桥梁桩基础完整性检测技术研究
2020-11-02齐海鹏李帅阎玉菡孙拴虎
齐海鹏 李帅 阎玉菡 孙拴虎
摘要:以某桥梁工程桩基础完整性检测为例,研究了声波透射法在桥梁桩基础完整性检测中的应用,简要论述了声波透射法的工作原理、桩基完整性检测的操作要点、桩基完整性分类,研究声波投射法检测桩基础在遇到质量缺陷时的检测方法,以及其特点与可靠性等内容。得到结论:声波透射法检测桩基础完整性有可靠性与准确性,在遇到质量缺陷时能够通过平測、斜测、复测等手段确定缺陷的位置、大小与性质,例如检测桩基础的夹泥、缩颈、松散、孑L洞等质量问题,确定桩基础的完整性与类别。
关键词:声波透射法;桩基础完整性检测;桥梁工程
中图分类号:u446.1 文献标志码:A
近年来,随着我国交通网络日趋完善,桥梁,作为跨越河流、山谷等地理障碍的主要构筑物之一,越来越多的被应用于公路、铁路等工程项目中。桩基础是桥梁基础的主要形式,其具有很高的承载能力,能够承受桥梁及其附属结构的自重和车辆荷载。桩基础的安全关系整座桥梁的安全。此外,由于桩基础的施工工艺要求高,属隐蔽工程,一旦有质量问题就难以察觉,所以要求桩基础在成桩后一定要进行桩基检测。桩基检测是检验桩基成桩质量的重要手段,其中声波透射法凭借其便捷性和可靠性在工程中得到了广泛的应用。
1检测原理
声波透射法也称声测法,其检测桩基础完整性的工作原理为:将声测探头放入预先埋置好的声测管中,由声波发射器发射超声脉冲,超声脉冲穿过混凝土桩体到达声波接收器,由于声波在穿过不同介质时,会产生透射和反射,其速度和波幅会产生变化,声波的衰减和延时可以判断穿过的介质的密度和均匀性等等。具体在桩基检测时表现的特征为:当混凝土桩结构完整密度均匀时,不同深度的桩基础截面混凝土密度相同,声波波形规律正常,首波到达的时间基本相同,且首波的波幅值正常,声波数据如图1所示;当混凝土桩体中存在夹泥、松散、蜂窝、孔洞等严重的质量缺陷时,检测数据中会出现连续的多个截面声波数据异常,具体表现为:声波波形畸变,首波到达的时间比正常截面明显推后,首波波幅很小且小于判定的临界值,声波数据如图2所示。当出现质量缺陷时,可以通过多次检测,平测和斜测,分析不同的侧面以及不同高度上的声波参数,确定混凝土桩体其质量缺陷的位置和大小、性质等等信息。
声波透射法检测桩基础的施工准备工作:在桩基础施工前,根据桩基础直径的大小埋设一定数量的声测管,一般为桩基直径小于1.5 m时埋设3根,大于1.5 m时埋设4根,声测管为内径不小于5 cm的钢管,绑于钢筋笼上,随钢筋笼一起下放。在浇筑混凝土时,要对声测管管头进行密封,防止混凝土灌入,引起堵管。混凝土浇筑完成后,对声测管进行灌水并密封。灌水的目的是为了使声波通过水传播,达到更好的耦合作用。在测试时,2-3根声测管为一组,超声脉冲从一根声测管中的声波发射器发出,穿过混凝土桩体被另外一根声测管中的声波接收器接收,检测时从桩底向上进行,检测每一个截面的情况,如图3所示。
超声波透射法检测桩基础质量缺陷的核心原则可以概括为以下四个方面。
(1)超声脉冲在穿过混凝土桩体时遇到质量缺陷,产生绕射现象,造成声波的声程和声时发生变化,分析其变化情况,可以判定缺陷的性质和大小。
(2)超声脉冲在穿过混凝土桩体时遇到质量缺陷,在穿过缺陷与混凝土的界面时,发生反射现象,使得超声脉冲的强度衰减,因而接收器接收到的声波波幅明显减小,根据声波波幅减小的大小可以判断缺陷的存在和大小。
