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声测管施工及对基桩检测结果的影响

由于声波透射法检测混凝土基桩完整性时检测精 度高 ,不受桩长、桩径条件限制 ,测试无盲区 ,检测信号 易分析 ,在混凝土基桩检测中应用越来越普及。特别 是在公路工程、交通工程等领域 ,《公路工程基桩动测技 术规程》JTG T F81-01-2004 明确要求使用声波透射法的 检测数量不少于 50%,对一些重要工程要求 100 %使用 声波透射法进行基桩检测。

但是由于一些施工单位对该方法的认识不是很明 确 ,在施工过程中可能会出现一些问题 ,并可能影响对 基桩的检测 ,造成工作的被动。本文从检测角度 ,详细 介绍施工过程中声测管的安装方法及其对检测结果的 影响 ,并提出了一些合理的意见和建议。

1  声测管安装

1.1 基本要求 声测管是检测的重要通道 ,使用声波透射法检测

基桩完整性时 , 需要根据桩径在桩内预埋一定数量的 声测管。检测时 ,管内注满清水 ,把声波换能器(俗称探头)放到声测管内 ,由下向上逐个剖面进行检测。当声测管安装工艺较差时 ,可能造成漏浆、断裂、弯曲、下沉、堵塞、卡管等事故的发生 , 对用声波透射法检测基 桩完整性的检测结果产生较大影响 ,甚至无法检测或 判定基桩完整性类型。对声测管总的要求是 :连接牢 靠不脱开 ,密封良好不漏水 , 连接平整不打折 , 管间平 行不弯曲 ,管内通畅无异物。

1.2 声测管的埋置数量 根据桩径大小 , 一般埋设 2 ～ 4 根声测管 , 依据检

测规范不同 , 对桩径的要求略有区别。目前常用的检 测技术规范主要有 :《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2003(以下简称《建筑规范》)、《公路工程基桩动测技术 规程》JTG T F81-01-2004(以下简称《公路规范》),《超声法检测混凝土内部缺陷技术规程》CECS21 :2000(以下 简称《测缺规程》),这 3 本规范对桩径的要求如表 1 所 示。

　　注:d 表示桩径

1.3 声测管材质选择 声测管材料要有足够的机械强度 ,保证在灌注混

凝土过程中不变形 ,且与混凝土粘结良好 ,不致在声测 管和混凝土间产生裂缝 , 影响测试。因此最好选用钢管。当桩长在 15m 以下时 , 为了节省材料 ,降低成本 , 有的规范也允许采用 PVC 管、塑料管或金属波纹管。 1.4 声测管的尺寸

目前常用的换能器均为 30 ～ 60kHz 圆管式径向换 能器 ,其直径一般在 30mm 左右或更小。规范规定声 测管内径比换能器直径大 10 ～ 20mm , 因此 ,一般选用 40 号钢管(外径 48mm ,内径 42mm)或 50 号钢管(外径

60mm ,内径 54mm)。

1.5 声测管的连接

由于常用的钢管均是 6m 一段 ,需要将一段段钢管 连接起来。对连接的要求是 :有足够的强度 ,保证声测 管不致受力弯曲脱开 ;连接应有足够的水密性 ,保证在 孔内水压下不漏水。

连接方式主要有套筒连接、螺纹连接、对接焊连 接 ,最常用的方式是套筒连接 ,效果比较好。

套筒连接如图 1 所 示 ,选 1 段长 80mm 左右 的钢套筒 , 套筒内径略 大于声测管外径 , 将 2

根声测管套起来 , 用电 焊将套筒与声测管上下 ^{图 1  声测管外加钢套} 两端焊接起来。既要保 ^{管连接方式}

证焊接不漏水 ,又不要将声测管焊通 , 阻塞换能器的上 下移动。

1.6 声测管的安装固定 声测管预先固定在钢筋笼内。用点焊或铁丝绑扎

的方法固定在架立筋(竖向钢筋)内侧 , 也可以采用 U 形钢筋环焊接在架立筋上的方式。铁丝绑扎的间距 ≤ 2m 。为了保证声测管相互平行 , 可以在声测管间点焊 三角形钢筋架支撑。

声测管一直埋到桩底。底部要封死 ,上部要加盖 , 防止进入泥浆或异物。

2  声测管对基桩检测的影响

2.1 桩底声测管弯曲 在钢筋笼的吊装过程中 ,钢筋笼的底部拖动时 ,如

果绑扎不牢,声测管容易发生弯曲变形 ,声测管间距变 小。有时桩底钢筋笼直径变小 ,为了保证声测管的平 直 ,声测管就要穿到钢筋笼外侧 ,而不是把声测管掰弯 放到钢筋笼内。如果不采取加固措施 ,很容易使声测 管压弯或打折 , 甚至折断。当声测管超出钢筋笼底 1 ～ 2m(设计桩底有一段素混凝土)时 ,也存在类似情况 。

