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yantubbs声波透射法在混凝土灌注桩精
声波透射法在混凝土灌注桩
桩身完整性检测中的应用效果
卞兆津唐海军
(湖南省地质工程勘察院湖南株洲市412003)
摘要:
用实例介绍声波透射法在混凝土灌注桩(模型桩)桩身完整性检测中的应用效果,确定缺陷的范围。
试验证明,该方法能有效检测混凝土缺陷及其位置。
关键词:
声波透射法混凝土灌注桩(模型桩)完整性检测
一、前言
声波透射法是利用声波的透射原理,对桩身混凝土介质状况进行检测,适用于已经预埋了两根或两根以上声测管的基桩。
通过在预埋声测管之间发射、接收声波,得到实测声波在混凝土介质中传播的声时、波幅和频率等声学参数的相对变化,从而判断桩身完整性的一种检测方法。
湖南省地质工程勘察院于2003年10月制作混凝土模型桩2根。
2005年5月25日,作者采用声波透射法对该2根模型桩的桩身完整性进行了检测。
二、声波透射法检测基桩完整性的工作原理
混凝土灌注桩声波透射法检测工作原理是在被测桩内预埋若干根竖向相互平行的声测管作为检测通道,将超声发射换能器与接收换能器置于声测管中,管中注满清水作为耦合剂,由仪器通过发射换能器发射超声脉冲,穿过待测的桩体混凝土,并经接收换能器接收由仪器显示接收声波信号,判读超声波穿过被测混凝土后的首波声时、首波波幅和频率等参数。
超声脉冲信号在混凝土存在缺陷部位会发生绕射、折射、多次反射及不同的吸收衰减,使接收信号的首波声时、波幅和频率等声学参量都会发生变化,与正常混凝土声参量相比,即可判断桩身混凝土是否存在缺陷。
由此可见,声波接收信号是携带了被测介质的密实度及是否存在缺陷或完整性等信息。
使用专用的数据处理与判断分析软件对接收信号的声学参数进行综合分析,即可对桩身混凝土的完整性、内部缺陷性质、位置等做出判断。
三、采用的仪器
本次检测所采用的仪器为北京市康科瑞工程检测技术有限责任公司生产的NM-4A型非金属超声检测分析仪,该仪器声时测量精度为0.1μs,具有实时显示和记录接收信号的时程曲线及频率测量功能。
换能器采用北京科学城科技应用研究所生产的CH-2型声波跨孔测试换能器,它由CH-2T型发射及CH-2R型接收换能器组成。
工作频率为发射30kHz,接收1-30kHz,水密性大
于1MPa。
四、检测方法
本次检测采用水平同步测试法。
即将发射与接收换能器通过深度标志分别置于两根声测管的相同深度测点处,然后以相同标高同步升降,测点间距为250mm。
五、检测结果
(一)1号模型桩检测结果
1号模型桩桩长6.00m,桩径900mm,混凝土标号C20。
桩内预埋两对声测管,即一对Ф55mm钢管,管距700mm,编号为AB;另一对为Ф55mmPVC管,管距760mm,编号为CD。
AB管与CD管正交设置。
实际检测的1号模型桩AB、CD两个剖面的声速-深度曲线、波幅-深度曲线、PSD曲线以及波列图分别如图1、图2
所示。
图1图2
从图一可以看出,①AB剖面声速平均值为4.158km/s,判定缺陷的声速临界值为4.038km/s,声速曲线均在声速临界值曲线以上;②AB剖面声波波幅平均值为116.03dB,判定缺陷的波幅临界值为为110.03dB,波幅曲线均在波幅临界值曲线以上;③CD剖面声速平均值为4.286km/s,判定缺陷的声速临界值为4.094km/s,声速曲线均在声速临界值曲线以上;④CD剖面波幅平均值为124.73dB,判定缺陷的波幅临界值为118.73dB,波幅曲线均在波幅临界值曲线以上。
从图2可以看出,AB、CD两个剖面的波列完整,首波声时、波幅清晰可读。
经以上分析判断,该桩为完整桩,与实际制作的1号模型桩情况一致。
(二)2号模型桩检测结果
2号模型桩桩长9.00m,桩径900mm,混凝土标号C20。
桩内预埋两对声测管,即一对ФФ55mm
钢管,管距730mm,编号为AB;另一对为Ф55mmPVC管,管距720mm,编号为CD。
AB管与CD管正交设置。
该模型桩在制作时人为设置了3处缺陷,分别为:
①在2.80m处放置一块300㎜×300㎜×400㎜的长方形木块;②在4.30m处放置一个盛满10㎏清水的塑料桶;③在6.30m-6.60m之间用粘土设置一桩身严重夹泥的缺陷。