(3)超声脉冲在穿过混凝土桩体时遇到质量缺陷,由于声波的高频和低频部分在穿过缺陷时被衰减的程度不同,因而在观察到声波波幅减小的同时,也会观察到声波频谱产生不同程度的差异,可以判断缺陷的存在和大小。
(4)超声脉冲在穿过混凝土桩体时遇到质量缺陷,在穿过缺陷时,声波发生转换和叠加现象,因而可以观察到波形畸变的现象,其可以判断质量缺陷的存在。
2声波透射法检测判定标准
根据超声透射法检测桩基础所得数据,分析声波首波到达的时间、波幅的大小、波形的畸变程度等,与临界速度,临界波幅,标准波形作对比,判断桩基础的完整性,按其完整程度将桩基础分为I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类。具体分类与其判定标准见表1所列。
其中I、Ⅱ类桩基础可以正常使用,Ⅲ类桩桩身有明显的质量缺陷,需要做进一步的检测和加固处理后才能使用,Ⅳ类桩有比较严重的质量问题,例如大面积的松散、孔洞甚至断桩,需要制定专项方案。
3工程应用
3.1工程概况
某3×16 m装配式预应力混凝土空心板桥,路线长度为134 m,其中桥梁部分长度为53.04 m。
桥墩下部结构采用双柱式桥墩,桥梁基础采用钻孔灌注桩,桥台采用桩接盖梁。设计高程为桥面中心标高,路拱横坡为双向2%,桥面纵坡为0.8%。
本次检测桩基础为0号桥台下的桩基础,0-1号桩和1号桥墩下1-1号桩,其桩径分别为1 200mm和800mm,采用声波透射法进行检测。
3.2桩基检测
为使测量数据准确可靠,桩基检测现场试验应注意以下要点。
(1)在进行检测前,对检测设备进行检查,确保仪器、换能器能正常工作;检查声测管中注水情况及管道是否有堵管或缩颈情况,确保探头下放时畅通无阻。
(2)下放声测探头时,注意探头的位置,应使三个探头的位置处于同一水平面内。
(3)在提升声测探头时,声波发射器和声波接收器应在同一平面同步由下往上提升,用于记录声测探头的位置,正常测量时数据采集每100 mm记录一次,当遇到质量缺陷,声波明显异常时,应加密测点至50mm采集一次,并应进行复测。
(4)采集数据时,观测人员应实时观测并进行记录实测曲线,在确认数据准确无误后保存数据,并进行存盘。
(5)当桩身直径较大有多个声测管时,可将多根声测管以每两根或者三根为一检测剖面进行组合进行多次测量,以完成对桩基所有剖面的测量。
(6)当波形发生突变,首波到达时间以及波幅明显异常时,应放慢提升速度加密测量,必要时进行复测、斜测等手段,以确定桩身缺陷的位置、大小、性质等。
3.3数据分析及检测结果
经过对0-1号和1-1号桩基础的检测,确认准确无误后记录存盘,分析所收集的数据,分析声波首波到达的时间、首波波幅的大小以及波形有无畸变情况,与临界波速和临界波幅对比,判定这两根桩的完整性并进行分类,得到以下结论,见表2所列。
4结论
桩基础由于其施工工艺要求高,又属于隐蔽工程,质量问题不易察觉,若不能对桩基础进行可靠的检测,会对桥梁的安全埋下隐患。声波透射法通过检测声波脉冲在桩基础中的传递数据,通过平测、斜测、复测等手段可以准确的判断桩基础的夹泥、缩颈、松散、孔洞等等病害的位置和大小,从而保证桩基础的结构完整性。
声波透射法检测桩基础有很好的可靠性,同时其操作便捷,大大提高了桩基础完整性检测的效率,在工程项目中应用广泛,逐步成为桩基础完整性检测的主要手段。