钻孔灌注桩超声波检测
钻孔灌注桩成桩后的质量检测规范有低应变检测、高应变检测、静载荷试验以及超声波检测。前三者在工程实践中已有丰富的经验, 并为工程技术人员所熟知。
1 钻孔灌注桩超声波检测简介根据规范与桩直径要求, 在钻孔灌注桩中预埋若干根互相平行的超声波检测导管, 检测前先将导管注满清水, 再将发射探头和接收探头分别放入两根导管底端, 发射探头和接收探头在同一高度。超声波检测仪产生重复的电脉冲激励发射探头(发射换能器) , 发射探头将电脉冲能量转化为机械振动能量, 接收探头将机械振动能量转化为电振动能量。发射探头发出的超声波经耦合而进入混凝土, 在混凝土中传播后为接收探头接收并转换成电信号传送至接收仪, 经过放大后显示在波屏上, 可以测读传播声时和首波波幅。将两探头以某等量(如25 cm ) 的移动步距同时向上逐步提升直至桩顶, 并测读声时和首波波幅。根据两根导管的距离可计算出混凝土的声速, 进而得到声速及波幅与桩身深度的关系曲线, 通过曲线可判断桩身混凝土均匀性, 缺陷部位及缺陷性质。检测工作依据的行业标准有地质矿产部及建设部颁布的《基桩低应变动力检测规程》JGJ.T93—95、铁道部《铁路工程基桩无损检测规程》TB10218—99; 上海市标准有《钻孔灌注桩动力测试技术规程》DGJ 08—218—96; 还有其他部委的标准, 但内容基本一致。笔者工作中以地矿部与上海市两个标准为依据。
2 测前准备工作准备工作由钻孔灌注桩的施工单位负责。
2. 1 声测管的埋设根数声测管埋设时, 必须保证各声测管之间互相平行, 探头能在管内顺利畅通的提升或下降, 埋设根数根据设计及有关规范进行。在共和新路高架工程中, 桩的直径除少数几根外均为800 mm , 按照规范埋设2 根即可, 但有时设计则要求埋设3根。从实际经验上看, 3 根声测管之间不容易保证互相平行, 测管距离小, 从而引起较大误差。另外,由于声场没有覆盖桩心, 测试结果有时并不能真实反应桩身实际质量。
2. 2 声测管的绑扎与埋设声测管一般与钢筋笼上的主筋绑扎在一起。检测实践中, 发现主要有以下几种常见问题。
( 1) 有的施工人员用电焊方式把二者焊牢,如果声测管管壁薄容易导致声测管焊透, 管内出现凸起。换能器要么放不到底, 要么往下放时凭借重力落下去却不能顺利拉起来。建议每隔3m 用粗铅丝绑扎一道, 管口接头处与主筋点焊
。(2) 共和新路高架工程的钻孔灌注桩一般桩长在50 m 以上。声测管一般用铸铁管, 市场上的产品为一根9 m , 而一根桩的声测管必须由6 根或更多的9 m 声测管接起来。管与管的接头部位如果焊接太透, 或者管壁太薄, 使导管内部凸起,也会引起换能器下放时凭借重力, 上来却不能拉起来的情况发生。
( 3) 导管底部必须应用钢板或者用套管封住, 但有的施工人员图省事将底部砸扁焊一道, 这样也极有可能导致换能器提不起来。
( 4) 认为声测管是测量深度的, 不大注意导管埋设平行问题。声测管必须平行是因为声测过程中以露出桩头两根声测管的距离作为一个定值, 桩身内混凝土波速均以该距离除以两管间的声时得出。容易看出, 如果桩身内部某一段声测管向桩身内部弯曲, 其波速就会偏大; 反之则偏小。两种情况统计的均匀性都会导致其等级偏差。
( 5) 另外, 一个标段内声测管最好采用统一型号的钢管, 便于扣除零声时中的误差。
