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【摘 要】大直径灌注桩的检测比预制桩复杂,因此常采用超声波透射法对其检测。介绍了超声波透射法检测大直径灌注桩桩身质量、完整性的基本原理和检测方法,并结合工程实例论证声波透射法在大直径桩完整性检测中的应用。
【关键词】大直径灌注桩;声波透射法;完整性检测
Application of Acoustic transmission method in large diameter pile integrity detection
Wu Yi-guo , Cheng Xiao-dong, Qiang Yang , Qi Luo
(1. Xuancheng Transportation Construction Project Quality Supervision Bureau Anhui Xuancheng 242000;
2. Anhui Province Expressway Detection and Research Center Hefei Anhui 230601)
【Abstract】The detection of large diameter piles than precast piles complex, often using ultrasonic transmission method for its detection. Introduced the ultrasonic transmission method of large diameter concrete pile quality, the integrity of the basic principles and testing methods, and practical project by Sound Wave demonstrated in large diameter pile integrity testing of the application.
【Key words】Large-diameter piles; Acoustic transmission method; Integrity testing
1. 引言
随着基础建设的迅速发展,建筑物对桩基承载力的要求越来越高,这就使得大直径长桩的使用量不断增加.对于桩基隐蔽工程的检测,虽然有静载试验法、高应变和低应变法等多种检测手段[1-9],但面对承载力高、桩径大、桩身长的大桩就会显示出其局限性,而目前采用检测桩身质量的声波透射法具有许多其它方法不可比拟的优越性.声波透射法对桩长及大直径无限制要求。该方法测试结果直观、可靠;对现场测试条件要求不高,检测原理简单、快速无损,资料易于判读、准确度高.该方法要求在桩身内预埋声测管,根据超声波波速判断桩身混凝土的相对强度、均匀性、完整性及缺陷.由于声波透射法具有高分辨率、精确(微秒级、声测参数多、多种统计参数判断)等优点,已广泛应用于大直径灌注基桩的检测中。
2. 声波透射法检测原理和方法
2. 1 声波透射法检测原理
在埋设的检测管内,分别放人发射脉冲声波的发射换能器及接收换能器。换能器发射的是一组衰减振动的脉冲声波,其振动频率在超声范围,一般为20~50KHz。脉冲波经检测管中的清水辐射入混凝土中,以球面声场向接收换能器传播,被接收换能器接收。
声波在混凝土中的传播,是介质质量弹性振动的传递过程[1]。由弹性理论可知,在无限固体介质由应力、应变引起的弹性波动方程为[2],联立上述波动方程,设立相应的边界条件,不难得出式(1)。
VP=EρX1-μ(1+μ)(1-2μ) (1)
式中,E为弹性模量, ρ为密度, μ为泊松比。
由此可见,声速与介质的力学性能存在一定相关关系。由首波的初至点可测取到声波的传播时间t,当已知两检测管间的距离L时,即可计算出混凝土的纵波速度c =L/t。当混凝土内存在不连续或破损界面时,缺陷面形成波阻抗界面,超声波到达该界面时,产生波的透射和反射,使接收到的透射能量明显降低;当混凝土内存在松散、蜂窝、孔洞等严重缺陷时,将产生波的散射和绕射;根据波的初至到达时间和波的能量衰减特征、频率变化及波形畸变程度等特性,可以获得测区范围内混凝土的密实度参数。测试记录不同侧面、不同高度上的超声波动特征。经过处理分析就能判别测区内混凝土的参考强度和内部存在缺陷的性质、大小及空间位置。由此,可得到如下规律:
(1)当声幅、声速变小均比较明显时,桩身中可能存在离析或较大的裂纹与空洞。
(2)声速变小,声幅变化不大时,桩身可能存在因沉渣、浮浆等引起混凝土强度变化的缺陷存在。
声波在砼中的传播参数(声时、声幅、频率和衰减系数等)与砼介质的物理力学指标之间的相关性是基桩声波透射法的理论依据。当砼质量完好,即其介质的构成材料、均匀度和施工条件等内外因素基本一致时,声波在其中的传播参数应一致;而介质中存在缺陷时,声波在传播过程中就会产生绕射、反射和衰减等现象,使声时、声速、声幅和频谱等发生变化。用高灵敏的声波发射、接受传感器,可记录这些参量来描述砼的内在质量。
(3)声幅变小。声速变化不大时,桩身可能存在与1/2波长同数量级的空洞,夹泥、夹沙或较小的裂纹等引起混凝土不均匀性的缺陷存在。通过声波预埋管,对不同的埋管之间、不同的深度位置的超声检测,可判断整个桩身的质量情况。
图1 A12-2桩声测曲线
桩径不同时声测管的埋设数量不等,桩径D≤1500mm埋设3管,D>1500mm埋设4管[6]。声测管采用钢管、塑料管或钢质渡纹管,内径宜在50~60mm,声测管应保持平行,用钢管时声测管可代替钢筋笼的竖筋,其管底应封死,施测时管内注满清水,作为声波耦合介质。
3. 检测方法
声波透射法检测桩身砼质量要求在砼桩身中先预埋声测管(一般为2~4根)[6],并保持两管平行、间距相等。检测时,声测管中注满水,发射和接受传感器分别置于两根管中,保持在同一高度(有时也可以有定量的高差),声波脉冲穿过两管之间的混凝土。两传感器同步升降,按一定的间距记录桩身从桩头到桩底间n个点的声时。桩身砼的质量或缺陷按(2)式判断:
St=1 n Σn i=1(tci-ut)2(2)
式中,n为测点数;tci为砼中第1个测点的声时(声波传播时间)。评定桩身质量时采用声时平均值与声时2倍标准差之和作为判断有无缺陷的临界值。
4. 工程实例
某长江大桥在建中的2.8m大直径混凝土钻孔灌注桩,利用声波透射法对其完整性进行检测,桩身中按照规范要求埋设了4根声测管。如图1所示,利用声波透射法对A12-2桩进行完整性检测时,发现该桩三个剖面超声波曲线在离桩顶-8.0以上波速异常,波速呈现线性减小趋势,钻取芯样后的桩身混凝土完好,抗压强度满足设计强度,经过分析,上述现场是由B管在埋设过程中偏位,导致桩顶中上部的声测管倾斜。
5. 结论
大直径桩灌注桩的桩身完整性直接影响其承载力,故而对其桩身完整性的正确评判尤为重要。在声测数据的分析过程中,要结合多种方法(如低应变、钻芯法等)对其综合评判,以免漏判与误判,为工程建设提供更好的服务。
参考文献
[1]王齐仁,徐卓荣,钟新谷.大直径水下灌注桩完整性低应变检测[J],湘潭矿业学院学报,2000,15(1):24-26.
[2] 吴庆曾,论反射波法基桩完整性检测[M],中国建材工业出版社,1996.
[3] 刘东甲.纵向振动桩侧壁切应力频率域解及其应用[J],岩土工程学报,2001,23(5):544-546.
[4] 段军,刘东甲,程晓东,柯宅邦.桩的一维纵向振动问题的交叉网格有限差分法数值计算[J]:工程地球物理学报,2008,5(1):54-59.
[5] 何结兵,陆伟刚,魏海.超声波透射法检测大直径超长桩[J].扬州大学学报(自然科学版),2004,7(3):67-71.
[6] 中华人名共和国交通部,公路工程基桩动测技术规程(JTG/T F81-01-2004)[M].人民交通出版社,2004.
[7] 游峰,黄运林.超距离声波透射法在大直径桩无损检测中的应用[J].国外建材科技,2007,28(5):43-45.
[8] 高亚成,吕民康,罗增益.超大直径深长桩的超声检测[J].河海大学学报(自然科学版),2002,30(1):107-111.
