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隨著(zhu)改(gai)革開(kai)放的(de)發(fa)展,國家(jia)加大了對(dui)基(ji)礎(chu)設(she)施(shi)建設(she)的(de)投資力度(du),各省(sheng)市的(de)交通建設(she)進入了高速(su)(su)發(fa)展階段,各地(di)高速(su)(su)公(gong)路(lu)相繼開(kai)工(gong)建設(she),從而(er)出現大量的(de)基(ji)樁施(shi)工(gong),由(you)于技(ji)術人員缺(que)乏,時有(you)施(shi)工(gong)工(gong)序監控難以(yi)到位(wei)(wei)的(de)情況(kuang)發(fa)生,加之地(di)質條件復雜等因素,往(wang)往(wang)出現不少(shao)的(de)基(ji)樁質量事(shi)故(gu)。超聲(sheng)波透射(she)法作為(wei)一種基(ji)樁樁身(shen)質量檢測手段,可(ke)以(yi)準(zhun)確(que)發(fa)現基(ji)樁缺(que)陷位(wei)(wei)置以(yi)及缺(que)陷范圍,并根據異常特征分析判(pan)斷(duan)缺(que)陷性狀及缺(que)陷程(cheng)度(du),依據標準(zhun)進行樁身(shen)完整性評價,為(wei)橋(qiao)梁(liang)基(ji)礎(chu)的(de)穩固與安全提供保(bao)障。

1、超聲波透射法的工作原理

超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波是(shi)彈性波的一種,把(ba)混(hun)(hun)凝(ning)土(tu)介質(zhi)視為彈性體(ti),超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波在混(hun)(hun)凝(ning)土(tu)中的傳(chuan)播(bo)(bo)服從彈性波傳(chuan)播(bo)(bo)規律(lv)。混(hun)(hun)凝(ning)土(tu)超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波檢測(ce)(ce)主要采用穿透法,即用一發射換(huan)能(neng)器發射超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)脈沖波,讓超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波在混(hun)(hun)凝(ning)土(tu)中傳(chuan)播(bo)(bo),然后(hou)由接收換(huan)能(neng)器接收;透過混(hun)(hun)凝(ning)土(tu)傳(chuan)播(bo)(bo)的超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)波攜帶有關混(hun)(hun)凝(ning)土(tu)材料相關信息(xi),準確(que)測(ce)(ce)定這些(xie)參數的大小(xiao)變化(hua),可(ke)推斷混(hun)(hun)凝(ning)土(tu)性能(neng)、內部結構(gou)及其組成情況。

基樁超聲波檢測是在基樁中預埋聲測管,在兩根(gen)聲測管中分別放置(zhi)發射(she)換(huan)能(neng)(neng)器和(he)接(jie)(jie)收(shou)還能(neng)(neng)器,并在聲測管中注滿(man)水作為耦合介質(見(jian)圖1),當發射(she)換(huan)能(neng)(neng)器發射(she)超聲波,超聲波在混凝(ning)土(tu)中傳播后(hou)到達(da)接(jie)(jie)收(shou)換(huan)能(neng)(neng)器并被(bei)量測記錄,由此可計算出(chu)混凝(ning)土(tu)的(de)聲速:

當(dang)樁(zhuang)身某一段存在蜂窩(wo)、離析或夾泥等缺陷時(shi),接收到的超(chao)聲波(bo)(bo)信(xin)號會出(chu)現波(bo)(bo)速降低、振幅(fu)減小,同時(shi)波(bo)(bo)形(xing)畸(ji)變(bian)、接收信(xin)號主頻發生(sheng)變(bian)化(hua)等特(te)征(zheng)。超(chao)聲波(bo)(bo)透射法基樁(zhuang)檢測就是根(gen)據混(hun)凝土聲學參數(shu)測量值的相(xiang)對變(bian)化(hua),分析、判(pan)別其(qi)缺陷的位置和范圍,評定樁(zhuang)基混(hun)凝土質量類別。

