
1、检测原理
将声测管预埋进被测桩里，声测管呈竖型，并且互相平行，声测管里有超声脉冲发射及接收换能器，其耦合剂的介质是清水，超声脉冲从仪器的发射换能器中射出，穿过待测桩后，被仪器重新接收，经过分析可以判断出声时、波幅、主频等接收到的参数，从而做出正确的判断。通过综合分析，可以检测出桥梁桩身内混凝土是否完整，判断桩基缺陷的程度并确定其位置。声测管通常两根一组，在清水的耦合作用下，脉冲信号发出后，另外的换能器能够准确地接收到信号，并且逐步上升，达到检测整个截面的目的。
2、声测管的安装埋设
预埋声测管的数量应符合下列规定：桩径≤1500mm，应埋设三根声测管；桩径>1500mm，应埋设四根声测管。声测管应沿桩截面外侧、钢筋笼内侧呈对称形状布置，并采用普通或镀锌钢管，内径宜为50～60mm，钢管宜采用螺纹连接，且不漏水。条件不允许的时候可采用焊接，焊接时必须保证钢管内壁平整，不能有焊渣或凸出物使得内径减小，确保检测时声测探头能够自由上下。声测管的下端必须封闭，保证管底、接头处不漏水。上端高出混凝土面300mm以上并加盖，防止异物掉入堵塞声测管。声测管应平均布置，采用焊接或绑扎的方法固定在钢筋笼内侧，管间应相互平行、定位准确，不平行度控制在0．5％以下，并埋设至桩底。灌注桩混凝土前，声测管内应注满清水，防止泥浆进入。
3、使用超声波进行透射检测的方法
有两种方法：粗测和细测。粗测最常用的测量方式是平行测试，其测点之处通常位两根声测管之间，换能器起到了发射和接收的作用。用于数据采集的仪器按钮按下后，用于发射的换能器和用于接收的换能器可以同步起落，其信号的各种数值图形通过超声检测仪同步显示。仪器还拥有记录的功能，在同一剖面间，声测管可以进行设当的组合，从而达到最佳的检测效率。在这个检测比较的过程中，混凝土的品质好坏与否是最终的评测要求，需要通过检测正确地判断桥梁灌注桩的缺陷有多严重。因此在检测过程中，一些参数和设施需要固定，比如发射时用上的电压、测管中的换能器等。细测属于重复测量的一种方式，是为了确认声波参数的异常性，再一次对有可能出现缺陷的地方进行复检，从而能够掌握桥梁灌注桩缺陷的位置以及出现的范围。粗测中的平测使用的次数最多，但在细测中，斜测也是一种好的手段，当接收到的声波的信号比较强，第一次波度产生的幅度能够满足测试时的要求，那么错位的高度比原来的越大，效果越好，根据经验，建议采用六十厘米到一百厘米的高度。
二、钻孔灌注桩缺陷的检测分析及处理
在施工的过程中，有几种主要的缺陷较为常见：缩颈缺陷、断桩缺陷、离析缺陷、蜂窝缺陷、孔洞缺陷等。对于这些常见的缺陷，需要用准确的方法和标准去判断，可以根据《公路工程基桩动测技术规程》来判断：声速的判据、波幅的判据以及根据PSD来判断。检测人员应根据以上三种判据并结合波形、波列图对桩身完整性进行判定。
1、缩颈
缩径有两种情况：缩孔、局部缩颈。对于缩孔来说，钻孔灌注桩钢筋笼无保护层或保护层不足，产生实际桩径略小于设计桩径现象，而这种桩基缩孔缺陷是所有桩基质量检测方法的盲区。举个例子，某桩径为2800mm的钻孔灌注桩，从检测数据分析其完整性应为I类桩，但其桩顶部钢筋笼基本无保护层。若其发生在灌注桩的头部，利用直接检查就能够轻易发现，可是深度就比较难判断了。一般来说，淤泥的层度越厚，缩孔产生的概率也就越高，在很大程度上将影响到公路桥梁的使用寿命。
缩孔的出现绝非偶然，其产生的原因有很多种，例如钻锥出现磨损或者未进行及时的焊补，都有可能造成钻锤部分偏小的现象出现，另外土质较差也有可能产生缩孔现象。由于桥梁的灌注桩大多在水下进行，如果混凝土在灌注到头部的时候，灌注桩所使用的钢筋笼将有可能产生紧缩现象，如此一来，下料漏斗的高度将越来越少，泥浆的浓度也会进一步加大，使灌注桩的混凝土不太容易摊到外面。