[9] 谭国,杨立军.超声波透射法检测大直径灌注桩[J].水利与建筑工程学报,2007,5(1):22-24.
[文章编号]1006-7619(2010)08-05-706
【关键词】大直径灌注桩;声波透射法;完整性检测
Application of Acoustic transmission method in large diameter pile integrity detection
Wu Yi-guo , Cheng Xiao-dong, Qiang Yang , Qi Luo
(1. Xuancheng Transportation Construction Project Quality Supervision Bureau Anhui Xuancheng 242000;
2. Anhui Province Expressway Detection and Research Center Hefei Anhui 230601)
【Abstract】The detection of large diameter piles than precast piles complex, often using ultrasonic transmission method for its detection. Introduced the ultrasonic transmission method of large diameter concrete pile quality, the integrity of the basic principles and testing methods, and practical project by Sound Wave demonstrated in large diameter pile integrity testing of the application.
【Key words】Large-diameter piles; Acoustic transmission method; Integrity testing
1. 引言
随着基础建设的迅速发展,建筑物对桩基承载力的要求越来越高,这就使得大直径长桩的使用量不断增加.对于桩基隐蔽工程的检测,虽然有静载试验法、高应变和低应变法等多种检测手段[1-9],但面对承载力高、桩径大、桩身长的大桩就会显示出其局限性,而目前采用检测桩身质量的声波透射法具有许多其它方法不可比拟的优越性.声波透射法对桩长及大直径无限制要求。该方法测试结果直观、可靠;对现场测试条件要求不高,检测原理简单、快速无损,资料易于判读、准确度高.该方法要求在桩身内预埋声测管,根据超声波波速判断桩身混凝土的相对强度、均匀性、完整性及缺陷.由于声波透射法具有高分辨率、精确(微秒级、声测参数多、多种统计参数判断)等优点,已广泛应用于大直径灌注基桩的检测中。
2. 声波透射法检测原理和方法
2. 1 声波透射法检测原理
在埋设的检测管内,分别放人发射脉冲声波的发射换能器及接收换能器。换能器发射的是一组衰减振动的脉冲声波,其振动频率在超声范围,一般为20~50KHz。脉冲波经检测管中的清水辐射入混凝土中,以球面声场向接收换能器传播,被接收换能器接收。
声波在混凝土中的传播,是介质质量弹性振动的传递过程[1]。由弹性理论可知,在无限固体介质由应力、应变引起的弹性波动方程为[2],联立上述波动方程,设立相应的边界条件,不难得出式(1)。
VP=EρX1-μ(1+μ)(1-2μ) (1)
式中,E为弹性模量, ρ为密度, μ为泊松比。
由此可见,声速与介质的力学性能存在一定相关关系。由首波的初至点可测取到声波的传播时间t,当已知两检测管间的距离L时,即可计算出混凝土的纵波速度c =L/t。当混凝土内存在不连续或破损界面时,缺陷面形成波阻抗界面,超声波到达该界面时,产生波的透射和反射,使接收到的透射能量明显降低;当混凝土内存在松散、蜂窝、孔洞等严重缺陷时,将产生波的散射和绕射;根据波的初至到达时间和波的能量衰减特征、频率变化及波形畸变程度等特性,可以获得测区范围内混凝土的密实度参数。测试记录不同侧面、不同高度上的超声波动特征。经过处理分析就能判别测区内混凝土的参考强度和内部存在缺陷的性质、大小及空间位置。由此,可得到如下规律:
(1)当声幅、声速变小均比较明显时,桩身中可能存在离析或较大的裂纹与空洞。
(2)声速变小,声幅变化不大时,桩身可能存在因沉渣、浮浆等引起混凝土强度变化的缺陷存在。
声波在砼中的传播参数(声时、声幅、频率和衰减系数等)与砼介质的物理力学指标之间的相关性是基桩声波透射法的理论依据。当砼质量完好,即其介质的构成材料、均匀度和施工条件等内外因素基本一致时,声波在其中的传播参数应一致;而介质中存在缺陷时,声波在传播过程中就会产生绕射、反射和衰减等现象,使声时、声速、声幅和频谱等发生变化。用高灵敏的声波发射、接受传感器,可记录这些参量来描述砼的内在质量。
(3)声幅变小。声速变化不大时,桩身可能存在与1/2波长同数量级的空洞,夹泥、夹沙或较小的裂纹等引起混凝土不均匀性的缺陷存在。通过声波预埋管,对不同的埋管之间、不同的深度位置的超声检测,可判断整个桩身的质量情况。
图1 A12-2桩声测曲线
桩径不同时声测管的埋设数量不等,桩径D≤1500mm埋设3管,D>1500mm埋设4管[6]。声测管采用钢管、塑料管或钢质渡纹管,内径宜在50~60mm,声测管应保持平行,用钢管时声测管可代替钢筋笼的竖筋,其管底应封死,施测时管内注满清水,作为声波耦合介质。
3. 检测方法
声波透射法检测桩身砼质量要求在砼桩身中先预埋声测管(一般为2~4根)[6],并保持两管平行、间距相等。检测时,声测管中注满水,发射和接受传感器分别置于两根管中,保持在同一高度(有时也可以有定量的高差),声波脉冲穿过两管之间的混凝土。两传感器同步升降,按一定的间距记录桩身从桩头到桩底间n个点的声时。桩身砼的质量或缺陷按(2)式判断:
St=1 n Σn i=1(tci-ut)2(2)
式中,n为测点数;tci为砼中第1个测点的声时(声波传播时间)。评定桩身质量时采用声时平均值与声时2倍标准差之和作为判断有无缺陷的临界值。
4. 工程实例
某长江大桥在建中的2.8m大直径混凝土钻孔灌注桩,利用声波透射法对其完整性进行检测,桩身中按照规范要求埋设了4根声测管。如图1所示,利用声波透射法对A12-2桩进行完整性检测时,发现该桩三个剖面超声波曲线在离桩顶-8.0以上波速异常,波速呈现线性减小趋势,钻取芯样后的桩身混凝土完好,抗压强度满足设计强度,经过分析,上述现场是由B管在埋设过程中偏位,导致桩顶中上部的声测管倾斜。
5. 结论
大直径桩灌注桩的桩身完整性直接影响其承载力,故而对其桩身完整性的正确评判尤为重要。在声测数据的分析过程中,要结合多种方法(如低应变、钻芯法等)对其综合评判,以免漏判与误判,为工程建设提供更好的服务。
参考文献
[1]王齐仁,徐卓荣,钟新谷.大直径水下灌注桩完整性低应变检测[J],湘潭矿业学院学报,2000,15(1):24-26.
[2] 吴庆曾,论反射波法基桩完整性检测[M],中国建材工业出版社,1996.
[3] 刘东甲.纵向振动桩侧壁切应力频率域解及其应用[J],岩土工程学报,2001,23(5):544-546.
[4] 段军,刘东甲,程晓东,柯宅邦.桩的一维纵向振动问题的交叉网格有限差分法数值计算[J]:工程地球物理学报,2008,5(1):54-59.
[5] 何结兵,陆伟刚,魏海.超声波透射法检测大直径超长桩[J].扬州大学学报(自然科学版),2004,7(3):67-71.
[6] 中华人名共和国交通部,公路工程基桩动测技术规程(JTG/T F81-01-2004)[M].人民交通出版社,2004.
[7] 游峰,黄运林.超距离声波透射法在大直径桩无损检测中的应用[J].国外建材科技,2007,28(5):43-45.
[8] 高亚成,吕民康,罗增益.超大直径深长桩的超声检测[J].河海大学学报(自然科学版),2002,30(1):107-111.
[9] 谭国,杨立军.超声波透射法检测大直径灌注桩[J].水利与建筑工程学报,2007,5(1):22-24.
[文章编号]1006-7619(2010)08-05-706