2、實例分析

在江(jiang)西地區,公路橋(qiao)梁基樁均采用人(ren)工挖孔灌注(zhu)樁或(huo)鉆(zhan)孔灌注(zhu)樁,在基樁的(de)(de)施(shi)工過(guo)程中如果出現(xian)質(zhi)(zhi)量(liang)事故,大多(duo)發生混凝(ning)土離析、夾泥(ni)或(huo)蜂窩等現(xian)象(xiang)(xiang),且以(yi)離析現(xian)象(xiang)(xiang)居多(duo)。另(ling)外,聲(sheng)測管變形引(yin)起的(de)(de)異(yi)常,雖然不是(shi)基樁混凝(ning)土質(zhi)(zhi)量(liang)問題,但它干擾(rao)了對基樁質(zhi)(zhi)量(liang)的(de)(de)判斷,因此(ci)本文也對此(ci)進行了探討。鑒于上述現(xian)象(xiang)(xiang),在下面的(de)(de)論述中分(fen)別(bie)以(yi)典型(xing)實例進行分(fen)析。

2.1鉆孔(kong)灌注樁混凝土夾泥現(xian)象

依圖2所示,正常(chang)(chang)波(bo)形首波(bo)起跳清晰,幅(fu)(fu)值、波(bo)速高(gao),曲(qu)線(xian)規則,而在(zai)深度(du)44.5m處一下出(chu)現(xian)明顯的超聲波(bo)異(yi)常(chang)(chang),異(yi)常(chang)(chang)波(bo)形首波(bo)起跳點難于辨認,幅(fu)(fu)值弱波(bo)速低,曲(qu)線(xian)嚴(yan)重(zhong)畸變;經(jing)取芯驗證(圖3)發現(xian)在(zai)異(yi)常(chang)(chang)部位確(que)實(shi)出(chu)現(xian)大量的夾泥(ni)現(xian)象。

該橋鉆(zhan)孔灌(guan)注樁(zhuang),采(cai)用(yong)的是泥(ni)漿護(hu)壁水下灌(guan)注,通(tong)過(guo)分析,認為出現上述缺(que)陷(xian)的原(yuan)因是由于泵送混(hun)(hun)凝土(tu)導(dao)管阻塞(sai),澆灌(guan)樁(zhuang)混(hun)(hun)凝土(tu)的連續(xu)性(xing)被(bei)沖斷,其間隔時間較長且超過(guo)了初凝時間,夾泥(ni)混(hun)(hun)凝土(tu)開始固結,在后續(xu)澆灌(guan)混(hun)(hun)凝土(tu)時,該部分被(bei)埋入(ru)樁(zhuang)中(zhong)從(cong)而形成(cheng)缺(que)陷(xian)。

在(zai)施工過程中如果出現混凝土的澆灌停(ting)(ting)頓,且沖斷的時間(jian)間(jian)隔超過混凝土的初凝時間(jian)時,應停(ting)(ting)止澆灌,根據已(yi)澆灌混凝土高度來決(jue)定重新(xin)成孔澆灌或采用清孔接樁(zhuang)方式進行。

2.2人(ren)工挖孔(kong)樁混凝土離析(xi)現象

圖4為采用武漢沿(yan)海RS-ST01C型儀器檢測某(mou)橋梁基樁(zhuang)結(jie)(jie)果(guo)圖,在16.55m處以下至樁(zhuang)底段,超(chao)聲波(bo)(bo)波(bo)(bo)幅弱、波(bo)(bo)速極(ji)低,該(gai)段有(you)明顯異常(chang),根(gen)據樁(zhuang)孔(kong)施工(gong)工(gong)藝及異常(chang)特征(zheng),判斷該(gai)處混凝土離(li)析。從鉆芯檢測驗證(zheng)結(jie)(jie)果(guo)來(lai)看(圖5),在超(chao)聲波(bo)(bo)異常(chang)相應位置出現了混凝土嚴重的(de)離(li)析現象,粗骨(gu)料與(yu)細集料分離(li)或僅(jin)有(you)少量砂(sha)漿粘結(jie)(jie),但強度低,未形成堅硬(ying)的(de)固結(jie)(jie)體。結(jie)(jie)合超(chao)聲波(bo)(bo)法(fa)(fa)和鉆芯法(fa)(fa)結(jie)(jie)果(guo),判定該(gai)樁(zhuang)為類樁(zhuang)。