2. 3 声测管的布置对于桩直径为800 mm 的钻孔灌注桩, 2 根声测管最好沿直径方向布置。因为在浇灌混凝土时, 混凝土是沿导管均匀向四周流淌, 导管与桩从理论上讲是两个同心圆的关系。那么在任一直径上所测混凝土质量基本可以代表该截面混凝土的质量。在实际测试中, 通过声测发现某一段有缺陷的混凝土桩再用高应变测试, 二者确实互相印证。这说明通过声测基本可以判定桩身混凝土的某些缺陷。
2. 4 破桩头后声测管的保护一般来说成桩后28 d 即可进行检测。其步骤为: 先进行基坑开挖, 再破桩头, 浇垫层, 垫层干后可以进行检测。破桩头时声测管必须细心保护, 如果风镐将声测管钻破, 里面凸起; 切割声测管后不用任何东西堵住管口导致破碎的混凝土掉进声测管内, 或者雨天基坑积水较深而使泥浆灌入声测管内, 都会使探头不能顺利放到底, 从而影响声测工作的正常进行。所以施工人员在破除桩头时要特别小心, 并采取相应措施。
3 检测工作的准备
3. 1 检测人员要求检测人员上岗前必须进行培训, 理解检测规范, 熟悉使用仪器, 了解钻孔灌注桩的制桩过程,检测纪律等等。如遇到桩有缺陷情况应及时向单位技术负责人、甲方、设计、监理、施工等有关单位汇报, 并建议采取进一步的检测措施查明缺陷程度供有关单位参考。
3. 2 检测仪器检测仪器一般由数据采集系统、一对换能器(发射与接收, 接收换能器应附带放大器) 组成。数据采集设备现在国内生产比较成熟, 使用者可根据实际要求选购。换能器(俗称发射探头及接收探头) 的生产厂家也较多, 一般都比较成熟可靠。但是, 购买后必须进行率定, 波形清楚、声时准确方可投入使用。在检测过程中, 除了考虑换能器的精度要求外, 其重量也是需考虑的因素。应该选择比较重一点的探头, 在换能器提升过程中波形稳定比较快。换能器电缆上的刻度标记生产厂家在产品出厂时一般用油漆涂点, 笔者在使用一段不长的时间后, 发现油漆很容易磨掉, 导致测量位置模糊不清, 有时不能使发射及接收换能器始终保持同一高度。因此, 我们使用了一种有弹性的黄色电气绝缘胶带(3M 牌) 缠在电缆上, 每隔25 cm 缠一道,每隔整10 m 处分别用红颜色的胶带作标记, 以便核对高度, 保证测量位置即桩身相应位置。
4 检测工作
4. 1 检测前仪器的准备检测仪器连同换能器必须每年送有关法定计量单位进行率定, 率定合格后方可使用。率定后在具体工程检测前, 必须确定仪器的零声时。确定方法有两种: 一是按规范进行公式计算; 二是进行现场率定。前者在此不予详述, 后者予以粗略介绍。可取现场切割下来的两根声测管,注满清水紧靠在一起置于水池中, 按正常检测程序测量声时, 测3 个数据取其平均值作为零声时,这种方法的好处是将仪器本身的误差(厂家给定)包括在内。如笔者所用仪器, 经确定为32 Lm, 直接输入仪器即可, 一个工程标段如声测管是同一型号的则不用更改。在检测前要求施工单位配合将声测管管口焊割齐平, 两管管口基本等高, 大约在破除好的桩顶之上10 cm , 管口焊渣清理干净, 灌满清水, 现场应备有220 V 电源。声波检测仪可使用内置电源(应充电) , 也可以使用交流电源, 但要保证交流电稳定以免仪器受损。
