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隨著改革開放的發展,國家加大了對基礎設施建設的投資力度,各省市的交通建設進入了高速發展階段,各地高速公路相繼開工建設,從而出現大量的基樁施工,由于技術人員缺乏,時有施工工序監控難以到位的情況發生,加之地質條件復雜等因素,往往出現不少的基樁質量事故。超聲波透射法作為一種基樁樁身質量檢測手段,可以準確發現基樁缺陷位置以及缺陷范圍,并根據異常特征分析判斷缺陷性狀及缺陷程度,依據標準進行樁身完整性評價,為橋梁基礎的穩固與安全提供保障。

1、超聲波透射法的工作原理

超聲波是彈性波的一種,把混凝土介質視為彈性體,超聲波在混凝土中的傳播服從彈性波傳播規律?;炷脸暡z測主要采用穿透法,即用一發射換能器發射超聲脈沖波,讓超聲波在混凝土中傳播,然后由接收換能器接收;透過混凝土傳播的超聲波攜帶有關混凝土材料相關信息,準確測定這些參數的大小變化,可推斷混凝土性能、內部結構及其組成情況。

基樁超聲波檢測是在基樁中預埋聲測管,在兩根聲測管中分別放置發射換能器和接收還能器,并在聲測管中注滿水作為耦合介質(見圖1),當發射換能器發射超聲波,超聲波在混凝土中傳播后到達接收換能器并被量測記錄,由此可計算出混凝土的聲速:

當樁身某一段存在蜂窩、離析或夾泥等缺陷時,接收到的超聲波信號會出現波速降低、振幅減小,同時波形畸變、接收信號主頻發生變化等特征。超聲波透射法基樁檢測就是根據混凝土聲學參數測量值的相對變化,分析、判別其缺陷的位置和范圍,評定樁基混凝土質量類別。

2、實例分析

在江西地區,公路橋梁基樁均采用人工挖孔灌注樁或鉆孔灌注樁,在基樁的施工過程中如果出現質量事故,大多發生混凝土離析、夾泥或蜂窩等現象,且以離析現象居多。另外,聲測管變形引起的異常,雖然不是基樁混凝土質量問題,但它干擾了對基樁質量的判斷,因此本文也對此進行了探討。鑒于上述現象,在下面的論述中分別以典型實例進行分析。

2.1鉆孔灌注樁混凝土夾泥現象

依圖2所示,正常波形首波起跳清晰,幅值、波速高,曲線規則,而在深度44.5m處一下出現明顯的超聲波異常,異常波形首波起跳點難于辨認,幅值弱波速低,曲線嚴重畸變;經取芯驗證(圖3)發現在異常部位確實出現大量的夾泥現象。

該橋鉆孔灌注樁,采用的是泥漿護壁水下灌注,通過分析,認為出現上述缺陷的原因是由于泵送混凝土導管阻塞,澆灌樁混凝土的連續性被沖斷,其間隔時間較長且超過了初凝時間,夾泥混凝土開始固結,在后續澆灌混凝土時,該部分被埋入樁中從而形成缺陷。

在施工過程中如果出現混凝土的澆灌停頓,且沖斷的時間間隔超過混凝土的初凝時間時,應停止澆灌,根據已澆灌混凝土高度來決定重新成孔澆灌或采用清孔接樁方式進行。

2.2人工挖孔樁混凝土離析現象

圖4為采用武漢沿海RS-ST01C型儀器檢測某橋梁基樁結果圖,在16.55m處以下至樁底段,超聲波波幅弱、波速極低,該段有明顯異常,根據樁孔施工工藝及異常特征,判斷該處混凝土離析。從鉆芯檢測驗證結果來看(圖5),在超聲波異常相應位置出現了混凝土嚴重的離析現象,粗骨料與細集料分離或僅有少量砂漿粘結,但強度低,未形成堅硬的固結體。結合超聲波法和鉆芯法結果,判定該樁為類樁。

從施工資料上看,該樁為人工挖孔樁,樁端持力層為灰巖,巖溶發育,地下水豐富,分析認為由于采用普通灌注,在水未排干或混凝土澆灌時涌入大量地下水把膠凝物質(水泥)沖洗掉,因此失去了膠凝作用,從而形成離析。對于該類樁,當地下水涌水較大而不能及時排干且地下水位較高時,建議采用水下灌注辦法。如果水位低或涌水量不大,可以嘗試把干水泥與水摻和,使之形成水泥漿,避免涌水沖洗、稀釋混凝土而引起離析現象。

2.3樁混凝土空洞、蜂窩現象

以目前的基樁施工工藝水平,較少產生空洞、蜂窩的現象,即使出現這種情形也大多是輕微的,出現嚴重的缺陷現象極為少見。在某橋梁的基樁檢測中,發現某一根基樁有明顯的異?,F象,其中之一剖面異常段高度約0.55m(見圖6),其它剖面范圍稍窄,個別剖面有連續測點的異常。從測試結果來看,異常曲線表現為波幅變弱,波速變低,但頻率未見明顯降低,而某些部位則無信號。為了排除儀器因素進行了反復觀測,結果仍有異常。

從樁孔施工資料上看,該樁為人工挖孔普通灌注,由于樁孔所處地勢較高,施工中未見有地下水,僅發現該部位有溶洞發育,據此初步判斷在施工過程中可能出現了漏漿形成空洞、蜂窩,這些空洞、蜂窩對超聲波形成阻隔、散射作用而出現異?,F象。經取芯驗證后(圖7)最后認定該樁在上述部位存在蜂窩、小空洞等缺陷,但缺陷程度輕微,該樁判為合格樁。

2.4聲測管問題

圖8為采用武漢巖海RS-ST01C型儀器檢測某橋梁基樁結果圖。從圖中看,在3.35M~3.65m段僅見微弱的超聲波信號,其波幅極弱,沒有明顯的首波起跳點,但波速并沒有顯著降低。由于該橋所有基樁在9.5m處均有相同的超聲波異常特征。為慎重起見,抽取具有代表性的基樁進行鉆芯檢測,結果(見圖9)發現混凝土芯完整,混凝土骨料分布基本均勻,未見蜂窩、麻面等現象。為了查清超聲波異常產生的原因,選取一根基樁進行開挖驗證,從開挖的結果看,該樁混凝土質量沒有異常,但聲測管已嚴重變形。

該橋基樁聲測管均采用無縫鋼管,使聲測管為6m一節,使用過程中使用塑料螺口套筒鏈接,在澆筑混凝土過程中造成塑料套筒變形或損壞;塑料套筒本身受材料限制對超聲波檢測影響較大。結合超聲波法和取芯檢測結果最終判定該橋基樁質量合格。

為避免此類現象發生,在埋設聲測管安裝時均要求使用無縫鋼管螺口對接或使用液壓對接的方法。

3、結語

超聲波透射法對樁身混凝土離析、夾泥及蜂窩等缺陷有明顯的反映,并能準確判斷缺陷的位置和范圍,依據標準可對基樁進行樁身完整性評價。當超聲波檢測結果或當超聲波檢測過程中出現完整性類別(如在~類之間)難以判定時,可借助高應變動測法或鉆芯法進行檢測,或進行靜荷載試驗,對基樁進行綜合評定。只有對基樁質量進行準確的評價,才能保證基礎的穩固與橋梁結構的安全。

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