缩孔的治理办法和预防措施：找出缩径的位置，清除泥皮并凿毛，立圆模，浇筑钢筋保护层膨胀混凝土，最后拆模。易缩孔地质层中锤径不宜小于桩径，粗骨料最大粒径严格控制在钢筋净距的1／4，灌注桩顶混凝土时，漏斗的底口要保持一定的高度，至少离泥浆表面要有一定的距离。
缩颈是桥梁灌注桩经常要碰到的一种质量缺陷，在所有的缺陷中，它几乎占到了一半左右，是一个需要及时解决的大问题。要想解决这个问题，需要知道一些数据的特征和波形的特征，例如在声测时，有一个以上的坡面出现声速和波值比临界值要小，另外有多个测点也出现相同的现象，有些数值开始变大，波形也变得异常，这就表明缺陷以及在内部形成。
2、断桩
举个例子，用超声波法检测一根桩径为180cm的灌注桩，如果发现桩身5m～8m在三个检测剖面接收换能器均未能接收到超声脉冲波从发射仪器中发出，也就是说波形无法显示，这种状况一般是断桩缺陷。可是在消除缺陷是，里面有八十厘米直径的混凝土保持好的状态。因此实际意义上的断桩现象比较少见。断桩缺陷的数据和特征：如果连续好几个测点所产生的声速以及波幅值，在全部用于声测的剖面上都比临界值要小得多，而且PSD的数值产生突变现象，所测出的波形图像有严重的变形。
断桩现象所产生的原因除了上述几种之外，还包括：在混凝土的灌注过程中，用仪器测量已经灌入孔心的混凝土表面上的高度有错误出现，从而导致了测量所用的导管埋入的深度太小，有可能会出现拔脱以及提漏的现象。如果测量所用的导管在里面埋得太深，或者灌注混凝土所用的时间太长，从而导致已经灌混好的混凝土表现出来的流动性有降低的迹象，此时混凝土跟导管的内壁所产生的摩擦力就会增大，在往上提升的时候，有可能会拉断里面跟法兰盘相连接的导管，或者产生破裂的现象。另外，里面的混凝土太厚导致卡管，或者由于机械上的故障、设备停电造成了桥梁灌注桩施工无法持续进行下去。
3、离析、蜂窝、孔洞
这三种桩基产生的质量问题，一般来说，是因为施工上的工艺所造成的内在缺陷，并非是其它原因。根据超声波所检测出来的数据以及产生的波形特征可以判断：测点所测出来的声速比临界值稍微小点，波幅值也比临界值稍小，而且PSD值产生的变化比较小，显现出来的波形基本上属于正常状态。当出现以上所分析的缺陷特征时，表示离析的现象存在于桩身上的三个用来检测的剖面，如果出现在一到两个检测剖面上，此时的缺陷基本上是蜂窝以及孔洞，另外，孔洞的大小还可以利用扇形扫测检测出一个大概轮廓。产生的原因主要有：混凝土搅拌所用的时间太少，导致了不均衡的现象出现。当混凝土波动较大的坍落度时，所拌的混合料干稀程度不一致，当较稀的时候，离析的缺陷有可能在内部产生，当较干时，又有可能产生蜂窝和孔洞的缺陷。超声波检测发比较容易检测出导管的偏离程度。对于这三种缺陷，要采取正确的预防措施，比如在混凝土的配合比上要做到严格控制，另外还要注意搅拌时间的掌握。其它预防措施还要及时防止下雨所带来的不利后果，避免出现在灌注混凝土时不会产生离析现象。
三、结束语
超声波透射法以无破损、高效、轻便、快速的特点有着广泛的使用价值。国内目前有不少超声检测分析仪，设计思想先进，系统软件完善，检测数据存贮极为丰富，处理功能在桥梁灌注桩工程质量无损检测中得到广泛的应用。当然，质量事故在于预防，在工程开工之前，一定要做好前期准备，认真审核各种文件和资料，严格执行各项规章制度，现场的试桩一定要完善。另外还要注意泥浆的质量，施工时必须做好记录，把握好各种关于质量的关口，以有效的措施防止质量事故的发生。