4. 2 现场检测工作现场工作由两部分组成, 一是检测数据的采集, 二是换能器的升降(俗称拉绳)。二者配合进行。先用直尺量测2 根声测管的外径距离(靠桩中心一侧) , 精确至cm , 报给数据采集人员, 输入检测参数“测距”。正式检测前, 用假探头(与检测用探头直径、重量大致相同) 试放, 检查换能器是否能在声测管内自由升降。确信声测管畅通后方可进行正式检测。管口处以及电缆线与钢筋接触处要用软布垫好, 防止钢筋或管口将电缆线磨坏。放换能器时需同时缓慢放下, 切忌任其自由落下, 否则电缆线容易搅在一起, 或者换能器冲下去却拉不起来。拉升换能器时我们有一个小技巧: 用一个周转箱, 检测时可以把它放在钢筋外, 2 根电缆线从管口处穿过钢筋平放于箱边上。开始拉升前, 必须将2 根电缆线的同一长度标记对齐握在一只手上, 拉升时以箱子某一边为基准点, 拉线人员大致坐于两管连线的中垂线上, 每拉一次使电缆线上缠的胶带点对准箱子边框, 电缆线自然堆放于胸前, 一直至该桩检测结束。测同一承台其他桩时, 将2 个换能器放入其他桩的2 根声测管, 拉绳人员理顺电缆线让其缓慢滑下即可。数据采集。发射、接收换能器通过放大器与声波检测仪连接好, 打开仪器电源开关, 设置参数后开始正式测试工作。先将两换能器放至声测管底部, 由下而上每隔20～ 40 cm 测一点。将采集状态置于“采样”, 示意拉线人员拉起换能器, 这样做的好处是可以看到动态的波形变化, 直至一根桩检测结束。测完后, 分析查看是否有异常测点(如波速波幅过低) , 若有应进行复测。所有要求试桩结束后, 整理仪器及换能器。电缆线接口应保护好, 可用软布外加一个塑料袋包扎起来防止接口进水或被污泥弄脏。
4. 3 检测后数据处理现场工作完成后, 应将图形打印出来, 并将数据传输至电脑保存。检测结果通过简报的形式报给有关单位。仪器也应妥善保管, 注意防水防晒。
4. 4 检测过程中常见问题及处理办法
( 1) 探头卡住 当卡住不太严重时, 拉住电缆线轻轻上下抖动, 待探头松动即可拉出来; 或者用另一个探头轻放至卡住位置, 提起往下轻轻冲击, 待探头松动即可拉出来。有时这两个办法都不奏效, 可试用8 mm 的钢筋焊接连起来往下捅, 直至探头松动即可拉出来。
(2) 没有波形 这时可检查是否断电或电缆被压住, 若声时很大, 该位置出现夹泥、离析等, 其声波传播时间会大大增加。这时根据情况调节测值, 直至出现波形为止。
(3) 换能器故障 无意之中换能器碰撞声测管内壁或其他硬物导致裂痕进水。
(4) 放大器出现故障 将两探头拉出来, 放在水中进行采样, 如果没有波出现, 基本判断放大器故障。
( 5) 数据采集仪器出现故障 拿到室内, 用平面换能器(不用放大器) 检测, 如正常说明仪器正常, 反之为仪器出现故障。
5 几种灌注桩质量检测方法的区别与联系钻孔灌注桩成桩后的检测方法目前比较成熟的有: 静载荷试验、低应变、高应变、超声波检测。各种检测方法均有现成的规范可供参考, 其目的、测试方法等都有详细叙述。在此只作粗略比较。从检测目的上讲, 静载荷试验主要是检测桩的极限承载力, 或者检验承载力是否可以达到设计要求; 低应变主要测试桩身完整性, 比如桩的扩径、缩径、夹泥等缺陷; 高应变主要测试桩身完整性及极限承载力; 超声波检测主要测试桩身混凝土的均匀性及桩身完整性。承载力的测试应以静载试验为主, 高应变为辅。桩身完整性应综合高应变与小应变结果, 但应注意的是: 对于长度超过40 m 的桩, 超过部分不宜采用小应变的结果。但二者都只能相对“定性”地判定。超声波检测是CT 扫描式的, 如果准备工作及检测过程正确, 那么桩身任何部位混凝土的缺陷基本能够测出。当然超声波测试只针对两根管间的混凝土, 至于桩的扩径则不能有效测出。
