基桩超声波检测分析.doc

基桩超声波检测的异常判断及缺陷成因分析韦卫明 林丽贤(广西壮族自治区交通规划勘察设计研究院 南宁市 530011)【摘要】本文根据基桩超声波检测中的异常现象，对桩身砼缺陷性状及桩身完整性进行分析判断，同时就缺陷产生的原因进行分析。【关键词】基桩，超声波检测，缺陷。Ultrasonic testing of piles for estimate abnormal phenomena and Analysis of the causes of defectsWEI Wei-ming，(GuangXi Communications Planning Surveying and Designing Insti-tute,Nanning,Guangxi,530011)【Abstract】this article according to the pile of ultrasonic testing of anomalies, pile defect traits and pile integrity analysis, at the same time analyse the cause of the defect.【Key words】concrete piles，Ultrasonic testing，defect1 序言早期，基桩施工过程中常常会出现基桩质量事故，施工中一般有35的事故概率，由于施工工艺的不断改进以及工序的有效强化监控，事故概率有所降低，但近年来，国家加大了对基础设施建设的投资力度，各省市的交通建设进入了高速发展阶段，各地高速公路相继开工建设，从而出现大量的基桩施工，由于技术人员缺乏，时有施工工序监控难以到位，加之地质条件复杂等等因素，往往出现不少的基桩质量事故。超声波透射法作为一种基桩桩身质量检测手段，可以准确发现基桩缺陷位置以及缺陷范围，根据异常特征分析判断缺陷性状及缺陷程度，依据标准进行桩身完整性评价，为桥梁基础的稳固与安全提供保障。2 超声波透射法的工作原理超声波是弹性波的一种，把混凝土介质视为弹性体，超声波在混凝土中的传播服从弹性波传播规律。混凝土超声波检测主要采用所谓“穿透法”，即用一发射换能器发射超声脉冲波，让超声波在混凝土中传播，然后由接收换能器接收，透过混凝土传播的超声波携带有关混凝土材料相关信息，准确测定这些参数的大小变化，可推断混凝土性能、内部结构及其组成情况1。基桩超声波检测是在基桩中预埋声测管，在两根声测管中分别放置发射换能器和接收还能器，并在声测管中注满水作为耦合介质（见图2.1.1），当发射换能器发射超声波，超声波在混凝土中传播后到达接收换能器并被量测记录，由此可计算出混凝土声速：(L为超声波在混凝土中传播距离,T为超声波在混凝土中传播时间)同时，接收波幅的量测是用某种指标来度量接收波首波波峰的高度，并将它们作为平行比较各个测点声波信号强弱的一种相对指标2： （其中A、A0分别为接收首波峰值及参考峰值）。当桩身某一段存在蜂窝、离析或夹泥等缺陷时，接收到的超声波信号会出现波速降低、振幅减小，同时波形畸变、接收信号主频发生变化等特征。超声波透射法基桩检测就是根据混凝土声学参数测量值的相对变化，分析、判别其缺陷的位置和范围，评定桩基混凝土质量类别3。3 实例分析在广西地区，公路桥梁基桩均采用人工挖孔灌注桩或钻孔灌注桩，在基桩的施工过程中如果出现质量事故，大多发生砼离析、夹泥或蜂窝等现象，且以离析现象居多。另外，声测管变形引起的异常，虽然不是基桩砼质量问题，但它干扰了对基桩质量的判断，因此本文也进行了探讨。鉴于上述现象，在下面的论述中分别以典型实例进行分析。3.1 钻孔灌注桩砼夹泥现象下图为采用SY5型声波仪检测某桥梁基桩的结果图（见图3.1.1），正常波形首波起跳清晰，幅值、波速高，曲线规则，而在深度7m左右出现明显的超声波异常，异常波形首波起跳点难于辨认，幅值弱波速低，曲线严重畸变；从频谱分析图上看（图3.1.2），正常频谱主频约为38kHz，而异常频谱主频约16kHz。从以上分析并结合施工工艺，判断该处存在夹泥或低强度砼等严重缺陷，依据桩身完整性类别3判定为类桩。通过开挖验证（见图3.1.3），发现在异常部位，确实出现大量的夹泥现象。