如图 2 所示 ,桩长 18.0m 左右 ,埋设 3 根声测管 ,3 个检测剖面中 , -16.0 ～ -18.0m 区段声速曲线均明显 向右(高声速方向)翘起 ,声速异常偏高 ,其它区域曲线 基本正常。推断桩底声测管弯曲变形 ,间距变小 ,计算 的波速异常偏高。由于桩底是缺陷易发生部位 ,根据 此类曲线很难判定桩底是否存在缺陷 , 很可能发生漏 误 ,给工程留下安全隐患。

图 2  声测管底部弯曲时检测剖面

2.2 桩身声测管弯曲变形 声测管绑扎不牢或绑扎间距过大 ,在浇筑混凝土

过程中 ,声测管受混凝土挤压发生弯曲变形 ,管间距离变大或变小,直接影响检测结果的分析判定 ,甚至无法 给出桩身完整性类别。

如图3 所示 ,桩长18.0m ,埋设 3 根声测管。从图 3 可以看出 , Ⅰ 、Ⅲ剖面深度曲线基本正常 , Ⅱ剖面中上 部的声速曲线向上弯曲 , 声速严重异常。推定是声测 管受挤压变形 ,互相靠近 ,导致计算声速严重异常。根 据深度曲线也很难划定该桩的完整性类别 ,只能采取 其它方法补充检测。声测管的弯曲还导致声速异常值 判定区间太大 ,易造成漏判。

2.3 钢套管影响 声测管的连接一般采取外套钢管方式进行。钢套

管直径不宜太大 ,一般比声测管略大即可 ,焊接起来比 较容易 , 封闭性也比较好。钢套管也不能太长 , 一般 80mm 左右 ,对检测结果几乎无影响 。 钢套管的作用仅 仅是把两段声测管连接成来 ,并没有什么特殊的工艺 要求。

图 3  桩身声测管不平行时检测剖面

如图 4 所示 ,某工程所有基桩均埋设 3 根声测管 , 检测后发现部分桩存在严重信号异常 , 且 1 根桩上 3 个检测剖面均有多处缺陷(图 4 中 -5.6m 和 -11.6m 处),从信号上分析是严重断桩。

图 4  钢套管太长时检测剖面

由于多根桩在同一位置附近都存在类似的信号 , 且一根桩上异常信号的高度约 6.0m 左右 ,缺陷区域高 度约 0.6 ～ 0.8m 。在进行了深入调研后发现 ,施工单位 使用的钢套管长度约 80cm 。分析形成异常信号的原 因是钢套管的影响。由于钢套管较长 ,焊接质量很好 , 密封在内部的部分空气不能排出 ,声波信号要绕行很 长距离或穿过空气层后才能被接收到 , 造成声波信号 的严重异常。为了验证分析结果 , 在其中的 2 根有典 型代表性的桩上进行钻芯验证 ,结果表明 ,桩身混凝土 完整无异常。根据钻芯结果 ,此类桩判定为二类桩。 2.4 对零声时的影响

声波透射法检测中零声时由三部分组成 :①系统 延迟 t01 ;②声测管壁中延迟 t 02 ;③耦合水层延迟 t 03 。 t₀₁ 与系统有关 , 可以直接由仪器测定 ;t₀₂ 一般约 1μs , 对测试结果影响不大 ;t03 受声测管和换能器直径的影 响 ,变化很大 ,对测试结果会有较大影响 ,不能忽略。

举例说明 :假设水中声速 V水 =1.5km s , 钢材中声

速 V_钢 =5.8km s , 换能器直径 d =26mm , 声测管外径

=60mm 、内径 _内 =54mm ,声波走时 t =200μs(不含 t₀₁ ),那么 :t₀₂ =( _外 - _内) V_钢 =1.03μs ;t₀₃ =( _内-d) V_水 =18.67μs 。

耦合水层中零声时在声波走时中所占百分比 t₀₃ t =18.67 200 =9.34 %, 可见是不能忽略的 。如果采用 更大内径的声测管 ,所占百分比就更大。

一般情况下 , 以上计算过程是假设换能器位于声 测管的中心位置 ,如果声测管的直径较大 ,换能器在管 内摆动范围较大 ,对声时的影响更大 , 对检测结果的影 响就较大。如图 5a 、b 所示两种情况 , t ₀₃ 的变化范围在

0 ～ 37.34μs 。

图 5  耦合水中声波走时

3  结语

声测管是声波透射法基桩完整性检测的重要通 道 ,如果埋设不好 ,就达不到检测基桩质量的目的 , 可 能影响工程的整体进度。因此 ,在预埋声测管时 ,应注 意埋设的质量 ,以便于质量检测工作的正常进行。

参考文献:

[ 1]  罗骐先.桩基工程检测手册(第二版)[ M] .北京:人民交通出版

社 , 2003.

[ 2]  中国建筑科学研究院.JGJ106-2003  建筑基桩检测技术规范 [ S] .北京:中国建筑工业出版社, 2003 .

[ 3]  浙江省交通厅工程质量监督站.JTG T F81-01-2004 公路工程基 桩动测技术规程[ S] .北京:人民交通出版社, 2004.

[ 4]  陕西省建筑科学研究院.CECS21 :2000 超声法检测混凝土缺陷 技术规程[ S] .北京:中国工程建设标准化协会, 2001.

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