從(cong)施工(gong)資料上(shang)看,該樁(zhuang)為(wei)人工(gong)挖孔樁(zhuang),樁(zhuang)端持力層為(wei)灰巖,巖溶發育(yu),地下(xia)水豐富,分析(xi)(xi)認為(wei)由于(yu)采用普通灌注(zhu),在水未排干或混凝(ning)(ning)土澆灌時(shi)涌入大量(liang)地下(xia)水把膠凝(ning)(ning)物(wu)質(水泥(ni)(ni))沖(chong)洗掉,因此失(shi)去了膠凝(ning)(ning)作用,從(cong)而(er)形成離析(xi)(xi)。對于(yu)該類樁(zhuang),當地下(xia)水涌水較(jiao)大而(er)不能(neng)及時(shi)排干且(qie)地下(xia)水位較(jiao)高時(shi),建(jian)議采用水下(xia)灌注(zhu)辦法(fa)。如果水位低或涌水量(liang)不大,可以(yi)嘗試(shi)把干水泥(ni)(ni)與水摻和,使之形成水泥(ni)(ni)漿,避(bi)免(mian)涌水沖(chong)洗、稀(xi)釋混凝(ning)(ning)土而(er)引(yin)起離析(xi)(xi)現象。

2.3樁混凝土(tu)空洞、蜂窩(wo)現象

以(yi)目前的(de)基樁施工工藝水(shui)平(ping),較少產生空洞、蜂窩的(de)現(xian)象(xiang),即使出現(xian)這(zhe)種情形也大(da)多(duo)是輕(qing)微的(de),出現(xian)嚴重的(de)缺(que)陷現(xian)象(xiang)極為(wei)少見(jian)。在某(mou)橋梁的(de)基樁檢測(ce)中,發現(xian)某(mou)一(yi)根基樁有明顯的(de)異(yi)(yi)(yi)常(chang)(chang)現(xian)象(xiang),其中之一(yi)剖(pou)(pou)面(mian)異(yi)(yi)(yi)常(chang)(chang)段高度約0.55m(見(jian)圖6),其它(ta)剖(pou)(pou)面(mian)范(fan)圍稍(shao)窄,個(ge)別剖(pou)(pou)面(mian)有連續測(ce)點的(de)異(yi)(yi)(yi)常(chang)(chang)。從測(ce)試結(jie)果來看,異(yi)(yi)(yi)常(chang)(chang)曲線(xian)表現(xian)為(wei)波(bo)幅變弱(ruo),波(bo)速變低,但頻率未見(jian)明顯降低,而(er)某(mou)些(xie)部位則無信號。為(wei)了排除儀器(qi)因素進行(xing)了反復觀測(ce),結(jie)果仍有異(yi)(yi)(yi)常(chang)(chang)。

從樁(zhuang)(zhuang)孔(kong)施工(gong)資料上看,該(gai)樁(zhuang)(zhuang)為人工(gong)挖孔(kong)普通灌(guan)注(zhu),由于樁(zhuang)(zhuang)孔(kong)所處地勢較(jiao)高,施工(gong)中未(wei)見(jian)有地下水,僅發現該(gai)部位(wei)有溶洞(dong)發育(yu),據此初步判(pan)斷(duan)在施工(gong)過程中可能出(chu)現了漏漿形(xing)成空(kong)(kong)(kong)洞(dong)、蜂窩(wo)(wo),這些(xie)空(kong)(kong)(kong)洞(dong)、蜂窩(wo)(wo)對(dui)超聲(sheng)波形(xing)成阻(zu)隔(ge)、散(san)射作(zuo)用而出(chu)現異常(chang)現象。經取芯驗證后(圖7)*后認定該(gai)樁(zhuang)(zhuang)在上述部位(wei)存在蜂窩(wo)(wo)、小空(kong)(kong)(kong)洞(dong)等缺陷,但缺陷程度(du)輕微,該(gai)樁(zhuang)(zhuang)判(pan)為合格(ge)樁(zhuang)(zhuang)。