该桥钻孔灌注桩，采用的是泥浆护壁水下灌注，通过分析，认为出现上述缺陷的原因是由于泵送砼导管阻塞，浇灌桩砼的连续性被冲断，其间隔时间较长且超过了初凝时间，夹泥混凝土开始固结，在后续浇灌混凝土时，该部分被埋入桩中从而形成缺陷。在施工过程中如果出现砼的浇灌停顿，在冲断的时间间隔如果超过砼的初凝时间，应停止继续浇灌，根据已浇灌混凝土高度来决定重新成孔浇灌或采用清孔接桩方式进行。3.2 人工挖孔桩砼离析现象下图(图3.2.1)为采用SY5型仪器检测某桥梁基桩结果图,在5m处和7.75m以下至桩底段,超声波波幅弱、波速极低，该段有明显异常，根据桩孔施工工艺及异常特征，判断该处砼离析。从钻芯检测验证结果来看（见图3.2.2），在超声波异常相应位置出现了砼严重的离析现象，粗骨料与细集料分离或仅有少量砂浆粘结，但强度低，未形成坚硬的固结体。结合超声波法和钻芯法结果，判定该桩为类桩。从施工资料上看，该桩为人工挖孔桩，桩端持力层为灰岩，岩溶发育，地下水丰富，分析认为由于采用普通灌注，在水未排干或砼浇灌时涌入大量地下水把胶凝物质（水泥）冲洗掉，因此失去了胶凝作用，从而形成离析。对于该类桩，当地下水涌水较大而不能及时排干且地下水位较高，建议采用水下灌注办法，如果水位低或涌水量不大，可以尝试把干水泥与水掺和，使之形成水泥浆，避免涌水冲洗、稀释砼而引起离析现象。3.3 桩砼空洞、蜂窝现象以目前的基桩施工工艺水平，产生空洞、蜂窝的现象是较少的，出现这种情形大多是轻微的，出现严重的缺陷现象极为少见。在某桥梁的基桩检测中，发现某一根基桩有明显的异常现象，其中之一剖面异常段高度约1m（见图3.3.1），其它剖面范围稍窄，个别剖面有1个点的异常。从测试结果来看，异常曲线表现为波幅变弱，波速变低，但频率未见明显降低，而某些部位则无信号，为了排除仪器因素进行了反复观测，结果仍有异常反映。从桩孔施工资料上看，该桩为人工挖孔普通灌注，由于桩孔所处地势较高，施工中未见有地下水，仅见在该部位有溶洞发育，据此初步判断在施工过程中可能出现了漏浆形成空洞、蜂窝，这些空洞、蜂窝对超声波形成阻隔、散射作用而出现异常现象。检测时适逢旱季末，因此考虑到为了不出现误判，决定待雨季水位上升改善检测条件后再复测。在经过若干次的强降雨后进行了复测，从结果上看，各剖面未发现异常现象（见图3.3.2），经对比分析，认为上述蜂窝、小空洞中由于充盈了地下水而使超声波能在桩砼中正常传导，因此表现出正常的声学信息。最后认定该桩在上述部位存在蜂窝、小空洞等缺陷，但缺陷程度轻微，该桩判为类桩。为避免该类缺陷出现，对挖孔中遇到无论大小干溶洞，都应做好护壁支护及封闭，搞好防范工作。3.4 声测管问题下图（图3.4.1）为采用SY5型仪器检测某桥梁基桩结果图，从图中看，在29m段仅见微弱的超声波信号，其波幅极弱，没有明显的首波起跳点，但波速并没有显著降低；由于该桥所有基桩均约在9m以上（基本上是相同的标高）都有相同的超声波异常特征，于是借助低应变反射波法进行辅助性检测，结果发现这些桩桩身未见明显异常反映（见图3.4.2），且桩底有可辨的同相反射波（持力层为含砾泥岩），据此判断这些桩至少没有重大缺陷。为了慎重起见，抽取两根具有代表性的基桩进行钻芯作进一步检测，结果（见图3.4.3）发现砼芯完整，砼骨料分布基本均匀，未见蜂窝、麻面等现象。为了查清超声波异常产生原因，还选取一根基桩进行开挖验证，从开挖的结果来看，该桩砼质量未发现异常，但声测管已严重变形(见图3.4.4)。该桥基桩声测管均采用PV管，使声测管变形的原因应是在浇灌砼之后，砼在凝结过程中产生水化热形成了高温，由于热能未能及时消散（位于地下水位之上），导致PV管软化变形，因而在PV管与砼之间存在的空隙。据以上分析，推断上述超声波异常为变形的声测管引起，结合超声波法和低应变检测结果最终判定该桥基桩质量合格。为避免此类现象发生，在埋设声测管时均要求使用镀锌钢管。4 结语超声波透射法对桩身砼离析、夹泥及蜂窝等缺陷有明显的反映，并能准确判断缺陷的位置和范围，依据标准可对基桩进行桩身完整性评价。为了检验超声波检测结果或当超声波检测过程中出现完整性类别（如在类之间）难以判定时，可借助高应变动测法或钻芯法进行进一步检测，或进行静荷载试验，对基桩进行综合评定。只有对基桩质量进行准确的评价，才能保证基础的稳固与桥梁的安全。参考著作：1罗骐先桩基工程检测手册M北京：人民交通出版设，2003年。2陈 凡、徐天平等基桩质量检测技术M北京：中国建筑工业出版社，