实际检测的2号模型桩AB、CD两个剖面的声速-深度曲线、波幅-深度曲线、PSD曲线以及波列图分别如图3、图4所示。
图3图4
从检测数据可知,AB、CD两个剖面在2.75m、4.25m、6.25m及6.50m处的声速及波幅值如表一所示。
表一
声速临界值3.835km/s
AB剖面
波幅临界值104.20dB
位置(m)2.754.256.256.50
声速(km/s)3.9253.7242.9112.967
波幅(dB)109.17100.7964.8576.09
位置(m)2.754.256.256.50CD剖面
波幅临界值113.94dB声速(km/s)3.9913.6292.5462.130
波幅(dB)107.17112.9067.9969.22
声速临界值3.877km/s
从表一比较可以看出:
①AB剖面在2.75m处声速高于声速临界值,波幅亦高于波幅临界值;CD剖面在2.75m处声速高于声速临界值,波幅稍低于波幅临界值。
实际模型桩制作时,在该处放置的是一块300㎜×300㎜×400㎜的长方形木块,沿木纹方向直立于桩的中间。
根据作者对
几种木材顺木纹方向和横穿木纹方向超声波声速的实际实验,依木材材质不同,顺木纹方向声速在4087-4946m/s不等,横穿木纹方向声速在3476-3864m/s之间不等。
但是,对于木材材质疏松或材质已经开始腐朽的、或材质本身有缺陷的木材,对横穿木纹方向的声速影响较大,仅在1226-1825m/s,而对顺木纹方向的声速则相对影响较小。
由于在此处所放置的木块材质较好,其声速与混凝土的声速差别不大,因此,在采用声波透射法检测时,不能很好的将木块区别出来。
②AB、CD两剖面在4.25m处声速均低于声速临界值,波幅亦均低于波幅临界值。
实际模型桩制作时,在该处放置的是一个盛满10㎏清水的塑料桶。
可见,在采用声波透射法检测时,对该处用盛满清水的塑料桶所设置的桩身缺陷反应比较明显。
③AB、CD两剖面在6.25m及6.50m处声速均大大低于声速临界值,波幅亦大大低于波幅临界值。
实际模型桩制作时,该处设置的是一段桩身严重夹泥的缺陷。
可见,在采用声波透射法检测时,对该处桩身严重夹泥的缺陷反应非常明显。
从图4可以看出,AB、CD两剖面在6.25m及6.50m处,波形杂乱、首波到达时间推迟、波幅减小,是桩身混凝土严重夹泥的异常反应。
(三)工程桩检测实例
2005年6月作者在某桥梁桩基施工工地进行工程桩检测时,发现一根桩(桩长15.60m,桩径1800mm,灌注C30混凝土)被检测的三个剖面在14.30m-14.90m区段声速、波幅均出现较大异常,判断为该区段混凝土存在离析现象,建议采用钻芯法作进一步检测。
后经钻芯检测发现该区段混凝土粗骨料与细骨料分布不均匀,粗骨料多,细骨料少,水泥浆不够,从钻孔中取不出完整砼芯,证明该区段混凝土存在离析现象,胶结差,与声波透射法的检测结果一致。
另一根桩(桩长11.30m,桩径1600mm,灌注C30混凝土)被检测的三个剖面在8.50m-9.30m区段声速、波幅均出现异常,判断为该区段混凝土胶结差,建议采用钻芯法作进一步检测。
后经钻芯检测发现该区段混凝土存在蜂窝麻面、气孔,胶结较差,与声波透射法的检测结果一致。
六、结论
通过采用声波透射法对预制的混凝土模型桩和工程桩的桩身完整性进行检测,检测数据经分析与判断(或经钻芯验证),说明采用声波透射法对混凝土桩的桩身完整性进行检测,①准确性高,结论可靠;②对于桩身混凝土中包裹的木块,视其材质、腐朽程度及放置方向不同,在采用声波透射法检测时会有不同的检测结果。
本文中,因在模型桩中放置的木块材质较好,其声速与混凝土的声速差别不大,因此,在采用声波透射法检测时,不能很好的将木块区别出来;③对桩身混凝土中包裹的盛满水的塑料桶有比较明显的声速、波幅异常反应(如图3、图4);④对桩身混凝土中夹泥的情况,则有非常明显的声速、波幅异常反应(如图3、图4)实际检测,效果良好。
参考文献(略)康科瑞2007.01.16
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- yantubbs 声波 透射 混凝土 灌注