2.4聲測管問題

圖(tu)(tu)8為(wei)采用(yong)武漢(han)巖海RS-ST01C型(xing)儀(yi)器檢(jian)測某橋梁基樁(zhuang)(zhuang)結果(guo)圖(tu)(tu)。從(cong)圖(tu)(tu)中看,在(zai)3.35M~3.65m段僅見微弱(ruo)的超聲(sheng)波(bo)(bo)(bo)(bo)信號,其波(bo)(bo)(bo)(bo)幅極(ji)弱(ruo),沒有(you)明顯(xian)的首波(bo)(bo)(bo)(bo)起跳點,但波(bo)(bo)(bo)(bo)速并(bing)沒有(you)顯(xian)著降低(di)。由(you)于該橋所有(you)基樁(zhuang)(zhuang)在(zai)9.5m處均(jun)有(you)相同的超聲(sheng)波(bo)(bo)(bo)(bo)異(yi)常(chang)特征。為(wei)慎重起見,抽取具有(you)代表性的基樁(zhuang)(zhuang)進行(xing)鉆芯(xin)檢(jian)測,結果(guo)(見圖(tu)(tu)9)發現混(hun)凝土(tu)芯(xin)完整(zheng),混(hun)凝土(tu)骨料分(fen)布基本(ben)均(jun)勻,未見蜂窩、麻面等現象。為(wei)了查清超聲(sheng)波(bo)(bo)(bo)(bo)異(yi)常(chang)產生的原因,選取一根基樁(zhuang)(zhuang)進行(xing)開挖驗證,從(cong)開挖的結果(guo)看,該樁(zhuang)(zhuang)混(hun)凝土(tu)質量(liang)沒有(you)異(yi)常(chang),但聲(sheng)測管(guan)已嚴重變形。

該(gai)橋基樁(zhuang)聲(sheng)(sheng)測(ce)管(guan)(guan)(guan)均采用(yong)無縫鋼管(guan)(guan)(guan),使(shi)聲(sheng)(sheng)測(ce)管(guan)(guan)(guan)為6m一(yi)節,使(shi)用(yong)過程中使(shi)用(yong)塑(su)(su)料螺(luo)口套(tao)筒(tong)鏈接,在(zai)澆筑混(hun)凝土過程中造成塑(su)(su)料套(tao)筒(tong)變形或損壞;塑(su)(su)料套(tao)筒(tong)本身受材料限(xian)制對超(chao)聲(sheng)(sheng)波檢測(ce)影響較大。結合超(chao)聲(sheng)(sheng)波法和取芯檢測(ce)結果*終判定該(gai)橋基樁(zhuang)質量合格。

為避(bi)免此類現(xian)象發生,在埋設聲(sheng)測管安裝(zhuang)時均要求使用無縫鋼管螺口對接或使用液壓(ya)對接的方法。

3、結語

超聲(sheng)波透射法(fa)對樁(zhuang)(zhuang)身混凝(ning)土離(li)析、夾(jia)泥及蜂(feng)窩等缺陷有明顯的反映(ying),并(bing)能準確(que)判(pan)斷缺陷的位(wei)置和范(fan)圍,依據標準可(ke)對基樁(zhuang)(zhuang)進行(xing)樁(zhuang)(zhuang)身完整性評(ping)價(jia)。當(dang)超聲(sheng)波檢(jian)測(ce)結(jie)果(guo)或(huo)當(dang)超聲(sheng)波檢(jian)測(ce)過程中出(chu)現完整性類(lei)別(bie)(如在~類(lei)之間(jian))難以判(pan)定時,可(ke)借助高應(ying)變動(dong)測(ce)法(fa)或(huo)鉆(zhan)芯法(fa)進行(xing)檢(jian)測(ce),或(huo)進行(xing)靜(jing)荷載試驗,對基樁(zhuang)(zhuang)進行(xing)綜(zong)合評(ping)定。只有對基樁(zhuang)(zhuang)質量進行(xing)準確(que)的評(ping)價(jia),才能保證基礎的穩固與橋梁結(jie)構的安(an)全。